Eolienne : horizontale et verticale, fonctionnement, schéma

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eolienne

Les éoliennes sont des machines qui produisent une énergie renouvelable par la force du vent pour fonctionner. C'est un moyen de production d'électricité très répandu. Des fournisseurs d'énergie investissent massivement dans les éoliennes et certains possèdent même leur propre parc éolien. Découvrez les éoliennes à travers cet article. Comment fonctionnent-elles et quels sont les différents types d'éoliennes ?


Qu’est-ce qu’une éolienne et l'énergie éolienne ?

Une éolienne permet de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique afin de produire de l’électricité. L'énergie produite est considérée comme une énergie renouvelable car elle est produite à partir d'une ressource inépuisable de la même manière que l’énergie solaire, hydraulique, biomasse ou encore géothermique.

Elle représente un potentiel énorme de production d'énergie durable pour agir pour l'environnement et contre le réchauffement climatique en sortant peu à peu des énergies fossiles ou de la production d'électricité via les centrales nucléaires.

L'énergie éolienneLe vent n'est pas une énergie cinétique en soi. L'action du vent sur les pales d'une éolienne fait tourner celles-ci et crée l'énergie cinétique. En effet, cette dernière signifie l'énergie d'un solide ou liquide en mouvement.

Eolienne fonctionnement : quels sont ses différents éléments ?

Une éolienne est composée de divers éléments pour pouvoir fonctionner de manière optimale et produire de l'électricité :

eolienne
  • Le mât - ou la tour - pouvant mesurer entre 10 à 100 mètres en fonction du type d'éolienne ;
  • La nacelle est la partie principale se trouvant derrière les hélices au sommet du mât. Elle contient le moteur de l'éolienne ainsi que l'alternateur qui permet de produire l'énergie à partir de l'énergie mécanique des pales ;
  • Le multiplicateur de vitesse situé entre l’hélice et le générateur permet d'augmenter la vitesse de rotation des hélices ;
  • Le générateur se situe à l'intérieur de la nacelle et est actionné par le mouvement des pales. Il produit l'électricité ;
  • Le frein permet de réguler la vitesse des pales si celles-ci tournent trop vite ;
  • Le rotor composé du nez de l'éolienne ainsi que de l'hélice, composée généralement de 3 pales, est fixé sur un axe vertical ou horizontal ;
  • Les lignes électriques au pied du mât qui transportent l’électricité sur le réseau.

Comment fonctionne une éolienne ?

Les éléments cités ci-dessus font le fonctionnement global de l'éolienne. Le vent actionne les pales de l'hélice qui se mettent ainsi à tourner. Ce mouvement actionne l'accélérateur qui va permettre d'optimiser et d'accélérer le mouvement naturel des pales pour maximiser la production électrique via l'énergie éolienne.

L'énergie est alors transmise au générateur qui va produire l'électricité au sein de la nacelle. Ensuite, un transformateur convertit cette électricité pour qu'elle puisse être injectée au réseau électrique. Envoyée au pied du mât, l'électricité part ensuite dans le réseau moyenne tension.

Est-ce qu'une éolienne peut fonctionner quelle que soit la vitesse du vent ?Non. La vitesse minimale qui permet d'actionner l'hélice est de 15km/h. Pour des raisons de sécurité, l'éolienne arrête de fonctionner lorsque le vent atteint une vitesse supérieure à 90 km/h.

Schéma éolienne

Pour mieux visualiser son fonctionnement, voici le schéma d’une éolienne reprenant l’ensemble de ses éléments :

schéma éolienne

Les différents types : éolienne verticale ou horizontale, onshore et offshore

Bien que son but soit toujours le même, à savoir, produire de l’énergie à partir de la force du vent, on dénombre plusieurs types d’éoliennes.

On différencie d'abord deux types d'éoliennes en fonction de leur lieu d'installation, à savoir :

  1. Sur terre, les éoliennes onshore ;
  2. En mer, les éoliennes offshore.

Ensuite, il y a 2 différences majeures dans le fonctionnement de la machine et de son axe de rotation.

  1. L'éolienne horizontale ;
  2. L'éolienne verticale ;
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L'éolienne onshore

L'éolienne onshore est le type d'éolienne installé sur la terre. En général, elles sont construites dans de grandes étendues, le long des grands axes routiers. Ces éoliennes terrestres fonctionnent avec l'énergie cinétique produite par le vent au même titre que les éoliennes offshore.

Le plus grand parc éolien onshore en Belgique est celui de Villers-le-Bouillet qui contient 26 éoliennes et qui produit 37.500.000 kWh par an.

L'éolienne offshore

L’éolienne offshore est installée en mer. Elle fonctionne de manière identique aux éoliennes terrestres, à la différence que son emplacement stratégique lui permet de capter des vents plus forts et plus soutenus. Malheureusement, la vitesse des vents en mer peuvent vite dépasser la limite de 90km/h après laquelle les éoliennes se mettent en sécurité et s'arrêtent de fonctionner.

En général, l’installation des parcs éoliens offshORES est plus coûteuse que les parcs traditionnels situés dans les champs, terrains vagues et autres zonings.

La Belgique compte d’ailleurs près de 10 parcs éoliens offshORES composés de 399 éoliennes en Mer du Nord. Notre pays est d’ailleurs le 4ème producteur mondial d’électricité en mer.

L'éolienne horizontale

L’éolienne horizontale est la plus répandue sur le marché. On l’appelle ainsi car l’hélice est accrochée à un axe horizontal entraînant le générateur, comme vu ci-dessus. Ce type d’éolienne est donc généralement face au vent et permet un meilleur rendement.

L'éolienne verticale

L’éolienne verticale fait tourner les pales de l’hélice de manière verticale, comme son nom l’indique. Ce modèle est moins répandu que le précédent. Bien qu’elle produise moins d’électricité que l’horizontale, l’éolienne verticale compte cependant trois avantages principaux :

  1. Elle est plus petite et donc plus facilement ajustable et installable dans les villes ;
  2. Elle fonctionne quelque que soit le sens du vent ;
  3. Le générateur est situé en bas du mât, contrairement à l’éolienne horizontale, ce qui facilite son entretien.

En général, les éoliennes verticales sont privilégiées pour les particuliers qui souhaitent installer une éolienne domestique. En effet, ce type d'éolienne présente l'avantage de prendre moins de place qu'une éolienne à rotation horizontale et peut donc être plus facilement installée dans un jardin ou sur le toit d'un bâtiment.

Les éoliennes domestiques : éolienne de jardin et de toit

éolienne domestique

De manière générale, les éoliennes sont implantées par de grands groupes du domaine de l’énergie ou sont rachetées par des fournisseurs d’énergie afin qu’ils puissent vendre de l’électricité verte à leurs clients.

Cependant, il existe aussi des éoliennes pour les particuliers, appelées plus précisément “éoliennes domestiques”. Ces dernières sont plus petites que les éoliennes appartenant aux professionnels puisque leur mât mesure généralement entre 10 et 35 mètres de haut. De plus, leur puissance est comprise entre 100 W et 20 kW, contrairement aux éoliennes classiques ayant une puissance comprise entre 100 kW à 7,5 MW.

Leur objectif est de fournir de l’électricité à une seule habitation. Le principe est donc le même que pour les personnes ayant installés des panneaux solaires chez eux, par exemple.

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Quel est le prix d’une éolienne domestique en Belgique ?

Le prix d’une éolienne domestique en Belgique dépend de plusieurs critères :

  • Sa taille ;
  • Sa puissance ;
  • Son modèle (vertical, horizontal…).

Le prix moyen d’une petite éolienne se situe entre 4000 et 9000 euros/kW installé, ce qui est bien plus élevé que le prix d’une grande éolienne estimé à environ 1320 euros/kW installé.

Ainsi, par exemple, une éolienne domestique de 4 kW couvrant la consommation totale d’électricité d’un ménage type, coûterait entre 16 000 et 36 000 euros, sans compter les frais d’installation, d’entretien et l’achat d’une batterie vous permettant de stocker votre électricité pour l’utiliser plus tard.

Concernant le prix d’installation d’une éolienne pour particulier, il est assez difficile de le définir puisqu’il est généralement inclus dans le prix d’achat. Cependant, on peut l’estimer à une large fourchette allant de 5000 à 80 000 euros, travaux d’ancrage et de raccordement au réseau électrique compris.

Pourquoi les éoliennes verticales sont privilégiées pour les éoliennes de jardin ?

Pour les éoliennes domestiques, ce sont souvent les éoliennes verticales qui sont privilégiées, par soucis d’espace notamment. Bien qu'il faille un permis communal dans tous les cas, l'éolienne verticale présente le gros avantage d'être une éolienne sans pales.

Cela rend l'espace nécessaire réduit. De plus, il y a moins de pollution visuelle et de risque pour l'écosystème environnant. Par contre, les éoliennes verticales sont généralement moins performantes et leur rentabilité est donc inférieure.

L'éolienne posée sur un axe verticale produit moins d'énergie mais s'actionne plus rapidement en cas de vent faible qu'un écolienne sur axe horizontal.

Que choisir entre les panneaux solaires et les éoliennes domestiques ?

panneaux solaires ou éoliennes

De plus en plus de foyers pensent à installer des sources de production d’énergie verte dans leur habitation afin de contrer le réchauffement climatique et d’être indépendant du réseau électrique.

Les deux alternatives les plus populaires sont donc les panneaux solaires et les éoliennes domestiques. Lequel des deux est le plus intéressant à installer en terme d’argent, de rendement et de contraintes ?

Après analyse, il s’avère que les éoliennes domestiques ont un trop faible rendement en Belgique et ce, pour de multiple raisons :

  • Le vent belge n’est pas assez fort pour les petites éoliennes réservées aux particuliers ;
  • Les éoliennes domestiques produisent finalement peu d’électricité (jusqu'à 4 fois moins qu’annoncé en Wallonie et jusqu’à 15 fois moins à Bruxelles) ;
  • Si vous installez une éolienne de jardin, vous devrez obligatoirement demander un permis à votre commune et obtenir l’accord de vos voisins. De plus, vous devrez avoir l’espace nécessaire pour installer une éolienne puisque, pour rappel, son mât peut mesurer jusqu’à 35 mètres de haut ;
  • Les éoliennes domestiques étant petites, elles demandent plus de contraintes d’installation si elles sont placées sur un toit (l’emplacement, les obstacles éventuels…) ;
  • Elles sont peu rentables vis-à-vis de leur prix d’achat élevé et de leur retour sur investissement dont les premiers résultats apparaissent 12 à 20 ans après installation.

À l’opposé, les panneaux solaires comprennent plus d’avantages pour les particuliers :

  • Pas besoin de permis ;
  • Pas besoin d’espace ou de grand jardin puisqu’ils sont automatiquement posés sur votre toiture ;
  • Le prix d’installation du photovoltaïque est de plus en plus démocratisé au fil des ans ;
  • Leur durée de vie peut aller jusqu'à 30 ans ;
  • Certains fournisseurs proposent des offres avantageuses lorsque vous détenez des panneaux solaires.

Les éoliennes représentent un potentiel énorme en matière de production d'électricité verte et c'est la raison pour laquelle ce secteur se développe beaucoup dans de nombreux pays et que de nombreuses sociétés investissent dedans. Cependant, en raison des nombreuses contraintes auxquelles elles font face, les éoliennes domestiques sont moins adaptées que des panneaux solaires pour un particulier souhaitant produire sa propre électricité en faisant baisser le montant de ses factures d'énergie.

Que produisent les éoliennes en Mer du Nord ?

eolienne mer du nord

La Belgique possède un parc éolien offshore d'une capacité considérable qui se trouve au large de la côte belge à une quarantaine de kilomètres de Zeebruges. L'immense zone est actuellement séparée en 9 différents parcs éoliens. En tout, ce sont 399 éoliennes en Mer du Nord qui tournent actuellement.

En 2021, la totalité de la zone, complètement opérationnelle pour la première année, a produit 6,77 térawattheures (TWh), ce qui correspond environ à 8% de la consommation d'électricité globale en Belgique. Une nouvelle zone est en cours de construction, la zone Princesse Elisabeth. et l'objectif de cette zone est d'accroitre la production d'énergie éolienne en Mer du Nord.

L'objectif de l'État est d'atteindre une production pouvant couvrir la totalité de la consommation en électricité des ménages belges pour 2030, soit 22% de la consommation globale du pays. D'un point de vue des gaz à effet de serre, l'éolien offshore en Mer du Nord tel que présenté permettrait d'économiser un total de 8,6 millions de tonnes de CO2. Cette économie d'émissions permettrait une nette réduction de l'empreinte écologique du secteur de l'énergie qui compenserait du carbone en quantité astronomique et de manière naturelle, sans passer par l'achat de compensation carbone.

Des projets tels que ceux-ci s'inscrivent directement dans une volonté de l'État d'agir pour l'environnement et de transiter vers un développement durable du marché de l'énergie. Cette transition nous permettrait d'être moins dépendants de pays qui disposent de gisements d'énergies fossiles.

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