L’éolien
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Avantages

• Technologie fiable qui a fait ses preuves, particulièrement pour l’éolien terrestre

• Énergie renouvelable hors hydraulique la plus compétitive

• Bon temps de retour énergétique et faible contenu carbone du kWh (20-30 g CO2/kWh)

 

Tarifs de rachat

Le tarif de rachat de l’éolien en France est fixé par la loi POPE de 2006 à 8,2 c€/kWh pour les 10 premières années de production. La rémunération varie ensuite entre 2,8 et 8,2 c€/kWh pour les cinq années suivantes, en fonction de la productivité du site. Cela permet de favoriser les zones où les vitesses de vent sont plus faibles et ainsi d’inciter à un développement mieux réparti sur le territoire:

  • Tarif maintenu à 8,2 c€/kWh pour les sites produisant 2400 h/an ou moins
  • Tarif à 6,8 c€/kWh pour les sites produisant moins de 2800h/an
  • 3,2 c€/kWh pour les sites produisant moins de 3600 h/an

Coûts de l’éolien

  • Le prix de vente des éoliennes a baissé ces dernières années : 1,22 million d’euros le MW début 2009, contre 1,04 million d’euros le MW pour les éoliennes achetées en 2010 et mises en service début 2011
  • Le prix d’un MW éolien terrestre installé en France est de l’ordre de 1,3 million d’euros.
  • Répartition des coûts pour l’installation d’une éolienne moyenne puissance

  • Le coût de production du MWh est quant à lui de l’ordre de 70 – 80 €. A noter qu’il peut atteindre 40 – 50 €/MWh pour les grands parcs mondiaux situés sur les sites les mieux ventés.
  • Concernant l’éolien off-shore, le prix du MW installé est de l’ordre de 3 millions d’euros, pour un coût d’environ 150 €/MWh
  • Pour un parc off-shore, les aérogénérateurs ne représentent plus que 50 à 65% du coût total. Le poste « fondations » monte à 20-25% du coût total d’investissement, les postes «installation » et « raccordement électrique » (environ 10%) sont également plus importants. Ces coûts fixes plus importants poussent à utiliser des éoliennes plus puissantes (plus de 5 MW), qui permettent également de mieux exploiter des gisements de vent plus importants et plus réguliers. Le facteur de charge de l’éolien offshore est en effet de l’ordre de 30-35%.

Démarches administratives et développement des parcs éoliens

  • Du fait de la multiplication des démarches administratives et des recours possibles, la durée moyenne de réalisation d’un parc éolien en France, depuis les études de vent jusqu’à l’injection des premiers kWh sur le réseau est de 8-9 ans, soit trois fois plus qu’en Espagne.
  • Empilement des obligations au fil des ans. Permis de construire, zones de développement de l’éolien en 2005, schémas régionaux climat air énergie en 2009, installations classées pour la protection de l’environnement en 2011 : soit quatre opportunités de poser des recours. Selon le Syndicat des Energies Renouvelables, 40% des projets font l’objet de recours, alors que 80% des recours n’aboutissent pas. À cause de cela, les délais entre l’identification d’un site et la mise en service du parc atteignent huit ans, soit le double de la moyenne européenne.
  • Afin de diminuer la durée nécessaire à la réalisation d’un parc, on peut envisager les pistes suivantes :

– Supprimer le classement ICPE pour les centrales éoliennes et raccourcir le délai d’instruction du permis de construire (il est de plus de deux ans en France contre six mois en Belgique par exemple). Ou plus simplement passer d’un régime d’autorisation à un régime de déclaration, comme c’est le cas pour les petites éoliennes
– Privilégier un outil unique de planification territoriale en supprimant les zones de développement de l’éolien pour n’utiliser que les schémas régionaux.
– Encadrer les contentieux administratifs en réduisant les délais d’instruction des recours en annulation et en appliquant des amendes pour les recours abusifs.

  • Durée estimative des différentes étapes de construction d’un parc éolien :

– Travaux de terrassement = 1 mois
– Fondations en béton = 2 mois
– Raccordements électriques = 3 mois
– Montage des éoliennes = 1 mois
– Essais de mise en service = 1 mois
– Démarrage de la production = 1 mois

Puissance installée

  • Fin 2011, 238,5 GW de puissance éolienne cumulée étaient installés dans le monde, dont 41 GW en 2011. L’Asie reste le plus grand marché mondial (52%) devant l’Europe (24,5%) et l’Amérique du Nord (19,7%)
  • En ce qui concerne la France, 6640 MW éoliens étaient raccordés au réseau fin 2011, dont 955 MW installés durant l’année 2011. Ceci marque une baisse par rapport à 2010 qui avait vu le raccordement de 1086 MW. L’année 2012 s’annonce très mauvaise en raison des incertitudes sur le tarif d’achat éolien.

Production éolienne en France et en Europe

  • Le taux de couverture de la consommation française d’électricité par l’énergie éolienne est passé de 1,9% en 2010 à 2,5% en 2011, soit 11,9 TWh.
  • Pour comparaison, le taux de couverture en 2011 était de 26% au Danemark (objectif 50% en 2020), 16% en Espagne et 8% en Allemagne.
  • Le facteur de charge moyen pour la France varie entre 22 et 25% (source RTE), soit un nombre d’heures annuelles équivalentes à pleine puissance d’environ 1900 à 2200 h.

Emploi et balance commerciale

  • L’éolien représentait en 2010 près de 240 000 emplois directs et indirects en Europe (contre 150 000 en 2007). Les projections tablent sur plus de 500 000 emplois à l’horizon 2020.
  • La filière éolienne française employait en 2011 11 000 personnes à temps plein. Les appels d’offre off-shore créeront 10 000 emplois supplémentaires. Sous réserve de l’atteinte des objectifs de puissance que la France s’est fixés, le nombre d’emplois total dans la filière éolienne française pourrait atteindre 60 000 à l’horizon 2020.
  • La balance commerciale de l’éolien français est d’ores et déjà quasiment à l’équilibre avec 950 millions d’€ d’exportations contre 1050 millions d’importation.
  • La première usine française d’un constructeur d’éoliennes s’est ouverte en octobre 2012 en Picardie (usine de mâts en béton). Le développement de l’éolien offshore devrait se traduire par la construction de plusieurs usines dans les ports français.
  • De nombreux sous-traitants français sont d’ores et déjà présents sur le marché de l’éolien, malgré l’absence de véritables constructeurs français (Alstom et Areva étant arrivés sur le marché par acquisition de constructeurs étrangers).
  • De nombreux emplois liés à l’éolien sont non-délocalisables, en particulier les emplois liés à la maintenance des éoliennes. De façon générale, le transport des gros composants sur de longues distances étant difficile, les sites de fabrication ne peuvent être délocalisés sur d’autres continents.
  • Le gisement énergétique éolien doit être maîtrisé en priorité  par des citoyens riverains et leurs représentants (collectivités locales).  La production d’une électricité propre n’a de sens que si elle s’accompagne d’un effort important de réduction de sa consommation. Sur un territoire la mobilisation des citoyens et de leur épargne permet d’engager un débat sur le développement local et l’accompagnement de projets, l’utilisation de l’épargne, et de partager des débats environnementaux et d’économie locale.

Fabrication des éoliennes

  • Part de marché des fabricants d’éoliennes en 2011 (source journal de l’éolien février 2012) : Vestas (Danemark) 14,3%, Sinovel (Chine) 10,7%, GE Wind (USA) 9,3%, Goldwind (Chine) 9,2%, Enercon (Allemagne) 7%, Suzlon Group (Inde) 6,7%, Dongfang (Chine) 6,4%, Gamesa (Espagne) 6,3%, Siemens (Allemagne) 5,7%, United Power (Chine) 4%.
  • On retrouve quatre fabricants chinois dans les 10 plus grands fabricants mondiaux, alors qu’ils en étaient encore absents il y a quelques années. Cependant et à la différence du photovoltaïque, les constructeurs chinois sont avant tout présents sur leur marché national et le marché asiatique plus généralement, leurs machines étant encore de moins bonne qualité que celles de leurs concurrents européens ou américains.
  • Les éoliennes installées en Europe sont toutes certifiées par des organismes de contrôle indépendants et accrédités par un organisme gouvernemental, afin de garantir la sécurité des biens et des personnes à proximité des parcs éoliens. En France, de nombreux contrôles techniques et inspections réglementaires doivent également être effectués par des organismes indépendants durant la durée de vie de l’installation.

Exploitation de la ressource et fonctionnement de l’éolienne

  • Une éolienne transforme l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. Le rendement aérodynamique maximal de cette conversion est donné par la loi de Betz et ne peut dépasser 59 %. Les meilleures éoliennes atteignent des rendements supérieurs à 50 % et donc très proches de cette limite.
  • La puissance récupérable est donnée par la puissance cinétique du vent passant dans l’aire balayée par le rotor de l’éolienne : où D est la densité de l’air (1,225 kg/m3au niveau de la mer), S est la surface balayée par les pales de l’éolienne et v est la vitesse du vent. On voit qu’elle augmente comme le cube de la vitesse du vent, ou comme le carré du diamètre du rotor. Une augmentation de la ressource en vent de 3% se traduit donc par une augmentation de la puissance de 10 %.
  • Le vent souffle plus fort et de manière plus régulière en altitude que près du sol, où les nombreux obstacles présents (arbres, bâtiments, etc.) le ralentissent et créent des turbulences. Pour maximiser la production d’électricité, il convient donc d’installer les éoliennes sur des mâts suffisamment hauts pour qu’elles puissent bénéficier d’un vent non perturbé.
  • La production d’une éolienne démarre à 3m/s (11 km/h), la puissance maximale est atteinte vers 12 à 15 m/s (43 à 54 km/h), vitesse de coupure 25 m/s (90 km/h). Certaines nouvelles machines, plutôt que de s’arrêter abruptement au-delà de 25 m/s, réduisent progressivement leur production d’électricité au-delà de cette vitesse et ne s’arrêtent complètement qu’à partir de 35 m/s.

  • Le contrôle de la vitesse de rotation de l’éolienne est obtenu par contrôle du couple générateur entre 3 et 12 m/s, puis par contrôle de l’orientation des pales (pitch) lorsque la génératrice tourne à sa puissance maximale.

Types d’éoliennes synchrones et asynchrones

Il convient de distinguer la partie mécanique et la partie électrique de l’éolienne.

Pour la partie mécanique, on peut distinguer les éoliennes à entraînement multiplié et à entraînement direct. Pour la partie électrique, on distingue les génératrices synchrones et asynchrones.

Il existe différents types d’éoliennes. Les éoliennes classiques sont dites à axe horizontal (en référence à l’axe de rotation principal), par opposition aux éoliennes à axe vertical (type Darrieus par exemple). Il existe peu de grandes éoliennes à axe vertical, ce type de technologie étant plutôt réservé aux petites machines.

Parmi les éoliennes à axe horizontal, on peut ensuite distinguer les éoliennes à entraînement multiplié des éoliennes à entraînement direct :

  • Les éoliennes à entraînement multiplié utilisent un multiplicateur (boîte de vitesses) à 3 ou 4 étages pour amener la vitesse de rotation des pales (de 5 à 15 tours / minute) à celle de la génératrice (généralement pour une vitesse nominale de 1500 tours / minute). L’avantage est de pouvoir utiliser une génératrice relativement simple et de se passer d’un convertisseur de puissance complexe.
  • Les éoliennes à entraînement direct se passent de multiplicateur en utilisant une génératrice capable de fonctionner avec une vitesse de rotation beaucoup plus faible. La génératrice est alors plus chère et plus grosse. Deux technologies existent : les génératrices à aimants permanents (autoexcitées) ou les génératrices à bobinage reposant sur un convertisseur de puissance complet pour gérer l’excitation du stator et du rotor. L’avantage est de se passer de boîte de vitesse, qui est un composant soumis à de fortes sollicitations mécaniques qui conduisent parfois à des opérations de maintenance lourdes.
  • Visuellement, ces deux technologies se distinguent par la forme de la nacelle : allongée pour les éoliennes à génératrices asynchrone, plus courte et arrondie pour les éoliennes à entraînement direct (type Enercon).
  • Les champs magnétiques du stator et du rotor d’une génératrice asynchrone tournent à une vitesse différente, là où ils tournent à même vitesse (en synchronisme) pour une génératrice synchrone.

Acoustique

  • Les réglementations en termes d’acoustique sont très variables d’un pays à l’autre. La législation française ne limite pas le niveau absolu d’émission mais l’émergence, c’est-à-dire le bruit supplémentaire généré par les éoliennes.
  • Lors de la conception d’une nouvelle machine, des mesures acoustiques doivent être effectuées par un organisme indépendant sur le prototype, afin d’estimer le niveau de bruit généré par la machine.
  • Lors du développement d’un parc éolien, des études acoustiques sont systématiquement réalisés par des bureaux d’étude spécialisés. Des microphones sont installés à différents points sensibles du site pendant quelques semaines afin d’évaluer le bruit de fond. Les niveaux d’émergence peuvent ainsi être estimés à partir du bruit de fond et du niveau de bruit des turbines.
  • En cas de dépassement, il est possible de brider les éoliennes afin de limiter leur niveau sonore. Tous les constructeurs proposent désormais des modes de fonctionnement spécialement dédiés à l’optimisation du niveau sonore (vitesse de rotation réduite).
  • Extrait du rapport de l’AFSSET (Agence Française de Sécurité Sanitaire de l’environnement et du Travail) – Mars 2008

Le rapport final de ces travaux présente un état des lieux du développement de la filière éolienne et les perspectives à l’échelle mondiale et sur le plan national.

Un état des lieux comparatif des diverses réglementations au niveau mondial a été réalisé. Il apparaît que la situation en France figure parmi les plus protectrices pour les riverains (décret 2006-1099 du 31 août 2006 relatif à la lutte contre les bruits de voisinage).

Les niveaux de bruit générés par les éoliennes ont été évalués au moyen d’une campagne de mesure et de modélisations. Suite à cela, l’exposition des riverains, les impacts sanitaires éventuels et enfin les possibilités de gestion du bruit ont été étudiés.

Il apparaît que les émissions sonores des éoliennes ne génèrent pas de conséquences sanitaires directes, tant au niveau de l’appareil auditif que des effets liés à l’exposition aux basses fréquences et aux infrasons. A l’intérieur, fenêtres fermées, on ne recense pas de nuisances – ou leurs conséquences sont peu probables au vu des bruits perçus. En ce qui concerne l’exposition extérieure, les émissions sonores des éoliennes peuvent être à l’origine d’une gêne – souvent liée à une perception négative des éoliennes. Le groupe de travail recommande de ne pas généraliser une distance d’implantation unique pour les parcs éoliens, mais d’utiliser les modélisations actuelles. Ces modèles sont suffisamment précis pour évaluer au cas par cas la distance d’implantation adéquate pour ne pas générer de nuisance sonore pour les riverains des éoliennes.

Temps de retour énergétique et contenu carbone

  • Dans le cas de l’off shore comme de l’éolien terrestre, il faut moins d’un an pour produire autant d’énergie que l’énergie grise nécessaire à la production, à la fabrication, à l’utilisation et au recyclage d’une éolienne.
  • Le contenu carbone du kWh éolien est de l’ordre de 20-30 g CO2/ kWh, à comparer aux 30 – 60 g CO2/ kWh du nucléaire (dépend de la provenance de l’uranium), aux 400 g/kWh d’une centrale à gaz à cycle combiné et aux 900 g/kWh d’une centrale au charbon.

Gestion de l’intermittence

  • Les trois grands gisements éoliens (mer du Nord, façade atlantique et golfe du Lion) suivent des régimes indépendants et il est rare que le déficit de production de l’un soit simultanément le lot des autres.
  • La production éolienne est devenue prévisible à 24 ou 48 heures (reste la possibilité d’un aléa climatique). RTE utilise le système IPES : en couplant des données météorologiques à  des données techniques en provenance des parcs éoliens, il est possible d’estimer la production du parc éolien français heure par heure, jusqu’à deux jours à l’avance, avec un écart type entre prévisions et production réelle de 5%. A terme, le système IPES devra assurer deux autres fonctions : l’observabilité et la « commandabilité » de la production éolienne.
  • Selon RTE, il suffit de prévoir seulement 5% de moyens de régulation d’origines thermique ou hydraulique en soutien aux variations du productible éolien.

Besoin de maintenance

  • Le taux de disponibilité des éoliennes, en général garanti par le constructeur, varie entre 95 et 98%. Le taux de disponibilité réel est généralement supérieur au taux garanti, de 97% à 99%.
  • Pour l’éolien terrestre, le coût de la maintenance est estimé à 1,5% du prix de la machine durant les premières années de fonctionnement, 3% pour les dernières années.
  • Les coûts de maintenance sont plus élevés pour l’éolien en mer, ils s’élèvent approximativement à 25,5 €/MWh soit 14% du coût d’un MWh (selon une étude du cabinet d’audit KPMG de 2010).

 

Critiques et réponses

  • Énergie intermittente : comme on l’a dit plus haut, il conviendrait de parler de variabilité plutôt que d’intermittence. La variabilité de l’énergie éolienne peut être prédite avec une assez grande précision, et fait partie au même titre que d’autres des nombreuses contraintes à gérer par l’opérateur réseau. Par ailleurs, les centrales éoliennes sont capables, comme les autres centrales électriques, de rendre un certain nombre de services aux opérateurs réseaux : fourniture et consommation de puissance réactive pour réguler la tension, non déconnection du réseau en cas de brèves chutes de tension…
  • Certaines technologies d’éoliennes (aimants permanents) contiennent des terres rares (néodyme) dont l’extraction se fait majoritairement en Chine avec des conséquences environnementales importantes, et pour lesquelles une pénurie n’est pas exclue. La part de marché des éoliennes utilisant des aimants permanents reste cependant relativement faible, et c’est surtout pour l’éolien en mer que certains constructeurs s’y intéressent, car les éoliennes à aimant permanent peuvent diminuer les besoins de maintenance. A titre d’exemple, les deux leaders sur le marché français, Enercon et Repower, utilisent des éoliennes sans aimant permanent.
  • Impact sur le paysage. Outre le fait que ce point est assez subjectif, il convient de dire que les règles d’urbanisme sont très contraignantes et que l’étude d’impact menée pour tout parc éolien contient un volet paysager.
  • Impact sur les oiseaux et les chauves-souris : de nombreuses d’études sont menées pour évaluer cet impact, qui reste toujours extrêmement faible en comparaison de celui des lignes électriques, des baies vitrées et de la chasse. Certaines éoliennes peuvent également être équipées de système permettant d’arrêter la machine lorsque le risque d’impact est important (lever ou coucher du soleil, période de l’année, valeurs de la vitesse du vent et de la température).
  • Impact sonore. Le bruit d’une éolienne moderne est dû uniquement à la rotation des pales. Plus les pales de l’éolienne tournent vite, plus le bruit sera important. La distance minimale à respecter entre une éolienne et l’habitation principale la plus proche est de 500 mètres, distance à laquelle le bruit dû à la rotation des pales est fortement atténué, et le plus souvent couvert par le bruit ambiant. En France, la régulation ne porte pas sur le bruit maximal de l’éolienne, mais sur l’émergence maximale, c’est-à-dire la différence entre le bruit causé par l’éolienne et le bruit ambiant. L’émergence ne doit pas dépasser une valeur de 5 décibels le jour et de 3 décibels la nuit. La réalisation d’un parc éolien donne lieu à une étude acoustique qui détermine les points potentiellement impactés. Si nécessaire, l’éolienne peut être bridée (on diminue la vitesse de rotation des pales) afin de respecter la réglementation.
  • Energie chère : on l’a dit plus haut, les parcs éoliens les mieux ventés produisent de l’énergie avec un coût de 40-50 €/MWh, à peine plus cher que les centrales à gaz (et cela sans tenir compte des émissions de CO2) – source : Bloomberg

 

Plus d’informations sur l’éolien

Syndicat des énergies renouvelables

France Energie Eolienne

Comité de liaison des énergies renouvelables

Statistiques du ministère de l’Ecologie, du Développement durable et de l’Energie