Une éolienne est un dispositif qui convertit l'énergie cinétique du vent en énergie électrique via un rotor à pales, une boîte de vitesses (ou transmission directe) et un générateur. Troisième source d'électricité renouvelable au monde après l'hydraulique et le solaire, l'éolien représentait en 2023 plus de 2 270 GW de capacité installée mondiale, soit 7,8% de la production mondiale d'électricité.
⚙️Principe de fonctionnement
Le vent fait tourner les pales aérodynamiques (profil NACA), entraînant un rotor solidaire d'un axe. Cet axe transmet la rotation à un multiplicateur (pour les éoliennes conventionnelles) qui porte la vitesse de 10–20 tr/min à 1 200–1 800 tr/min afin d'entraîner le générateur synchrone ou asynchrone. Les éoliennes à entraînement direct (sans multiplicateur) utilisent des générateurs à aimants permanents multipolaires.
La puissance extraite est limitée par la loi de Betz à un maximum théorique de 59,3% de l'énergie cinétique du vent. Les éoliennes modernes atteignent 45–50% de rendement aérodynamique réel. La puissance varie avec le cube de la vitesse du vent : doubler la vitesse du vent multiplie la puissance par 8.
🏭Types d'éoliennes
Éolienne terrestre (onshore)
80–120 m de hauteur de mât. Pales 40–80 m. Puissance unitaire 2–7 MW. Facteur de charge 25–35%. La plus répandue et la moins chère (40–60 €/MWh).
Éolienne offshore posée
Mer peu profonde (< 60 m). Puissance 8–22 MW. Siemens SG 14-222 DD : 14 MW, pales 108 m. Facteur de charge 40–55%. Coût 80–120 €/MWh.
Éolienne offshore flottante
Eau profonde (> 60 m). Flotteur ancré. Permet d'exploiter des vents plus forts et réguliers. Technologie en déploiement industriel depuis 2023.
Éolienne à axe vertical (VAWT)
Rotor Darrieus ou Savonius. Indifférent à la direction du vent. Puissance faible (quelques kW). Urba, micro-éolien, milieu urbain.
📊Comparatif modèles
| Modèle | Fabricant | Puissance | Diamètre rotor | Usage |
|---|---|---|---|---|
| SG 14-222 DD | Siemens Gamesa | 14–15 MW | 222 m | Offshore |
| Haliade-X | GE Vernova | 13–14 MW | 220 m | Offshore |
| MySE 16.0-242 | MingYang (Chine) | 16 MW | 242 m | Offshore |
| V236-15.0 | Vestas | 15 MW | 236 m | Offshore |
| E-175 EP5 | Enercon | 5,56 MW | 175 m | Onshore |
| SG 5.0-145 | Siemens Gamesa | 5 MW | 145 m | Onshore |
📅Chronologie
Charles Brush (USA) construit la 1re éolienne automatique produisant de l'électricité — 12 kW, 144 pales. Fonctionnera 20 ans à Cleveland.
L'URSS installe à Yalta la première éolienne connectée à un réseau électrique (100 kW). Les ingénieurs soviétiques publient les premiers travaux théoriques sur la loi de Betz.
Crises pétrolières : les programmes éoliens nationaux se développent au Danemark, en Allemagne et aux USA. Le Danemark pose les bases de l'industrie éolienne moderne.
Premier parc offshore au monde à Vindeby (Danemark) — 11 éoliennes de 450 kW. Démontre la faisabilité de l'éolien en mer.
L'Allemagne (loi EEG 2000) et le Danemark deviennent les leaders mondiaux. Les turbines passent de 1 MW à 5 MW. La Chine entre massivement sur le marché.
La puissance éolienne mondiale dépasse 500 GW. Premiers appels d'offres offshore à prix négatifs (Danemark). L'éolien devient compétitif sans subvention.
Capacité mondiale : 2 270 GW. La Chine représente 40% du parc mondial. La France atteint 22 GW installés (onshore + offshore). Premier MW flottant commercial en Norvège.
🔤Vocabulaire
- FACTEUR DE CHARGERatio énergie produite / énergie maximale théorique — 25–35% onshore, 45–55% offshore
- LOI DE BETZLimite théorique de 59,3% de l'énergie cinétique extractible du vent (Albert Betz, 1919)
- NACELLECapot abritant le multiplicateur, le générateur et les systèmes de contrôle au sommet du mât
- PITCHAngle d'incidence des pales ajusté automatiquement selon la vitesse du vent pour optimiser la puissance
- YAWSystème d'orientation de la nacelle face au vent via capteurs de direction et moteurs d'azimut
- LIDARMesure laser du vent en amont pour anticiper les rafales et optimiser l'orientation des pales