Le guide de l'éolien, techniques et pratiques

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L'énergie éolienne est un moyen de production performant, efficace et durable. En termes de production d'électricité, elle est l'une des filières les plus propres, les plus sures et les plus rapides à mettre en place tout en étant renouvelable. Pourtant, parfois, cette technologie a suscité la polémique. Peu d'infrastructures de production d'énergie ont suscité autant d'avis contradictoires au sein même de groupes de pensée, et aussi peu d'objectivité scientifique et technique...



Ainsi, cet ouvrage vous permettra de mieux comprendre cette technologie et toutes les étapes nécessaires à la réalisation d'un projet, "pour transformer une idée et du vent en électricité renouvelable".




  • Les fondamentaux de l'énergie éolienne


    • Une énergie particulière


    • La ressource en vent


    • Récolter l'énergie du vent




  • Les techniques de l'éolien en pratique


    • Les différents types d'éoliens


    • Développer et construire une installation éolienne


    • Opérer, entretenir et assurer la maintenance d'une installation éolienne




  • Annexes (Références)

Publié le : jeudi 7 juillet 2011
Lecture(s) : 170
EAN13 : 9782212852288
Nombre de pages : 180
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Le guide deCorinne Dubois
l’éolien,
techniques
et pratiquesCorinne Dubois Le guide de
l’éolien,
techniques et pratiques
L’énergie éolienne est un moyen de production performant,
effi cace et durable. En termes de production d’électricité, elle
est l’une des fi lières les plus propres, les plus sures et les plus
rapides à mettre en place tout en étant renouvelable. Pour-
tant, parfois, cette technologie a suscité la polémique. Peu
d’infrastructures de production d’énergie ont suscité autant
d’avis contradictoires au sein même de groupes de pensée, et
aussi peu d’objectivité scientifi que et technique…
Ainsi, cet ouvrage vous permettra de mieux comprendre cette
technologie et toutes les étapes nécessaires à la réalisation
d’un projet, « pour transformer une idée et du vent en électri-
cité renouvelable ».
Conception Nord CompoLe guide de l’éolien,
techniques
et pratiquesDANS LA MÊME COLLECTION
Philippe Guillet. – Le guide des piscines naturelles et écologiques,
G12348, 2008.
Michel Tissot. – Le guide de l’énergie solaire et photovoltaïque, G12332,
2008.
Brigitte Vu. – Le guide de l’eau domestique, G12372, 2008.u. – Le guide de l’habitat passif, G12365, 2008.
CHEZ LE MÊME ÉDITEUR
Léon-Hugo Bonte. – Réaliser et entretenir son mur végétal, G12342, 2008.
Bertrand Gonthiez. – Utiliser l’eau de pluie, G12275, 2008.
Paul de Haut. – Construire une maison non toxique, G12253, 2008.
Bruno Herzog. – Le puits canadien, G12141, 2008.
Éric et Tina Masson. – Jardiner écologique, sans pesticide, G12254,
2008.
Emmanuel Riolet. – L’énergie solaire et photovoltaïque pour le particulier,
G12221, 2008.
Brigitte Vu. – L’isolation écologique, G12265, 2007.u. – La maison à énergie zéro, G12089, 2007.
Brigitte Vu. – Rénovation et Grenelle de l’environnement, G12318, 2008.
Pascal Farcy. – Le compost, G12220, 2007.
Paul de Haut. – 25 moyens d’économiser son argent et notre
environnement, G12053, 2007.Chauffage, isolation et ventilation écologiques, G12105,
2007.
Emmanuel Riolet. – Le mini-éolien, G12143, 2007.
Brigitte Vu. – 5 diagnostics immobiliers obligatoires, G12181, 2007.u. – Choisir une énergie renouvelable adaptée à sa maison,
G12142, 2007.
eBruno Béranger. – Les pompes à chaleur, 2 édition, G12266, 2006.
Brigitte Vu. – Gestion et récupération des eaux pluviales, G11949, 2006.u. – L’habitat écologique et les aides de l’État, G12054, 2006.
Brigitte Vu. – Récupérer les eaux de pluie, G11984, 2006.Corinne Dubois
l’éolien, Le guide de
techniques
et pratiquesImages © Corinne Dubois : 1.14, 2.1, 2.2, 2.3, 2.5, 2.6, 2.9, 2.10,
2.11, 2.12, 2.13, 2.14, 2.15, 2.16, 2.19, 2.23, 2.25, 2.26, 2.27,
2.28, 3.5, 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20, 3.27, 5.1, 5.9, 5.12, 6.5
© Groupe Eyrolles, 2009
ISBN : 978-2-212-12431-6
ÉDITIONS EYROLLES
61, bd Saint-Germain
75240 Paris Cedex 05
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du Code de la propriété intellectuelle.
L’autorisation d’effectuer des reproductions par reprographie doit être obtenue auprès du Centre
Français d’exploitation du droit de Copie (CFC) – 20, rue des Grands-Augustins – 75006 PARIS.À mon père, qui a su me transmettre son attachement à la nature et
sa curiosité pour les sciences, et à ma mère, qui m’a baignée dans
le monde de l’énergie depuis mon plus jeune âge…Sommaire
Les modèles mathématiques de simulation Préface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
du vent sur une zone . . . . . . . . . . . . . . . .68
Les prévisions en termes d’énergie
Partie 1 – Les fondamentaux et le productible . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
de l’énergie éolienne . . . . . . . . . . . 11 La représentation énergétique
en vue du micrositing . . . . . . . . . . . . . . . .74 1> Une énergie particulière . . . . . . . . .12
Généralités sur l’énergie éolienne . . . . . .12 en vue d’une évaluation de productible . . . .76
Les différents moyens de production
3> Récolter l’énergie du vent . . . . . . .77de l’électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Survol des différents concepts d’éolienne . . .78
Les chiffres clefs de la production
Capter le vent : les pales . . . . . . . . . . . . .80d’électricité (IEA 2008) . . . . . . . . . . . . . . .15
Chercher le meilleur du vent : le mât . . . . .83Prospectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Vue globale du système fonctionnel Comparaison entre sources d’énergie
nommé « turbine » . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86et impact potentiel de l’éolien . . . . . . . . . .21
Vitesse de rotation et couple mécanique : L’apport de l’éolien contre l’épuisement
l’ensemble rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90des ressources énergétiques . . . . . . . . . .22
La transmission mécanique :
Le rôle de l’éolien contre le changement
avec ou sans boîte de vitesses . . . . . . . . . .96
climatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
La transformation d’une rotation
L’éolienne et le réseau . . . . . . . . . . . . . . .28 en électricité : la génératrice . . . . . . . . . . .98
Faire face aux variations de l’éolien . . . . . .29 Le traitement et la transmission électrique
jusqu’au point de raccordement . . . . . . . .108S’adapter à la production décentralisée . . . .30
Notions de réseaux isolés ou
interconnectés et comportement Partie 2 – Les techniques
par rapport à l’éolien . . . . . . . . . . . . . . . .30
de l’éolien en pratique . . . . . . . . 115Cas de l’éolien sur des réseaux
interconnectés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
1> Les différents types d’éoliens… .116
En quoi consiste l’éolien ? . . . . . . . . . . . .35
Les éoliennes de pompage . . . . . . . . . .116
2> La ressource en vent36 Les petites éoliennes . . . . . . . . . . . . . . .117
Les petites éoliennes à usage privé . . . . . .119La ressource vent : son énergie
et notre capacité à la capter . . . . . . . . .37 Les éoliennes « rurales » . . . . . . . . . . . . . .121
Les « des îles » . . . . . . . . . . . . .121Caractériser l’énergie du vent
en un point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Les éoliennes « urbaines » . . . . . . . . . . . . .122
L’objectif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Les éoliennes offshore . . . . . . . . . . . . . .124
Les méthodes d’acquisition Les éoliennes « mégawatts » terrestres . . .125
des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Les « multimégawatts »127Prédire le vent statistiquement . . . . . . . . .61
L’objectif 61 2> Développer et construire
Les principes62 une installation éolienne . . . . . . . .129
Prédire le vent sur une zone . . . . . . . . . .64 Le vocabulaire des professionnels
L’objectif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 de l’éolien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
6La gestion administrative, comptable, Le développeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
fi scale, juridique et fi nancière . . . . . . . . . .157Le promoteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
La communication avec l’ensemble L’investisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
des acteurs liés à l’exploitation
Le maître d’œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . .131
du parc éolien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
Le maître d’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . .131
L’exploitation et la gestion technique
Le propriétaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
d’un parc éolien . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
L’exploitant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
Les différentes structures opérationnelles
La société de projet . . . . . . . . . . . . . . . .131 d’une exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
La préfaisabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 La gestion de la production éolienne . . . . .162
Défi nition de la préfaisabilité . . . . . . . . . .132 L’entretien et la maintenance
Les informations issues d’une étude d’un parc éolien . . . . . . . . . . . . . . . . . .164
de préfaisabilité 133
Les principaux cycles d’entretien
La durée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 et de maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . .165
Le coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
Les principales pièces touchées . . . . . . . .166
Mener soi-même la préfaisabilité . . . . . . .136
Statistique sur les principales
Le développement, terme sacré défaillances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166
de l’éolien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Les coûts d’opération
Défi nition du développement . . . . . . . . . .136 et de maintenance . . . . . . . . . . . . . . . .169
Contenu d’une étude de développement
Les garanties et la couverture
type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
des risques d’exploitation . . . . . . . . . . .170
La durée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
Le coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
Partie 3 – Annexes . . . . . . . . . . . . 173Mener soi-même le développement . . . . . .142
La préparation des travaux . . . . . . . . . .142 > Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174
Les tâches de la préparation
Ouvrages généraux . . . . . . . . . . . . . . . .174
de construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
Publications professionnelles La durée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
ou scientifi ques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175Le coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
Sites Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176Mener soi-même la préparation
des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144 Les fondamentaux mathématiques
et physiques176La construction du parc . . . . . . . . . . . . .145
Les techniques appliquées . . . . . . . . . . . .176Les corps de métier impliqués
dans la construction d’un parc éolien . . . .145 L’électricité et les réseaux . . . . . . . . . . . . .177
Le coût et la durée de construction . . . . . .154 Les sciences de la terre, du climat
Mener soi-même la construction . . . . . . . .155 et de la cartographie . . . . . . . . . . . . . . .177
Les sciences et techniques
3> Opérer, entretenir et assurer
de l’éolien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
la maintenance d’une installation
Les rubriques techniques
éolienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156 et documentaires des associations
de l’éolien177La gestion d’un parc éolien
comme une entreprise . . . . . . . . . . . . . .157 Le monde de l’énergie . . . . . . . . . . . . . .177
7Préface
Le changement climatique et la raréfaction des ressources sont mainte-
nant bien présents dans tous les esprits. Il est nécessaire de changer
nos habitudes et de mettre en avant toutes les démarches vertueuses
pour inverser les tendances.
Dans le domaine de l’énergie, les économies sont bien entendu
indispensables, mais les sources d’énergies renouvelables devront éga-
lement connaître une croissance sans précédent dans les prochaines
décennies.
En particulier, parmi toutes les ressources possibles (biomasse, soleil,
vent, houle, etc.), l’énergie éolienne est aujourd’hui la plus accessible
en termes de technologie et de coûts. Elle est donc tout naturellement
appelée à prendre une place importante dans le « mix » énergétique
mondial.
D’ailleurs, avec 47 GW installés en Europe entre 2000 et 2007,
l’éolien arrive désormais en deuxième position (derrière les centrales
au gaz) en termes de nouvelles capacités électriques installées, et
cette tendance ne va pas s’infl échir au cours des prochaines années !
Aujourd’hui, la puissance éolienne installée en Europe croît de 30 %
par an ; cette hausse est comparable à celle qu’a connue le nucléaire
dans les années 1970.
Ce fort développement est dû évidemment aux qualités environnemen-
tales de cette forme d’énergie, mais également à d’autres facteurs
économiques : rapidité d’installation, prévisibilité du coût sur le long
terme, indépendance énergétique, etc.
La France a pris relativement tard le train de l’éolien, mais il est
aujourd’hui clair que cette énergie sera incontournable pour que ce
pays atteigne les objectifs de réduction de gaz à effet de serre qu’il
s’est fi xés. En 2020, si le programme éolien français est mené à bien
(atteinte des objectifs du Grenelle), ce sont 16 millions de tonnes de
dioxyde de carbone qui seront économisées annuellement, soit l’équi-
valent de 8 millions de voitures. Les éoliennes participeraient alors,
proprement, à 10 % de notre consommation électrique.
8Pour répondre à ce marché en forte croissance, la technologie éolienne
a énormément évolué ces dernières années, permettant des rendements
plus importants et une meilleure intégration dans les réseaux (où les
éoliennes ne sont plus anecdotiques). Mais la technologie de l’éo-
lienne ne fait pas tout le projet, et les étapes à franchir pour passer
d’un site potentiel aux premiers électrons produits par un parc éolien
sont nombreuses et périlleuses.
Cet ouvrage permet de mieux comprendre la technologie et toutes les
étapes nécessaires à la réalisation d’un projet. Il amène aussi à appré-
cier la technicité de tous les métiers et corps d’état qui interviennent
pour transformer une idée et du vent en électricité renouvelable.
Charles Dugué
Consultant, 8.2 France
Président de France énergie éolienne (association professionnelle
regroupant les acteurs de l’éolien en France)
Vice-président du Syndicat des énergies renouvelables
Administrateur de l’Association européenne de l’énergie éolienne (EWEA)
9© LM Glasfi berP a r tie 1
Les fondamentaux
de l’énergie
éolienne
Cette première partie traite des principes fondamentaux
et des grandes lignes technologiques qui touchent à la
transformation de l’énergie éolienne en électricité.
Dans le chapitre 1, nous présenterons quelques lois poli-
tiques, économiques et humaines qui ont leur importance
pour l’éolien, même si elles ne sont pas le centre de cet
ouvrage dont le propos est avant tout technique. Ensuite
seront abordées diverses lois physiques et mathémati-
ques : le chapitre 2 réfère aux fondamentaux scientifi ques,
et le chapitre 3 à la technologie proprement dite.Le guide de l’éolien, techniques et pratiques
Une énergie
›1 particulière
En chinois, l’idéogramme représentant le mot « crise » est la composition
de deux autres idéogrammes, le premier signif e « danger »,
et le second « opportunité ».
John F. Kennedy
Un défi mondial sans précédent est lancé aujourd’hui aussi bien sur le
front des ressources énergétiques que sur celui du changement climatique.
Dans ce contexte, l’énergie éolienne est réapparue et prend peu à peu
une place qui n’est plus négligeable au niveau des réseaux électriques.
Dans ce chapitre, nous évoquerons tout d’abord la place des princi-
paux types de production d’électricité à ce jour, et celle de l’éolien de
demain.
Nous verrons de quelle façon ce dernier peut représenter l’un des outils
pour contrer l’épuisement des ressources énergétiques mondiales, et pour
participer à la lutte contre le changement climatique.
Nous examinerons brièvement la question de l’intégration de l’éolien au
réseau.
Enfi n, nous donnerons un aperçu de l’ensemble des corps d’études et de
techniques dont relève une démarche « éolienne ».
Généralités
sur l’énergie éolienne
Le vent est une force de la nature expérimentée par l’Homme depuis
les temps anciens, bien avant que ce dernier n’ait vraiment compris
12Les fondamentaux de l’énergie éolienne
sa source physique et ses lois fondamentales. Les bateaux à voile, les
cerfs-volants, les girouettes, les moulins à grains n’ont pas attendu les
équations de Navier-Stockes ou les ordinateurs.
Le vent est une source d’énergie propre, renouvelable quasi instan-
tanément, et quasi infi nie à l’échelle humaine et terrestre. Il doit ces
caractéristiques à sa nature même : le vent naît de processus cycliques
(rotation terrestre, convection chaud/froid, etc.) appliqués à l’atmos-
phère puis à l’air dans un contexte topographique défi ni.
D’où vient le vent ?
Comme nous le verrons en chapitre 2, le vent est une masse d’air
en mouvement dont le déplacement est provoqué par des diffé-
rences de températures entre différents points de la Terre. Il y a
de grandes convections bien connues des météorologues, et des
convections plus locales dues à la topographie et aux effets de
gradients thermiques locaux (en bord de mer par exemple).
Certaines régions sont donc soumises à des vents plus ou moins
violents de façon plus régulière que d’autres.
Fig. 1.1 – L’un des atlas mondiaux des moyennes annuelles
de vitesses de vent (en m/s, à 10 m).
13
© Risø-DTU Wind Energy Division 2008Le guide de l’éolien, techniques et pratiques
Les vallées, lorsque le vent souffl e dans leur axe, peuvent aussi
connaître des vents violents. Un des plus connus est le Mistral. Ce
phénomène se retrouve également dans les déserts : les impor-
tantes différences de température qui apparaissent sont à l’ori-
gine de tempêtes de sable. De même, sur les océans, l’absence
d’obstacle permet au vent d’atteindre des vitesses élevées et
régulières. On citera aussi les zones des Westerlies (vent d’ouest)
dans l’hémisphère Nord, les quarantièmes rugissants et les cin-
quantièmes hurlants dans l’hémisphère Sud.
Fig. 1.2 – Les vents marins du monde, vus par la NASA.
Les différents moyens de
production de l’électricité
Le but est ici de resituer les ordres de grandeur des différentes sources
d’énergie qui permettent de produire de l’électricité. Il ne s’agit donc
pas de traiter de l’énergie en général, qui est un concept beaucoup
plus large, englobant les énergies utilisées pour le transport, le chauf-
fage (non électrique), la cuisson des aliments, etc.
14
© NASA/JPLLes fondamentaux de l’énergie éolienne
Quel que soit le monde de demain, une majeure partie des êtres
humains consommera de l’électricité. Nous allons donc examiner
les sources primaires de l’énergie électrique et leur durée de réserve
estimée à ce jour.
Les chiffres clefs de la production
d’électricité (IEA 2008)
Il est parfois ardu de se représenter les ordres de grandeur dans le
monde des chiffres de l’électricité. De plus, on peut trouver des valeurs
très divergentes dans la presse.
Les chiffres ci-après sont ceux fournis par l’IEA (ou AIE en français :
Agence internationale de l’énergie). Il est aussi possible d’en trouver
à l’IFP (Institut français du pétrole) ou bien auprès de RTE (Réseau
de transport d’électricité) pour la France – ou leurs équivalents dans
d’autres pays.
Les chiffres sont toujours à considérer à une date donnée pour un
cadre donné, ce particulièrement en matière d’éolien, qui est une
technologie « jeune ».
Sources primaires brutes de la production électrique mondiale
en 2006 en gigawattheures
(rappel : 1 GWh = 1 000 MWh = 1 000 000 kWh)
Tous Cycles
Éolien /
combustibles Nucléaire Hydro Géothermie combinés
solaire
fossiles et déchets
Monde 2 792 540 3 119 230 59 240 144 740 12 659 090 239 380
2 355 570 1 361 520 38 090 129 120 6 445 940 204 760OCDE
Hors OCDE 436 970 1 757 720 21 160 15 620 6 213 140 34 620
L’IEA fournit régulièrement les détails de ces informations pour l’en-
semble des pays de l’OCDE, et de temps à autre pour des pays
hors zone OCDE.
15Le guide de l’éolien, techniques et pratiques
L’OCDEFig. 1.3 – Les pays de l’OCDE.
L’OCDE, Organisation de coopération
et de développement économique,
comprend des pays aussi divers que
la Corée du Sud, l’Australie, la France,
les États-Unis… mais ni la Russie ni
la Chine. Elle regroupe des pays au
mode de vie occidental et – plus ou
moins – libéral.
Les bouquets énergétiques nationaux varient considérablement d’un
pays à l’autre.
Sur la fi gure 1.4 sont représentés les bouquets énergétiques de cinq
différents pays de l’OCDE. Il en ressort, entre autres, que le modèle
français est une réelle exception en la matière.
Fig. 1.4 – Bouquet énergétique de cinq pays ciblés,
selon les données de l’IEA 2006, en gigawattheures par an.
1 200 000
Cycles combinés &
1 000 000 déchets
Tous combustibles
fossiles800 000
Éolien / solaire
600 000
Géothermie
400 000
Hydro
200 000
Nucléaire
0
16
Japon
Allemagne
France
Espagne
Belgique

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