Qu’est-ce que l’énergie éolienne et comment fonctionne une éolienne ?

La recherche de sources d’énergie vertes dans le monde moderne augmente régulièrement en raison des impacts profonds des combustibles fossiles, notamment le réchauffement climatique, le changement climatique, la détérioration de la qualité de l’air, les pluies acides et les marées noires. L’énergie solaire et éolienne sont les deux plus grands acteurs du monde de l’énergie verte. Presque tout le monde comprend ce qu’est l’énergie solaire. Cependant, l’énergie éolienne est le sujet le moins exploré parmi la population.

Lorsque le vent souffle, nous l’appelons l’énergie du vent. Pour mieux comprendre l’énergie éolienne, il serait utile de s’adapter à sa nature et à son origine. De cette façon, vous pourrez reconnaître les défis et les avantages de son utilisation.

L’énergie éolienne est une sorte d’énergie cinétique, ou simplement une énergie en mouvement provoquée par l’effet du soleil sur l’atmosphère. Naturellement, les rayons du soleil chauffent inégalement l’atmosphère. L’ensemble du processus de chauffage, en conjonction avec la rotation de la terre, produit du vent qui se disperse sur les différentes surfaces terrestres. Le même vent peut être exploité pour faire tourner des turbines, générant ainsi de l’électricité.

 

En d’autres termes, les vents sont causés par le réchauffement inégal de l’atmosphère par le soleil, la rugosité de la surface de la Terre et la rotation de la Terre. Les modèles d’écoulement des vents sont modifiés par la topographie de la terre, de l’eau et des plantes. Les éoliennes modernes utilisent ce flux d’air pour produire de l’électricité. Nous, les humains, utilisons ce flux de vent à diverses fins, par exemple : produire de l’électricité, sécher des vêtements, naviguer, etc.

L’énergie éolienne est aujourd’hui le moyen le plus propre et le plus fiable de produire de l’électricité. L’énergie éolienne ne produit aucune émission toxique ni aucune émission piégeant la chaleur qui contribue au réchauffement climatique. Le fait que l’énergie éolienne soit la ressource énergétique la plus largement disponible, abondante et de plus en plus compétitive, en fait une alternative viable aux combustibles fossiles qui nuisent à notre santé et menacent l’environnement.

Le terme énergie éolienne décrit le processus par lequel le vent est utilisé pour produire de l’énergie mécanique ou de l’électricité. Les éoliennes convertissent l’énergie cinétique de l’énergie éolienne en puissance mécanique.

Cette puissance mécanique peut être utilisée pour certaines activités (telles que la mouture du riz ou le pompage de l’eau) ou un générateur peut convertir l’énergie mécanique en énergie électrique à la maison, au travail, dans les écoles ou dans d’autres installations.

Avant d’examiner comment une turbine génère de l’électricité, il serait utile de connaître les types et les composants d’une turbine.

Types d’éoliennes

Les éoliennes modernes se répartissent en deux groupes de base ; le rotor à axe horizontal, comme les moulins à vent agricoles traditionnels utilisés pour pomper l’eau, et le rotor à axe vertical, comme le modèle Darrieus de type batteur à œufs, du nom de son inventeur français. La plupart des grandes éoliennes modernes sont des turbines à axe horizontal.

Le plus courant est le rotor à axe horizontal, qui est essentiellement composé de trois pales. Les éoliennes à trois pales fonctionnent « au vent » (pales face au vent). Une turbine peut être installée sur terre ou au large dans d’immenses masses d’eau telles que des lacs et des océans. L’éolienne offshore est une nouvelle technologie qui fait défaut dans la plupart des pays ; cependant, les départements énergétiques respectifs des pays travaillent 24 heures sur 24 pour rendre la technologie disponible. Néanmoins, les États-Unis ont récemment lancé leur première turbine offshore.

Composants d’une éolienne

• Rotor et pales de rotor

Le rotor est un composant essentiel d’une turbine car, avec l’aide des pales, il est responsable de la conversion de l’énergie cinétique du vent en mouvement mécanique de rotation. Les pales de rotor sont généralement en fibre de carbone ou en plastique renforcé de fibre de verre. Le profil de l’aube de turbine imite celui d’une aile d’avion.

• Nacelle (constituée d’un groupe motopropulseur)

La nacelle contient à peu près le centre névralgique de la turbine, qui se compose de la boîte de vitesses, du générateur, de l’équipement électronique, de l’accouplement et des freins et d’autres composants. Il doit être relié à la tour par un palier afin qu’il tourne pour suivre la direction du vent.

• Tour et fondation

Pour assurer la stabilité d’une turbine, une fondation est construite en tenant compte de la consistance du sol sous-jacent. La construction de la tour doit pouvoir supporter le poids des pales du rotor et de la nacelle. Il doit également être capable d’absorber les charges statiques massives provoquées par l’énergie éolienne en constante évolution.

Le fonctionnement d’une éolienne est l’exact opposé d’un ventilateur. Dans un ventilateur, l’électricité générée est utilisée pour produire du vent. D’autre part, les turbines utilisent le vent pour produire de l’électricité.

Le générateur produit de l’électricité en utilisant le même principe qu’un générateur de votre voiture (selon la turbine). La puissante énergie cinétique du vent fait tourner les pales de la turbine, qui finit par faire tourner l’arbre relié au générateur. Le générateur exploite le mouvement de rotation de l’arbre pour faire tourner un rotor, qui se compose d’aimants chargés situés face à face. Le rotor est également entouré de boucles en fil de cuivre. Le rotor magnétique à l’intérieur du générateur sur l’arbre à grande vitesse tourne à l’intérieur de boucles de fil de cuivre qui sont enroulées autour d’un noyau de fer. Le rotor en rotation crée une « induction électromagnétique » lorsqu’il tourne autour de l’intérieur du noyau à travers les bobines qui produisent de l’électricité. Le vent peut également être utilisé comme puissance mécanique pour entreprendre des tâches telles que moudre le grain ou pomper de l’eau dans les maisons et les établissements commerciaux.

Après la production d’électricité, l’étape suivante est la distribution. L’électricité produite doit passer par un transformateur pour renforcer sa tension et lui permettre d’être transportée sur de longues distances. Le courant est reçu par des boîtes à fusibles et des centrales électriques, qui le convertissent en une tension beaucoup plus faible qui permet une utilisation sûre dans les maisons et les établissements commerciaux.

Avantages de l’énergie éolienne

• L’énergie éolienne est écologique

L’énergie éolienne produit de l’électricité sans émission de dioxyde de carbone, qui pollue l’environnement et peut altérer le climat. C’est une source de carburant propre car il produit de l’électricité sans les polluants environnementaux dangereux qui émanent de la combustion du charbon, par exemple, le soufre et l’azote, qui peuvent entraîner du mercure, des pluies acides et de nombreux autres polluants.

• L’énergie éolienne est relativement peu coûteuse

Le fait qu’il soit renouvelable en fait une source d’énergie rentable dans le monde moderne. Les coûts de l’énergie éolienne varient généralement de 4 à 6 cents par kilowatt/heure. Cela dépend cependant de la ressource éolienne et des financements spécifiques.

• L’énergie éolienne a permis à l’électricité d’atteindre des endroits éloignés

L’avènement de l’énergie éolienne a permis d’alimenter en électricité des sites éloignés, par exemple des communautés reculées de campagne et de montagne, ce qui a conduit à une multiplication des activités économiques.

• C’est une source d’électricité stable et fiable

Les vents sont provoqués par le soleil réchauffant l’atmosphère, les irrégularités de la surface de la Terre et la rotation de la Terre. Idéalement, cela signifie que tant que le vent souffle et que le soleil brille, l’énergie produite sera continuellement exploitée pour produire de l’électricité. Lorsqu’elle est complétée par l’électricité solaire, l’énergie éolienne est une excellente ressource pour les pays développés et en développement pour garantir une source d’électricité stable et fiable.

• Les éoliennes prennent moins de place

La centrale électrique moyenne prend beaucoup plus d’espace qu’une éolienne, ce qui signifie qu’elle peut être construite sur une ferme ou un ranch existant. C’est une grande victoire pour les habitants des zones rurales car l’économie est stimulée. Les éleveurs et les agriculteurs peuvent continuer à travailler sur leurs fermes puisque l’éolienne n’occupe qu’une fraction de la ferme. Les particuliers ou les organisations qui construisent des turbines versent également des paiements aux propriétaires fonciers et aux éleveurs leur garantissant une forme de revenu.

• L’énergie éolienne contribue à la création d’emplois

Selon le rapport Wind Vision, plus de 8 milliards de dollars de capital-investissement ont été investis dans le secteur éolien américain en 2014 seulement. Cela a créé plus de 73 000 emplois dans l’économie. D’ici 2050, le même rapport prévoit que l’énergie éolienne pourra soutenir plus de 600 000 emplois dans différents secteurs.

Inconvénients de l’énergie éolienne

• L’énergie éolienne est variable

Toutes les zones ne sont pas idéales pour l’installation d’éoliennes. Les modèles de vent changent chaque jour (tous les jours ne sont pas venteux). En raison de la nature variable de l’énergie éolienne, on ne peut pas compter sur elle comme seule source d’énergie.

Les éoliennes peuvent interférer avec la beauté naturelle du paysage et causer des nuisances sonores

La plupart des agriculteurs et des éleveurs peuvent résister à l’installation de turbines par crainte qu’elles n’affectent l’esthétique naturelle de l’environnement environnant. Bien que les turbines aient beaucoup moins d’impact sur l’environnement que les centrales électriques traditionnelles, des inquiétudes subsistent concernant le bruit produit par les turbines et les effets visuels sur le paysage. En fait, le bruit émanant des turbines commerciales peut être assimilé à un petit moteur à réaction.

• Les aubes de turbine peuvent représenter un grand danger pour les espèces d’oiseaux locales

De nombreux rapports de décès d’oiseaux après avoir heurté des pales en rotation ont été reçus au fil des ans. Les propriétaires et les fabricants d’éoliennes ont tenté d’atténuer le problème en plaçant correctement les éoliennes et en adoptant les avancées technologiques. Malgré tous ces efforts, des oiseaux meurent encore, ce qui menace d’anéantir certaines espèces d’oiseaux.

• L’infrastructure initiale est coûteuse

C’est un fait que les sites éoliens remarquables sont situés loin des villes où l’on a le plus besoin d’électricité. En plus de l’installation des turbines, les coûts énormes de distribution d’électricité aux villes doivent être couverts.

L’énergie éolienne produit beaucoup moins d’électricité que les centrales à combustibles fossiles. Bien que l’énergie éolienne soit une source de carburant propre, les combustibles fossiles la surpassent toujours en termes de capacité de production d’électricité.

Les éoliennes, qui font partie des énergies renouvelables, ont joué un rôle important dans la réduction de notre dépendance aux combustibles fossiles en offrant d’excellentes solutions pour produire de l’électricité. L’énergie éolienne produit plus de 20 % de l’électricité dans certains pays.

Les scientifiques prédisent que ce pourcentage augmentera dans les années à venir, car de plus en plus de pays alloueront une partie de leur budget à l’augmentation de leur dépendance à ces sources d’énergie renouvelables, réduisant ainsi les niveaux de pollution et le réchauffement climatique. Tout cela fait partie de la lutte pour réduire les changements climatiques induits par le réchauffement climatique et réduire notre dépendance aux combustibles fossiles.

Références : Énergie , National Geographic

Crédit image : Marko