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N°9 - 15 septembre 2000
Les énergie renouvelables peuvent-elles remplacer l'énergie nucléaire ?
1/ L'énergie éolienne
On regroupe dans les énergies dites renouvelables, principalement les énergie hydraulique, solaire, éolienne, la biomasse et la géothermie.
L'énergie hydraulique est utilisée depuis longtemps et sa part dans la production d'électricité est très variable d'un pays à l'autre, en fonction des caractéristiques locales des marées, lacs et cours d'eau :Norvège 99 %, Chine 18 %, Etats-Unis et Japon 8 %.
En France, l'énergie hydro-électrique, qui représente une contribution stable de 60 TWh/an (environ 16 % de la production électrique nationale), s'est principalement développée dans les années 1950 grâce à la construction de barrages. Cette contribution ne pourra plus croître dans le futur étant donné la saturation des sites disponibles.
La biomasse et la géothermie ne pouvant produire de l'électricité qu'en quantité marginale, la présente lettre se concentrera sur l' énergie éolienne. La prochaine lettre abordera, quant à elle, l'énergie solaire.
Energie éolienne
1- Généralités
Une éolienne est une machine qui utilise la force du vent pour fabriquer de l'énergie électrique. Elle est généralement constituée d'un mât (ou tour) en haut duquel se meuvent des pales : le vent fait tourner les pales qui entraînent un générateur électrique. Le courant alternatif produit est transformé en un courant continu qui est stocké dans des batteries d'accumulateurs. Ce courant peut ensuite être à nouveau transformé en courant alternatif par un onduleur pour être distribué au consommateur par le réseau électrique national.
On définit le rendement (ou coefficient de puissance) d'une éolienne comme le rapport de l'énergie mécanique récupérée par l'énergie du vent qui traverse la surface balayée par les pales.
La puissance théorique d'une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par les pales (soit le carré du diamètre d'une pale) et au cube de la vitesse du vent. Cependant, en pratique, on ne récupère pas la totalité de l'énergie du vent (loi de Betz) car l'éolienne laisse passer inévitablement une partie du vent et ne récupère en réalité qu'environ 60 % de l'énergie reçue.
D'autres facteurs interviennent pour diminuer le rendement d'une éolienne. Citons les turbulences à l'arrière de l'éolienne et les irrégularités du vent en vitesse et en direction (les éoliennes doivent être en permanence face au vent pour produire l'énergie maximum). Au total, le rendement d'une éolienne est de l'ordre de 30 %.
La puissance d'une éolienne varie actuellement entre quelques dizaines de watts et quelques mégawatts selon l'usage envisagé.
L'éolienne ne doit pas s'emballer lorsque le vent devient trop fort. Aussi peut-on envisager un système de régulation de la vitesse d'une éolienne consistant à diminuer la surface offerte au vent par les pales : lorsque les pales deviennent parallèles au vent, il n'y a alors plus de portance et les pales se mettent en drapeau. Ce système est utilisé sur les éoliennes à pales orientables. On peut également envisager d'autres systèmes de freinage : freinage électrique, aérofreins ou freins à disques.
Les éoliennes peuvent être installées individuellement (exemple en Europe du Nord), par exemple pour alimenter une maison ou un village. Cependant, on les regroupe souvent par centaines voire par milliers (exemple en Amérique du Nord) dans un endroit bien exposé au vent, près d'une ligne à haute tension. On parle alors d'une ferme éolienne ou encore d'un parc éolien.
La sécurité et la fiabilité sont une nécessité fondamentale pour les acquéreurs d'éoliennes. Malgré les améliorations technologiques, l'éolienne reste une machine très exposée aux intempéries (glace, foudre, pluie, tempête) et aux risques de bris. Sa durée de vie doit atteindre 20 ans pour être rentable.
Afin de pallier les irrégularités du vent, on prévoit souvent de combiner une éolienne avec une autre source d'énergie. Cette source peut être une génératrice diesel ou un panneau solaire à laquelle on aura recours en dehors des périodes de vent. On peut également installer un système permettant de détecter automatiquement le meilleur moment pour basculer d'un dispositif à l'autre. A l'évidence, un tel couplage interdit toute perspective de rentabilité du système étant donné l'importance de l'investissement eu égard aux résultats obtenus. En outre, dans le cas du couplage à un diesel, le système est polluant !
2- Le potentiel éolien
Le bon fonctionnement d'une éolienne nécessite un vent régulier et suffisamment puissant.
Les sites les plus favorables sont ceux où le vent rencontre peu d'obstacles du type forêts, bâtiments, pylônes, … En conséquence, une éolienne est installée de préférence dans un endroit un peu élevé et dégagé. Les zones côtières, les plateux, les montagnes, et les couloirs des grands fleuves constituent ainsi des zones privilégiées.
En pratique, une éolienne ne peut fonctionner que pour une vitesse de vent comprise dans une plage relativement étroite :
Une éolienne démarre avec un vent de l'ordre de 15 km/h : c'est la vitesse d'amorçage.
Au dessus d'une vitesse de vent de l'ordre de 90 km/h, les éoliennes doivent être arrêtées pour éviter tout endommagement.
Un quart de la surface de la terre (1,25 . 108 km2) est exposé à un vent dont la vitesse annuelle moyenne est supérieure à 15 km/h. Cependant, on considère que 4 % seulement de cette surface peuvent en pratique être utilisés comme sites éoliens.
3- Eolien et environnement
A la suite de la conférence de Kyoto en décembre 1997, la majorité des pays ont décidé de réduire leurs émissions de gaz responsables de l'effet de serre. Cette décision devrait aboutir à une diminution de la consommation en énergie fossile (pétrole, gaz naturel, charbon) au profit des énergies non polluantes, à savoir principalement l'énergie nucléaire et les énergies renouvelables dont l'éolien.
Cependant, cette dernière comporte des inconvénients évalués dans le cadre d'études d'impact sur l'environnement rendues obligatoires en Europe par la directive n° 97/11/CE du 3 mars 1997 :
- Impact sur le milieu biologique
Les pales sont dangereuses pour les oiseaux, notamment les oiseaux de proie et les oiseaux migrateurs.
Les estimations donnent en moyenne 1 oiseau tué par an pour 25 éoliennes
- Impact sur le milieu humain
Les travailleurs de l'industrie éolienne sont exposés à des accidents du fait de la présence de composants lourds en mouvement et de la proximité d'électricité de moyenne tension.
Actuellement, le taux de décès des personnes en charge de l'installation et de la maintenance d'éoliennes, à production d'énergie équivalente, est égal à celui du charbon. Il est plus élevé que toutes les autres formes de production d'énergie. Enfin, il faut mentionner la nuisance sonore dont l'origine est double : origine mécanique liée à la présence de machines tournantes (génératrice électrique, boîte de vitesse) et origine aérodynamique liée à la rotation des pales.
4- Conclusion
On dénombre des milliers d'éoliennes dans le monde et on ignore combien de petites éoliennes fonctionnent car certaines sont réalisées de façon artisanale.
Plus de 35 000 grandes éoliennes, réparties sur la planète, développent une puissance de l'ordre de 9 000 MWe.
Cependant, la puissance est une unité non représentative. En effet, étant donné l'irrégularité du vent au cours d'une année, une éolienne fonctionne rarement à pleine puissance.
En conséquence, les éoliennes connectées au réseau électrique ne sont pas compétitives. L'expérience californienne en témoigne. En outre, pour donner un ordre de grandeur, il faut un parc de plusieurs milliers d'éoliennes pour équivaloir, en terme d'électricité produite, à une seule centrale nucléaire !
L'énergie éolienne présente en revanche un
intérêt certain sur un site isolé (maison ou ferme) et jouissant
d'une exposition au vent favorable.
BWM Conseil
Section Communication
bmwconseil@nucleaire.net
Pour en savoir plus, lire l'ouvrage " l'Atome Ecologique
" de Bernard Wiesenfeld. 1998, Editions EDP Sciences (
customers@edpsciences.com ).
Prochaine lettre nucleaire.net, le 15 octobre 2000 :
Les énergies renouvelables peuvent-elles remplacer
l'énergie nucléaire ?
Partie 2 : L'énergie solaire
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