Les dictionnaires Le Robert, Le Larousse et le Littré nous expliquent que :

"Une éolienne est une machine qui capte l'énergie du vent" nous dit le Robert.

Le dictionnaire Le Larousse nous dit qu'est éolien, ce qui fonctionne sous l'action du vent.

Une éolienne désigne un système à ailes ou à pales tournantes qui convertit l'énergie cinétique (résultant du mouvement des dites ailes) du vent en énergie mécanique, disponible sur un arbre (un axe) et qui entraînera une machine (une pompe) ou un alternateur électrique.

Un alternateur électrique est une "machine" qui convertie l'énergie mécanique en énergie électrique. La "machine" en question est composée d'un bobinage (des fils de cuivre enroulés autour d'un axe) et d'aimants : cet ensemble crée un phénomène d'induction électromagnétique : l'énergie passe alors d'un stade "mécanique" à un stade "électrique".

Le process est le suivant :

Le vent souffle et entraine le mouvement des ailes du moulin ou plutôt de l'éolienne : c'est l'énergie mécanique.

L'énergie mécanique, ainsi captée, entraine la mise en action d'un alternateur (installé dans le gros caisson en haut du mat, sur lequel sont accrochées les pales de l'éolienne). L'énergie mécanique se transforme en énergie électique qui est "attrapée" par les câbles et descendue le long du mât. Elle rejoint ensuite le réseau de transport habituel.

Une éolienne est composée de 4 parties : un rotor, une nacelle, une tour et une base

Le rotor

Le rotor est la partie rotative de l’éolienne ; il est composé de pales (en général 3) réalisées en matériau composite, reliées par un moyeu. Ces dernières peuvent en moyenne mesurer chacune de 25 à 60 m de long et tourner à une vitesse de 5 à 25 tours par minute.

La nacelle

La nacelle est la structure soutenue par le mât qui abrite les différents éléments mécaniques : frein, multiplicateur, alternateur. A la base de la nacelle est installée un système d'orientation de cette nacelle.

On distingue les éoliennes à entraînement direct de celles équipées de train d’engrenages (multiplicateur/réducteur) selon le type d’alternateur utilisé.

Les alternateurs classiques requièrent une adaptation de la vitesse de rotation par rapport au mouvement initial du rotor.

Pour compléter l'explication précédente, on dira que le vent fait tourner les pales fixées au moyeu, situé à l'avant de la nacelle. Ce mouvement rotatif est capté par le multiplicateur, qui augmente la vitesse de rotation du mouvement pour l'adapter aux besoins de production d'électricité.

Le frein mécanique est également présent pour arrêter ou ralentir les pales en cas de vents trop forts ou lors de la maintenance.

L'énergie cinétique régulée est ensuite transférée à l'alternateur, où elle est convertie en énergie électrique.

Le système d'orientation de la nacelle permet à l'éolienne de s'ajuster automatiquement à la direction du vent pour maximiser l'efficacité de la production.

L'électricité produite par le générateur est envoyée vers le transformateur.

La tour

La tour est composée du mât, du système de commande électrique et du transformateur.

Le mât soutient l'ensemble de la structure et joue un rôle crucial en élevant les pales à une hauteur où les vents sont plus constants et plus forts. Il supporte la nacelle. Il mesure entre 50 et 130 m de haut et a un diamètre à son pied compris entre 4 et 7 m.

Une ouverture en bas du mât permet d’accéder aux différents équipements de l’éolienne au moyen d'une échelle ou d'un monte-charge.

Le transformateur permet d'ajuster la tension de l’électricité produite afin de l’injecter sur le réseau via des câbles électriques.

La base

La base est construite en béton armé dans le cas des éoliennes terrestres et maintient la structure.

Des plateformes flottantes accueillent les éoliennes offshore et sont conçues pour résister aux conditions marines, y compris les forces des vagues et des courants.

Ces fondations solides assurent la stabilité de l'éolienne.

Les composants

Une éolienne est constituée de béton, d'acier, de cuivre et d'aluminium.

Ces matériaux sont facilement recyclables et les volumes en jeu aujourd'hui absorbables par les filières déjà en place.

A compter du 1er janvier 2024, les éoliennes démantelées doivent être réutilisées ou recyclées à 95% de la masse totale, fondations comprises.

Les pales sont actuellement faites de composites de résines (plastiques) et de fibres de verre ou de carbone, peu ou pas recyclables. Elles font l'objet de nombreuses recherches ( Siemens Gamesan (D) https://www.siemensgamesa.com/global/en/home.html, Vestas https://www.vestas.com/en (DK) sont dans la course) et des pales 100% recyclables sont annoncées pour 2024).

En attendant, une valorisation mixte des pales est possible en cimenterie à travers une valorisation énergétique et l’incorporation des résidus aux composantes du ciment pour créer des matériaux présentant des propriétés spécifiques.

Les émissions de carbone de l'éolienne

Une éolienne n'émet pas de carbone en fonctionnant mais sa fabrication, son installation et sa maintenance sont source d'émission et ont un impact environnemental.

Selon la base Empreinte de l’Ademe, le bilan carbone de la production d’électricité éolienne est de :

Fabrication

La fabrication de l'éolienne nécessite de nombreux matériaux qu’il faut extraire et de composants qu’il faut fabriquer, assembler et transporter avec un recours à beaucoup d'énergie pour chacune de ces différentes étapes.

Installation

L'installation de l'éolienne implique

avec autant de machines et d' équipements de transports qui fonctionnent nécessairement avec de l’énergie (électricité, carburant…).

Usage et la maintenance

L'éolienne doit cependant faire l’objet d’une maintenance régulière tout au long de sa durée de vie. L’utilisation de carburant pour le transport des techniciens en charge de la maintenance (voiture, bateau…) pèse alors sur le bilan carbone de l’éolienne.

A NOTER :

L'éolienne n’est pas le moyen de production d’électricité qui dispose du meilleur bilan carbone. Elle émet 2.35 fois plus que l'hydraulique ou le nucléaire mais 50 fois moins que le fioul.

A ce jour une éolienne terrestre dure une vingtaine d'années (25 ans pour une éolienne en mer)

L’éolien est donc un secteur de fortes innovations, qui devraient se traduire par une augmentation de la puissance unitaire des éoliennes, de leur facteur de charge, et de leur productivité, ce qui conduira à une diminution des coûts et des impacts.

On ne négligera pas l'impact des éoliennes sur les espèces et les payasages mais leur installation fait l'objet de nombreuses études :

En 2023, près de 75% du marché mondial était détenu par les 10 principaux fabricants d’éoliennes selon FTI Consulting :

• Vestas (Danemark) avec 20% de parts de marché mondial ;
• Siemens Gamesa (Espagne) avec 13% ;
• Goldwind (Chine) avec 10% ;
• GE Renewable Energy (États-Unis) avec 9% ;
• Envision (Chine) avec 8% ;
• Mingyang (Chine) avec 7% ;
• Nordex (Allemagne) avec 5% ;
• Enercon (Allemagne) avec 4% ;
• Suzlon (Inde) avec 3% ;
• Shanghai Electric (Chine) avec 3%.

En synthèse de ce tableau, 42 % des fabricants sont européens, 28% chinois, 9% américains, 3% indiens et 18% sont "autres".

Une filière française autour de l'éolien se met peu à peu en place.

Aujourd'hui

En 2023, en France, la production d'électricité s'est élevée à 494.3 TWh.

La consommation d'électricité a été de 445,7 TWH. en 2023 et le pays a retrouvé sa position d'exportatrice.

Le total de la production d'électricité renouvelable est selon les chiffres présentés de 26, 50%.

Perspectives 2050

Les émissions de gaz à effet de serre doivent baisser drastiquement d'ici 2050.

Cela passe par le quasi abandon de l'usage des énergies fossiles remplacées par les énergies renouvelables et par l'électrification des usages (transport, bâtiment, industrie notamment).

Cela implique de poursuivre les efforts en matière d'efficacité énergétique avec pour objectif de réduire de 40 % la consommation d’énergie finale en France d’ici 2050.

Pour autant, l'électrification des usages entrainera une augmentation de la consommation d'électricité donc de la production, avec un mix énergétique différent.

La consommation annuelle d’électricité devrait atteindre 645 TWh/an en 2050 (contre 445,7 en 2023).