L'éolienne

Comment c’est fait ?
Une éolienne se voit de loin, et pour cause : c’est une machine de grandes dimensions, perchée très haut. Cette haute taille est la conséquence des progrès techniques accomplis dans les dix dernières années afin d’améliorer la puissance électrique et la compétitivité des éoliennes.

Une éolienne est composée de trois parties : le mât, la nacelle et le rotor.

Le mât, généralement en métal, supporte l’ensemble des équipements permettant de produire l’électricité (nacelle + rotor). Il est fixé sur une fondation implantée dans le sol, une lourde semelle en béton qui assure l’ancrage et la stabilité de l’éolienne. Le mât des éoliennes atteint aujourd’hui 80 m de haut pour les plus puissantes (exceptionnellement jusqu’à 100 m). Pourquoi les éoliennes sont-elles si haut perchées ? C’est parce que le vent souffle plus fort à quelques dizaines de mètres de hauteur, où il n’est pas perturbé par l’effet des obstacles : relief, arbres, maisons…Et la puissance fournie par une éolienne est proportionnelle au cube de la vitesse du vent.

Le rotor est composé du nez et de l’hélice, qu’on désigne le plus souvent sous le nom de pales de l’éolienne, construits avec des technologies dérivées de l’aéronautique. L’hélice possède en général 3 pales, plus rarement 2. Les pales sont aujourd’hui faites de matériaux composites à la fois légers et assurant une rigidité et une résistance suffisantes : polyester renforcé de fibre de verre et/ou fibre de carbone. Leur longueur atteint actuellement entre 30 et 55 mètres, soit un diamètre du rotor compris entre 60 et 110 mètres. Pourquoi de telles dimensions ? La puissance d’une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par ses pales (un cercle), donc au carré de son diamètre rotor. Le rotor transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique.

La nacelle abrite les équipements qui produisent l’électricité à partir de la rotation de l’axe du rotor, qu’on appelle aussi « arbre ». Le transport de l’électricité produite dans la nacelle jusqu’au sol est assuré par des câbles électriques descendant à l’intérieur du mât de l’éolienne. Les éoliennes sont également dotées d’un système de supervision et de contrôle très performant, élaboré autour d’un calculateur qui permet notamment :

• d’orienter le rotor de l’éolienne perpendiculairement à la direction du vent ;
• de modifier l’angle d’incidence des pales par rapport au vent, afin de maximiser la récupération d’énergie.

Grâce à ce système de supervision et contrôle, l’éolienne peut être arrêtée automatiquement et très rapidement en cas de nécessité. La sécurité du fonctionnement des éoliennes est ainsi assurée en continu.

Comment ça marche ?
Sous l’effet du vent, le rotor tourne. Dans la nacelle, l’arbre principal entraîne un alternateur qui produit l’électricité. La vitesse de rotation du rotor (de 12 à 15 tours/minute) doit être augmentée par un multiplicateur de vitesse jusqu’à environ 1 500 tours/minute, vitesse nécessaire au bon fonctionnement de l’alternateur. Des convertisseurs électroniques de puissance ajustent la fréquence du courant produit par l’éolienne à celle du réseau électrique auquel elle est raccordée (50 Hz en Europe), tout en permettant au rotor de l’éolienne de tourner à vitesse variable en fonction du vent. La tension de l’électricité produite par l’alternateur, de l’ordre de 600 à 1 000 volts, est ensuite élevée à travers un transformateur de puissance, situé dans la nacelle ou à l’intérieur du mât, jusqu’à un niveau de 20 000 ou 30 000 volts. Ce niveau de tension permet de véhiculer l’électricité produite par chacune des éoliennes d’une centrale éolienne jusqu’au point de raccordement au réseau électrique public (en France, le réseau EDF). La tension de l’électricité produite par la centrale peut alors être de nouveau transformée, en fonction du niveau de tension de raccordement de la centrale au réseau public. Pour les centrales éoliennes de 10-15 MW de capacité, le niveau de tension de raccordement est, en France, généralement de 20 000 volts. Pour les centrales de capacité plus importante, le niveau de tension de raccordement peut aller de 60 000 à 90 000 volts, voire même 225 000 volts.