Comment fonctionneune éolienne ?

En résumé : Comprendre le fonctionnement d’une éolienne implique d’en comprendre la composition. Pales, mât, nacelle, fondations… tous ces éléments constitutifs d’une éolienne sont décrits ici. Bien sûr, les modèles varient en fonction des avancées technologiques et des spécificités locales. Un exemple, sélectionné ci-dessous, permet d’illustrer la taille et le poids de chacun des éléments. 

L’éolienne sert à convertir l’énergie cinétique du vent en électricité. Pour cela, elle est composée de plusieurs éléments principaux que l’on retrouve sur le schéma suivant.

Le rotor est la partie qui entre en rotation grâce à l’énergie cinétique du vent. Le rotor est composé de 3 pales et du moyeu qui est la pièce centrale reliant les pales à l’axe de rotation. L’axe est composé du moyeu et d’une génératrice ainsi que d’un multiplicateur de vitesse, sauf pour les technologies à entrainement direct. La génératrice transforme l’énergie de rotation de l’axe en énergie électrique. La nacelle est située en haut du mât et elle comprend la génératrice, le multiplicateur de vitesse et les éléments électriques.

Le mât est généralement composé de 3 à 5 sections en acier et il supporte la nacelle et le rotor. Certains mâts sont en béton précontraint, ou un mixte béton et acier, ils se distinguent par une base plus évasée. Le mât est fixé aux fondations, enterrées dans le sol, qui soutiennent l’ensemble de la structure. A la base du mât sont situées les armoires de commande et le transformateur électrique dans la plupart des cas.

Les fondations enterrées sont composées de béton armé et sont dimensionnées selon le poids de l’éolienne, les contraintes et le type de sol caractérisé grâce à une étude géotechnique. Elles sont généralement circulaires, parfois octogonales. Leur diamètre varie de 15 à 30 mètres et leur profondeur d’environ 2,5 à 3,5 mètres. Le volume de béton nécessaire aux fondations correspond à celui nécessaire pour la construction de 3 à 6 habitations individuelles.

Une plate-forme parfois accompagnée d’un chemin d’accès sont nécessaires pour accéder à l’éolienne et monter une grue pendant la phase de construction, d’exploitation et de démantèlement.

La rotation se fait dans le sens horaire quand on regarde l’éolienne en face. La hauteur de l’axe de rotation du rotor correspond à la hauteur du mât plus la hauteur de la génératrice dans la nacelle. Par raccourci on parle de la hauteur du mât pour désigner la hauteur de l’axe de rotation. La hauteur totale correspond à la hauteur maximum pour une pale levée à la verticale (soit hauteur du mât + longueur d’une pale).

Le surplomb correspond à la zone surplombée par les pales de l’éolienne. Les réseaux enterrés permettent de connecter les éoliennes entre elles et au réseau électrique de distribution. Tous les réseaux électriques nécessaires au parc éolien sont enterrés, comme le prévoit la réglementation française.

La durée de vie des éoliennes dépend des modèles, de la qualité de la maintenance et du niveau de fatigue induit par les conditions du site d’implantation. Les éoliennes ont une durée de vie de 20 à 30 ans, bien qu’elles puissent être remplacées avant leur fin de vie par un modèle plus récent, c’est ce qu’on appelle le repowering.

Les dimensions et le poids des éléments d’une éolienne varient considérablement selon le modèle (Voir Taille et puissance des éoliennes). Mi-2021, l’éolienne la plus installée en France est le modèle E-82 du constructeur Enercon (ce modèle représente 1 700 MW, soit 8,5 % de la puissance nationale et environ 740 machines). En 2019, le modèle le plus installé en France était la Nordex N117. Le tableau suivant présente les dimensions principales et le poids des éléments de la Nordex N117.

La puissance de l’éolienne est exprimée en mégawatt (MW) soit 1 000 kilowatts (kW) ou 1 000 000 de watts.