Comment fonctionne une éolienne ?

Les éoliennes permettent de transformer l'énergie du vent en électricité de manière propre. Aussi, cet article se penche sur l'utilité et le fonctionnement de cette énergie renouvelable, afin de mieux comprendre les enjeux liés à ce sujet.

Histoire et applications

Dieu des vents ou régisseur des vents dans la mythologie grecque, Eole a donné son nom aux éoliennes. Ces structures de fer sont conçues de manière à tourner selon la force et la direction du vent. Ainsi, elles transforment cette énergie en électricité alimentant les habitations ou les infrastructures avoisinantes. Ce système est d'ailleurs considéré comme produisant de l'énergie renouvelable, étant donné que cette source est intarissable. Lorsque plusieurs éoliennes sont installées sur un même site, on les regroupe sous le nom de parc éolien.

Par ailleurs, ce système a également été adapté pour être installé en pleine mer offrant des vents plus réguliers et puissants. On parle alors de parcs éoliens «off-shore» lorsqu'ils sont en mer et «onshore» quand ils sont sur terre. Il est à noter qu'une éolienne démarre son activité avec un vent soufflant à une vitesse de 10 à 15 km/h, et atteint son régime optimal lorsque qu'il est à 50 km/h. Par mesure de sécurité, elle s'arrête automatiquement lorsque les vents atteignent 90 km/h. 

Composition et fonctionnement

L'éolienne est constituée d'un mât et d'une nacelle contenant le mécanisme de la structure (rotor, générateur, multiplicateur...).

• Le mât 

Mesurant plusieurs dizaines de mètres de haut (10 à 100 mètres), il est surplombé par la nacelle et le rotor. L'énergie produite est acheminée le long de ce pilier pour rejoindre la centrale. Une échelle est également accessible aux techniciens pour rejoindre le sommet ou le panneau de commande de la structure.

• La nacelle 

Ce bloc comprend le rotor, le générateur et le multiplicateur. A l'arrière de celle-ci sont disposés un anémomètre et une girouette permettant de calculer la force et la direction du vent. Grâce à ces informations, la nacelle et le rotor tournent automatiquement afin de mieux capter le souffle du vent. Certaines éoliennes très élevées incluent également un indicateur aérien, une lumière précisant aux avions la présence d'un obstacle. Un paratonnerre la protège aussi de la foudre.

• Le rotor 

Sans celui-ci, l'énergie cinétique du vent ne pourrait pas être transformée. Les deux à trois pales composant cette hélice la «récupèrent», ce qui les fait tourner à une certaine vitesse. La différence de pression entre les faces des pales enclenche le mouvement du rotor, en transformant l'énergie cinétique en énergie mécanique. 

• Le multiplicateur

Plus les pales sont grandes, plus le rotor tourne lentement (entre 5 à 15 tours par minute). En revanche, le générateur nécessite une vitesse de rotation oscillant entre 1000 à 2000 tours par minute pour produire de l'électricité. Aussi, le multiplicateur agit comme une boîte de vitesse et accélère la vitesse du rotor.

• Le générateur

Il récupère l'énergie mécanique, produite par le rotor et accélérée par le multiplicateur, puis la transforme en énergie électrique. Cette dernière ensuite traitée par le convertisseur puis augmentée par le transformateur, afin de pouvoir être acheminée vers le réseau électrique. Pour cela, elle parcourt un câble descendant le long du mât et rejoint, sous terre, la centrale électrique.

En résumé

• Le vent souffle et est analysé par l'anémomètre et la girouette.
• Le rotor et la nacelle s'orientent pour optimiser leur position.
• L'énergie cinétique du vent fait tourner les pales du rotor, produisant de l'énergie mécanique.
• Celle-ci est accélérée par le multiplicateur et devient ensuite de l'énergie électrique, grâce au générateur.
• Le convertisseur et le transformateur la rendent exploitable pour le réseau électrique.
• Elle est ensuite acheminée vers celui-ci via un câble descendant le long du mât et enterré jusqu'à la centrale électrique.

La preuve en images

• «Nouvelles énergies : la planète carbure au vert» par C'est pas sorcier

Ce numéro de l'émission éducative de France 3 se concentre sur les différentes énergies renouvelables dont les éoliennes. Après avoir expliqué le fonctionnement des centrales nucléaires, le documentaire s'attarde sur celui des parcs éoliens à partir de 6 minutes 40.