Qu’est-ce que l’énergie éolienne ?
Les déplacements de masses d’air à la surface de la Terre produisent une force motrice appelée énergie éolienne – le vent. Il est exploité de diverses manières depuis des millénaires par les humains, d’abord pour se déplacer en bateau à voile puis de manière plus sophistiquée avec les moulins à vent.
Avec l’évolution du progrès technique, la force du vent est aujourd’hui utilisée pour produire de l’électricité à l’aide de gigantesques éoliennes (ou aérogénérateurs) d’une grande complexité, car reposant sur des techniques industrielles. Et comme avec toute exploitation industrielle d’une source d’énergie renouvelable, c’est un désastre écologique. Nous verrons en partie pourquoi dans ce dossier.
Éolienne : fonctionnement et caractéristiques
Dépendantes des conditions atmosphériques, les éoliennes fonctionnent dans une certaine plage de vent située entre 11 et 90 km/h. En dessous, le vent est trop faible pour actionner le rotor, et au-delà les opérateurs déclenchent un système de freinage permettant de bloquer progressivement les pales. Cette mesure de précaution permet d’éviter les dégâts ou une usure prématurée en cas de tempête ou de cyclone.
Les pales de l’éolienne fonctionnent sur le même principe qu’une aile d’avion. Lorsque le vent souffle, il produit une différence de pression entre la face avant et la face arrière des pales. La force aérodynamique ainsi créée met en mouvement le rotor qui tourne alors à une vitesse comprise entre cinq et quinze tours par minute. Pour produire de l’électricité, le générateur doit cependant tourner de 1 000 à 2 000 tours par minute ; c’est le rôle de la boîte de vitesse d’accélérer la vitesse de rotation pour produire l’électricité éolienne.
Le générateur produit une électricité d’une tension située entre 600 et 1 000 volts. Ce courant électrique passe ensuite par un convertisseur ajustant à la fréquence à 50 Hz (Europe) pour pouvoir l’injecter dans le réseau électrique. Un transformateur se charge quant à lui d’accroître la tension à 20 000 ou 20 000 volts.
La structure d’un aérogénérateur
Le mât
Il permet d’optimiser le rendement de l’éolienne en plaçant le rotor à une hauteur où les vents sont plus puissants et réguliers. Le mât est généralement en béton ou en acier, mais certains expérimentent également avec le bois. À l’intérieur, un monte-charge permet aux techniciens d’intervenir sur les éléments mécaniques situés dans la nacelle.
La nacelle
Elle abrite les éléments mécaniques et électroniques, notamment le générateur, l’axe de transmission, la boîte de vitesse, etc. La nacelle peut s’orienter pour se placer idéalement par rapport au vent.
Le rotor
Il est en général composé de trois pales et du nez, siège de la commande du rotor. Les pales utilisent des matériaux composites légers et résistants similaires à ceux utilisés pour les coques de bateau ou les ailes d’avion (fibre de verre, fibre de carbone, résines polyester ou époxy). Ces matériaux composites dérivent souvent de la pétrochimie et sont très difficilement recyclables. Un article du magazine Forbes présentait les choses ainsi dans un article publié en 2020 :
« Des dizaines de milliers de pales vieillissantes sont à remplacer dans le monde entier et la plupart finiront dans des décharges. »
Hauteur, taille des pales et puissance d’une éolienne
La taille d’une éolienne est en général plus du double de la longueur des pales. Augmenter la taille des pales permet d’abaisser le seuil de vent déclenchant la rotation du rotor. Les plus hautes éoliennes dépassent les 200 m en bout de pale avec un moyeu placé à plus de 150 m.
Les éoliennes les plus puissantes actuellement en fonctionnement ou bientôt sur le marché atteignent les 8 MW. Parmi les principales firmes du secteur éolien, on trouve Vestas, Goldwind, Enercon, GE Wind ou encore Siemens-Gamesa.
Au sein de la société industrielle, la course au gigantisme n’a pas de limites.
Vitesse de rotation
La vitesse du rotor se chiffre en nombre de tours par minute et dépend de la taille du rotor. Plus il est imposant, plus il tourne lentement. Généralement, pour une turbine de plusieurs mégawatts, la vitesse de rotation se situe entre 5 et 15 (voire 20) tr/min.
En bout de pale, la vitesse peut dépasser les 200 km/h, voire même atteindre les 300 km/h. Les pales sont donc soumises à des forces importantes même à des vitesses de vent relativement faibles.
Schéma d’une éolienne domestique
De nombreuses personnes imaginent accéder à l’autonomie énergétique en installant une éolienne domestique. Rien n’est plus éloigné de la réalité. La complexité d’une telle machine, le fait qu’elle dépende du système techno-industriel dopé au pétrole-gaz-charbon pour la fabrication de toutes les pièces et éléments qui la compose, tout cela rend complètement illusoire l’autonomie à moyen ou long terme.
Le schéma ci-dessus illustre bien le niveau de complexité d’une éolienne moderne, même de taille modeste et destinée à l’usage domestique. Un tel système n’a plus rien à voir avec les moulins à vent servant à moudre le grain ou avec les éoliennes mécaniques utilisées pour pomper l’eau d’un puits qui pouvaient être construites à l’aide un savoir local, en utilisant des ressources locales.
Éolien terrestre ou onshore et ses impacts
Les éoliennes terrestres sont les plus anciennes et les plus visibles ; leur développement ne cesse d’enlaidir les paysages de la campagne et de pourrir l’existence des populations rurales. Ces machines mesurent en moyenne de 80 à 125 mètres de hauteur pour un poids pouvant aller jusqu’à 300 tonnes. Dans les campagnes où sont installés ces monstres d’acier et de béton, les nuisances se multiplient. Depuis l’installation du parc éolien de Nozay par exemple, « les vaches meurent et les humains sont malades » nous rapportait le média Reporterre en 2019.
Aux États-Unis, l’un des trois pays avec la Chine et l’Allemagne ayant installé les plus grandes capacités de production électrique éolienne (terrestre et offshore), l’American Bird Conservancy indique que l’éolien tue au moins 500 000 oiseaux chaque année. De nombreux oiseaux sont littéralement déchiquetés par les pales des rotors d’éoliennes. En considérant les impacts indirects (perte d’habitat, collision avec les nouvelles lignes à haute tension et les infrastructures installées pour les centrales éoliennes, etc.), ce chiffre pourrait dépasser le million. Les oiseaux disparaissent à une vitesse alarmante partout dans les pays industrialisés en raison de causes multiples (collisions avec immeubles, automobiles et lignes à haute tension, destruction de l’habitat, extermination des insectes, prédation des chats, etc.), faut-il encore en rajouter ? Les éoliennes représentent également un danger pour les chauves-souris et certainement aussi pour d’autres créatures. Mais comme souvent les scientifiques le découvriront quand il sera trop tard pour faire marche arrière.
Éolien en mer ou offshore et ses impacts
Plus récemment, les industriels ont commencé à installer des éoliennes en mer afin de profiter de vents plus soutenus et réguliers au large des côtes. Leur installation et leur entretien sont bien plus coûteux en raison des coûts de construction, du raccordement au réseau et de l’intervention des techniciens souvent réalisée par hélicoptère (les nacelles sont équipées d’un héliport). L’éolien offshore a profité de navires autoélévateurs développés par l’industrie pétrolière et gazière pour l’installation de plateformes pétrolières en haute mer. Avec leurs piliers s’abaissant dans l’eau jusqu’aux fonds marins afin de soulever la coque hors de l’eau, ces navires et leur énorme grue peuvent opérer sans être perturbés par la houle.
L’industrie éolienne offshore, avec ses machines battant des records de gigantisme – des monstres de 13 à 15 mégawatts pourraient bientôt atteindre voire dépasser la hauteur de la tour Eiffel (300 m) – va presque certainement devenir un désastre écologique global si son développement s’accélère. Comme pour les parcs éoliens onshore, les éoliennes en mer représentent un danger pour les oiseaux marins et les oiseaux migrateurs. Mais on connaît encore assez peu l’impact à long terme de l’éolien offshore sur les écosystèmes océaniques d’une grande complexité.
Les scientifiques ont par exemple remarqué que le bruit des forages nécessaires à l’implantation des fondations des éoliennes offshore faisait fuir les mammifères marins. L’électricité traversant les câbles sous-marins pourrait perturber les requins et les raies utilisant le courant électromagnétique pour se repérer et chasser leurs proies. Ajoutons que l’ONG Sea Shepherd est en campagne contre l’installation de 62 éoliennes de plus de 200 mètres de haut dans la baie de Saint-Brieuc, en Bretagne.
Industrie éolienne, grande consommatrice de ressources minières
Une infographie intitulée Climate Smart Mining (« Extraction minière intelligente pour le climat ») publiée par la Banque mondiale nous donne les quantités de matériaux nécessaires pour la construction d’une seule éolienne de 3 mégawatts et de 150 mètres de hauteur :
- 1 200 tonnes de béton ;
- 335 tonnes d’acier ;
- 4,7 tonnes de cuivre ;
- 3 tonnes d’aluminium ;
- 2 tonnes de terres rares ;
- Autres matériaux : zinc et molybdène.
Inutile de vous dire que ces matériaux ne poussent pas dans les arbres et qu’il va donc falloir dynamiter, concasser et arracher des millions de tonnes de roches à la croûte terrestre pour déployer ces fabuleuses nouvelles énergies présentées comme « vertes » et « propres ».
En outre, la Banque mondiale précise dans une phrase que la demande de métaux va croître de manière significative, car la capacité globale de production d’électricité éolienne devrait augmenter de 63 % d’ici 2023. Au sujet du cuivre, elle ajoute plus loin qu’il faudra extraire autant de cuivre durant les 25 prochaines années que durant les 5 000 ans passés pour répondre à la demande mondiale, soit 550 millions de tonnes. Cette demande en forte croissance ne provient pas seulement des éoliennes, mais des développements technologiques et industriels en cours et à venir – panneaux solaires, voitures électriques, datacenters (« centres de données »), objets connectés, smartphones, ordinateurs, écrans, secteur du BTP, etc. Et il ne s’agit que du cuivre…