2. Un peu de mécanique

1. Exemples 2. Un peu de mécanique 3. Puissance 4. Les 2 types de technologie 5. Constat des installations 6. Impacts sur l’environnement 7. Aspects économiques thierry.suaton@univ-savoie.fr

1. Exemples thierry.suaton@univ-savoie.fr

1. Exemples 1.1 Cabrespine thierry.suaton@univ-savoie.fr

1. Exemples 1.1 Cabrespine Généralités : Nom du champ : Haut Cabardès - Cabrespine Pays : France Département / Zone : Aude (11) Région : Languedoc-Roussillon Développeur : Eole-Res Exploitant : Eole-Res Partie 1 : Commune : Cabrespine Mise en service : 20/06/01 8 machine Bonus B62/1300 (coefficient aérodynamique = 0,3, diamètre de 62 m) Partie 2 : Tranche : Extension Commune : Pradelles-Cabardès, Cabrespine Mise en service : 20/06/05 8 machine Siemens SWT-1.3-62 (coefficient aérodynamique = 0,3, diamètre de 62 m) Puissance installée et capacité de production : Puissance nominale totale installée : MW Production annuelle : 48 GW.h Population alimentée par ce parc : habitants thierry.suaton@univ-savoie.fr

1. Exemples 1.2 Donzère Eoliennes de Donzère : Diamètre du rotor : 43 mètres, Puissance nominale : 600 kW dans un vent de 13,5 m/s. 5 éoliennes. thierry.suaton@univ-savoie.fr

1. Exemples 1.2 Donzère Eolienne de Donzère : Diamètre du rotor : 43 mètres, Puissance nominale : 600 kW dans un vent de 13,5 m/s. 5 éoliennes. thierry.suaton@univ-savoie.fr

2. Un peu de mécanique thierry.suaton@univ-savoie.fr

2. Un peu de mécanique 2.1 Historique Depuis toujours, la puissance mécanique du vent a été utilisée : Moulin crétois5ème siècle av. JC 18ème siècle 20 000 moulins en France ! Pompage des « Polder »aux Pays-Bas(19éme -20ème siècle) Rappelons que l’énergie éolienne est due, comme beaucoup d’autres, au soleil. thierry.suaton@univ-savoie.fr

PVENT Convertisseur énergie cinétique / énergie mécanique PMECA Convertisseur énergie mécanique / énergie électrique PELEC Transport et/ou stockage PELEC Transformateur 2. Un peu de mécanique 2.2 Du vent à l’électricité Afin de capter l’énergie contenue dans le vent, il faut : Une éolienne est un convertisseur d’énergie cinétique (vent) en énergie mécanique, puis éventuellement en énergie électrique (via une génératrice). Donc, le synoptique de puissance est le suivant : Rotor Rendements : 0 <  < 59% Nacelle Meilleur des cas :  = 48% Plus généralement : 5% < < 16% 0 <  < 90% Tour 0 <  < 90% thierry.suaton@univ-savoie.fr

2. Un peu de mécanique 2.3 Les deux technologies mécaniques Eoliennes à axe horizontal : Eoliennes à axe verticale : La seule éolienne à axe vertical qui ait jamais été fabriquée commercialement est l'éolienne de Darrieus. Elle est normalement construite avec deux ou trois pales. 1 pales : Effort mécanique trop important. 2 pales : Bon rendement mais efforts mécaniques important. 3 pales : Bon rendement + de 3 pales : Quand une éolienne puissante possède plus de 3 pales, celles-ci sont perturbées par l'air déplacé par la pale précédente. Le rendement s'en trouve réduit. De plus, le nombre de pale augmente le prix… Encore méconnues, les éoliennes à axe vertical de type Darrieus apparaissent pourtant plus adaptées que leurs sœurs tripales dans certains secteurs comme l’intégration au bâtiment, les zones extrêmes (observatoires, refuges ...) thierry.suaton@univ-savoie.fr

2. Un peu de mécanique 2.3 Les deux technologies mécaniques Eoliennes à axe verticale : Avantages :  Elle vous permet de placer la génératrice, le multiplicateur, etc. à terre, et vous n'avez pas besoin de munir la machine d'une tour.  Un mécanisme d'orientation n'est pas nécessaire pour orienter le rotor dans la direction du vent. Inconvénients :  Les vents sont assez faibles à proximité de la surface du sol. Le prix d'omettre une tour est donc des vents très faibles sur la partie inférieure du rotor.  L'efficacité globale des éoliennes à axe vertical n'est pas impressionnante.  Pour faire tenir l'éolienne, on utilise souvent des haubans ce qui est peu pratique dans des zones agricoles exploitées intensivement.  Pour remplacer le palier principal du rotor, il faut enlever tout le rotor. Ceci vaut tant pour les éoliennes à axe vertical que pour celles à axe horizontal, mais dans le cas des premières, cela implique un véritable démontage de l'éolienne entière. Le Parc Éole 1 est un projet expérimental de centrale électrique éolienne à axe vertical, se trouvant à Cap-Chat, en Gaspésie, au Québec (4MW). Ce projet constitue la plus grande centrale électrique éolienne à axe vertical jamais construite. Cependant, ce parc ne fut jamais en fonctionnement suffisamment longtemps pour passer du mode expérimental au statut de centrale électrique moderne. Transformateur thierry.suaton@univ-savoie.fr

3. Puissance thierry.suaton@univ-savoie.fr

La puissance (en W/m²) du vent contenue dans un cylindre de section S est : avec :  : masse volumique de l'air (air atmosphérique sec, environ : 1,23 kg/m3 à 15 °C et à pression atmosphérique 1,0132 bar) v : vitesse du vent en m/s 3. Puissance 3.1 Puissance du vent 3.2 Formule de BETZ La puissance réellement récupérable est inférieure, puisque l'air ne s’arrête pas totalement. Albert Betz a démontré que la puissance maximale récupérable est : Le rendement maximal théorique d'une éolienne est ainsi fixé à 16/27 , soit environ 59,3 %. Ce chiffre ne prend pas en compte les pertes d'énergie occasionnées lors de la conversion de l'énergie mécanique du vent en énergie électrique. La plupart du temps, on remplace le 16/27 par le rendement donné par le constructeur. Ce rendement est appelé coefficient aérodynamique : 0 < coefficient aérodynamique < 0,4 Transformateur thierry.suaton@univ-savoie.fr

3. Puissance 3.3 Exercice PELEC (avec un rendement de génératrice de 85%) PMECA (avec un coef aérodynamique 0,25) Vitesse vent (km/h) Vitesse vent (m/s) Vitesse vent (mph) Diamètre (m) PVENT 10 36 10 72 30 36 30 72 60 36 60 72 36 80 72 80 Transformateur thierry.suaton@univ-savoie.fr

3. Puissance 3.4 Puissance / Capacité Les éoliennes sont caractérisées par leur capacité de puissance électrique. Ainsi une éolienne de capacité 2 MW signifie qu'elle est capable de fournir une puissance électrique de 2 millions de Watt au maximum. Il est très rare que cette puissance soit atteinte car elle correspond le plus souvent à des vitesses de vent de 25 m/s (soit 90 km/h). La production réelle d'énergie électrique est fonction de la distribution statistique de la vitesse du vent du site. Le facteur de capacité est le rapport entre la puissance électrique moyenne (calculée sur un an) produite par l'éolienne et sa puissance électrique maximale (capacité en W). Ainsi une éolienne de capacité 2 MW, produira le plus souvent une puissance moyenne de 600 kW. Facteur de puissance = 30%. La capacité est donc la puissance électrique maximale que peut fournir l'éolienne sur le réseau. Transformateur thierry.suaton@univ-savoie.fr

4. Les 2 types de technologie électriques thierry.suaton@univ-savoie.fr

4. Les 2 types de technologie électriques 4.1 Eoliennes à GAS Vent Frein à disque Pâles Unité Centrale (micro-contrôleur) Machine asynchrone Moteur de positionnement Transformateur élévateur Capteur de direction de vent Capteur de vitesse de vent Réseau EDF thierry.suaton@univ-savoie.fr

4. Les 2 types de technologie électriques 4.1 Eoliennes à GAS Exemple : Les éoliennes VASTAS Génératrices asynchrones triphasées à 4 pôles (1500 tr/min) avec multiplicateur x 100 (15 tr/min) : thierry.suaton@univ-savoie.fr

4. Les 2 types de technologie électriques 4.1 Eoliennes à GAS thierry.suaton@univ-savoie.fr

4. Les 2 types de technologie électriques 4.2 Eoliennes à GS Vent Mesure tension / fréquence Pâles Contrôle Machine synchrone Transformateur Redresseur Onduleur Réseau EDF thierry.suaton@univ-savoie.fr

4. Les 2 types de technologie électriques 4.2 Eoliennes à GS Exemple : Les éoliennes Enercon Génératrices synchrones avec redresseur à thyristors et diodes (nacelle) et onduleur IGBT (pied de mât) thierry.suaton@univ-savoie.fr

5. Constat des installations thierry.suaton@univ-savoie.fr

5. Constat des installations 5.1 Chiffres clef Chiffres clef : Une centrale nucléaire a une capacité de 900 à 1450MW (Mégawatts = Millions de Watts).La France possède aujourd'hui 58 réacteurs nucléaires.Une centrale thermique a une capacité de 100 à 700MW. Une centrale hydraulique jusqu'à 500MW. Puissance consommée en France : Environ 600 TWh/an. Éolien : Une éolienne a une capacité comprise entre 0,5 et 3 MW. La France possède 2467 éoliennes d’une capacité totale de 3500 MW. En France, la production d’électricité éolienne est de 5 TWh/an. Coût : L'installation d'un mégawatt éolien nécessite un investissement d'un million d'euros environ. thierry.suaton@univ-savoie.fr

5. Constat des installations 5.2 Dans le monde Croissance annuelle moyenne sur 12 ans : 30% ! 1,3% de la consommation électrique mondiale En Europe : 3,7 % de la consommation électrique thierry.suaton@univ-savoie.fr

thierry.suaton@univ-savoie.fr 5. Constat des installations 5.2 Dans le monde thierry.suaton@univ-savoie.fr

5. Constat des installations 5.3 En France 1% de la consommation totale. thierry.suaton@univ-savoie.fr

Sur terre (on-shore) En mer (off-shore) thierry.suaton@univ-savoie.fr 5. Constat des installations 5.4 Potentiel éolien en Europe 1000 MW installé aujourd’hui Moyenne de production: 1 MW  3500 à 4000 MWh Bloqué par le cadre juridique 4 thierry.suaton@univ-savoie.fr

thierry.suaton@univ-savoie.fr 5. Constat des installations 5.5 Le marché mondial le danois Vestas avec 34,1 % ; l'espagnol Gamesa avec 18,1 % ; l'allemand Enercon avec 15,8 % ; l'américain GE Wind avec 11,3 %. 6 thierry.suaton@univ-savoie.fr

6. Impacts sur l’environnement thierry.suaton@univ-savoie.fr

6. Impacts sur l’environnement 6.1 Cadre juridique  > 12 m de haut => permis de construire (préfet)  Étude d’impact obligatoire (notice si < 2,5MW)  Autorisation d’exploiter (< Ministère de l’Industrie)  Accès au réseau réglementé (RTE-EDF) 6.2 Le bruit thierry.suaton@univ-savoie.fr

6. Impacts sur l’environnement 6.2 Le bruit thierry.suaton@univ-savoie.fr

6. Impacts sur l’environnement 6.3 Les oiseaux Faux problème !!! thierry.suaton@univ-savoie.fr

6. Impacts sur l’environnement 6.4 Les paysages thierry.suaton@univ-savoie.fr

6. Impacts sur l’environnement 6.5 Les accidents éoliens Sur l'ensemble des parcs éoliens dans le monde, les incidents observés sur des éoliennes sont peu fréquents et peu dangereux. Les conséquences matérielles de tous les accidents éoliens sont restées faibles et aucun blessé (même léger) n'a jamais été signalé. 9 décembre 2000 à Burgos (Espagne) : par vent fort, les pales d'une éolienne se décrochent et s'envolent à environ un kilomètre, en abîmant le mât et la génératrice. Hormis la destruction de l'éolienne, aucun autre dégât n'est provoqué. 28 décembre 2002 à Névian (Aude) : une éolienne s'effondre, le système de freinage du rotor n'aurait pas fonctionné. 5 novembre 2003 à Sallèles-Limousis (Aude) : trois éoliennes du parc éolien de Sallèles-Limousis subissent des dégâts. 2 janvier 2004 à Boulogne-sur-Mer (Pas-de-Calais) : le mât de 80 tonnes d'une éolienne s'écrase au sol, ne faisant aucun blessé. Une pale est tombée sur la plage, les deux autres ont dérivé sur huit kilomètres. 20 mars 2004 à Dunkerque (Nord) : une éolienne est abattue par le vent, sans faire d'autres dégâts. 22 juin 2004 : premier incident à Pleyber-Christ (Finistère) : une pale se brise par vent fort. 8 juillet 2004 : second incident à Pleyber-Christ : une autre pale se brise par vent fort. 9 juin 2004 entre Kiel et Hambourg, dans le Schleswig-Holstein (Allemagne) : incendie, la foudre met le feu à une éolienne, l'incendie est rapidement maîtrisé. 23 février 2005 au Japon : trois éoliennes ont eu les pales brisées par le vent. 6 mai 2005 à Weatherford, Oklahoma (États-Unis) : rupture du mât à la moitié de sa hauteur, cause encore indéterminée. 22 décembre 2005 à Montjoyer-Rochefort (Drôme) : les pales d'une éolienne se brisent par vent fort, car le dispositif de freinage n'aurait pas fonctionné. 14 janvier 2006 à St Clether, Cornouailles (Royaume-Uni) : une éolienne s'écrase au sol. 7 octobre 2006 : troisième incident à Pleyber-Christ (Finistère) : une éolienne perd une pale. 4 décembre 2006 : une éolienne s'est effondrée sur une zone industrielle à Bondues (Nord). 2 mars 2007 à Clitourps (Manche) : un morceau de pale de 4 mètres de long projeté à plus de 200 mètres. thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.1 Coût d’une installation Investissement = environ 1 000 €/kW, dont : thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.2 Coût en production Comparaison éolien et autres sources de production : thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.3 Evaluation du potentiel d’un d’un site Connaitre son site: - Campagne de mesure du vent - Estimation de la distribution des vitesses de vent (distribution de Weibull) thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.3 Evaluation du potentiel d’un d’un site Connaitre sa machine : - Courbe de production en fonction de la vitesse du vent : thierry.suaton@univ-savoie.fr

Potentiel éolien du site (Distribution de Weibull) Courbe machine Productible 7. Aspects économiques 7.3 Evaluation du potentiel d’un d’un site Calculer l’énergie récupérable : X X 8760 = thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.4 Montage d’un projet  Mise en place de ZDE par les communes et communautés de communes Repérage de site Début concertation: acteurs concernés Etude de faisabilité: mesure du vent, impacts paysagers et acoustiques, rentabilité financière Etude d’impact Dépôt à la mairie de la demande de permis de construire Désignation par le TA d’un commissaire pour enquête publique Notification du délai de permis de construire par la DDE Si acceptation du permis: Construction du parc pendant 6 à 9 mois Durée de montage minimale de 3 ans et environ 25 interlocuteurs consultés thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.5 Exemple de réalisation en Allemagne Région de Freiburg 10,8 MW : Roßkopf (7,2 MW) 4 éoliennes Enercon E-66/70 - 1,8 MW Holzschlägermatte (3,6MW) 2 éoliennes Enercon E-66/70 - 1,8 MW thierry.suaton@univ-savoie.fr

7. Aspects économiques 7.5 Exemple de réalisation en Allemagne • Soutenu par la ville de Freiburg • Propriété de 521 habitants réunis en coopérative (apport de 4,2 M€) • Investissement : 13 M€ (1 200 €/kW) • Mise en service : septembre 2003 • Production annuelle : 16,8 GWh (1 722 kWh/kW) • Coût du kWh sur 15 ans : thierry.suaton@univ-savoie.fr

2. Un peu de mécanique