Le mât de certaines éoliennes dépasse à lui seul 100 m de haut. (©WWEA)
Composants d'une éolienne
Le vocabulaire le plus souvent utilisé pour décrire une éolienne retient principalement quatre sous-ensembles(1) :
- le rotor, partie rotative de l’éolienne placée en hauteur afin de capter des vents forts et réguliers. Il est composé de pales (en général 3) en matériau composite qui sont mises en mouvement par l’énergie cinétique du vent. Reliées par un moyeu, ces dernières peuvent en moyenne mesurer chacune 25 à 60 m de long et tourner à une vitesse de 5 à 25 tours par minute ;
- la nacelle, structure soutenue par le mât abritant les différents éléments mécaniques. On distingue les éoliennes à entraînement direct de celles équipées de train d’engrenages(2) (multiplicateur/réducteur) selon le type d’alternateur utilisé. Les alternateurs classiques requièrent une adaptation de la vitesse de rotation par rapport au mouvement initial du rotor.
- la tour, composée du mât, du système de commande électrique et du transformateur. Généralement de forme conique, le mât supporte la nacelle. Il mesure entre 50 et 130 m de haut et a un diamètre à son pied compris entre 4 et 7 m. Une ouverture en bas du mât permet d’accéder aux différents équipements de l’éolienne parmi lesquels le transformateur(3) qui permet d’augmenter la tension de l’électricité produite afin de l’injecter sur le réseau ;
- la base :
- souvent circulaire et en béton armé dans le cas des éoliennes terrestres, qui permet de maintenir la structure globale.
- généralement constituée de fondations spécifiques telles que des monopieux en acier, des structures en treillis (jackets), ou des plateformes flottantes pour les éoliennes offshore, qui sont conçues pour résister aux conditions marines, y compris les forces des vagues et des courants.
On qualifie de turbine l’ensemble constitué du rotor et du train d’engrenages. Par extension, ce terme est souvent employé pour désigner l’éolienne dans sa globalité, comme en anglais (wind turbine).
Fonctionnement d'une éolienne
Une éolienne fonctionne en convertissant l'énergie cinétique du vent en énergie électrique à travers plusieurs étapes clés impliquant les différentes pièces de l'appareil.
Schéma de la composition d'une éolienne (©Connaissance des Énergies)
Le vent fait tourner les pales fixées au moyeu, situé à l'avant de la nacelle. Ce mouvement rotatif est capté par le multiplicateur, qui augmente la vitesse de rotation du mouvement pour l'adapter aux besoins de production d'électricité. Le frein mécanique est également présent pour arrêter ou ralentir les pales en cas de vents trop forts ou lors de la maintenance.
L'énergie cinétique augmentée est ensuite transférée au générateur (ou alternateur), situé à l'intérieur de la nacelle, où elle est convertie en énergie électrique. Le système d'orientation de la nacelle permet à l'éolienne de s'ajuster automatiquement à la direction du vent pour maximiser l'efficacité de la production. Le mât soutient l'ensemble de la structure et joue un rôle crucial en élevant les pales à une hauteur où les vents sont plus constants et plus forts.
Enfin, l'électricité produite par le générateur est envoyée vers le transformateur pour ajuster la tension de l'électricité produite avant d'être transmise au réseau électrique via des câbles électriques.
Les fondations solides assurent la stabilité de l'éolienne, surtout par temps venteux, garantissant ainsi une production continue et sécurisée d'électricité.
Éoliennes écologiques : où en est-on ?
A ce jour une éolienne terrestre dure une vingtaine d'années. Fondations incluses, elle est recyclable à plus de 90%, souligne l'Ademe, l'agence de la transition écologique, car faite de béton, acier, cuivre, aluminium. La difficulté porte encore sur les pales, composite de résine et de fibres de verre ou de carbone: ce sujet fait l'objet depuis des années d'une course à l'innovation dans l'industrie et la recherche, comme en France au CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives).
Dans les travées de Seanergy, le salon annuel des énergies marines, les déclarations politiques ne font guère ciller mais le sujet de "l'éco-conception" est bien là.
Siemens Gamesa a mis au point en 2022 des pales qu'elle garantit recyclables, pour l'éolien en mer comme sur terre. "Avec la même garantie de puissance et de résistance", assure Frédéric Petit, son président France. Fabriquées au Havre, elles équiperont le parc offshore de Courseulles-sur-Mer (Calvados) en 2025 - mais en partie seulement : dix éoliennes sur 64, du fait du surcoût.
"Quand ça se banalisera, les prix baisseront", assure M. Petit qui compte sur les appels d'offres pour imposer le recyclage des pales, comme pour le dernier projet de parc offshore annoncé en France (Bretagne Sud).
Le concurrent danois Vestas a pour sa part annoncé en 2023 la mise au point d'un produit à même de séparer chimiquement les composants, ce qui permettra selon lui de traiter et recycler toutes les pales en fin de vie, y compris celles déjà installées sur les éoliennes à démanteler. Vestas promet aussi de produire des pales à base de ces résines recyclées.
Si une éolienne n'émet pas de carbone en fonctionnant, contrairement au gaz ou au pétrole, sa fabrication et son transport ont un impact environnemental. Les images d'un cimetière de pièces d'éoliennes dans le Wyoming ont aussi marqué les esprits, même si la réglementation européenne est autrement plus stricte.
Pionnier de l'éolien en France, le Girondin Valorem a coulé en mai un "béton vert", "première mondiale" selon lui, pour les fondations de son parc de Jazeneuil (Vienne). Soit 600-700 tonnes par éolienne - l'équivalent des besoins de "cinq maisons", dit Philippe Tavernier, DG adjoint de Valorem.
Issu de procédés chimiques, ce béton zéro "clinker" (le liant habituel du béton) a été produit par le Vendéen Hoffmann Green qui travaille à décarboner ce matériau dont le processus de cuisson libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Il sera excavé en fin de vie du parc, comme les autres bétons, mais aura émis 32% de CO2 en moins à la production. Pour Valorem, c'est un coût supplémentaire de 15-20%.
"C'est notre choix, on s'engage à une moindre rentabilité car on est une entreprise à mission", dit M. Tavernier, relevant cependant que tous les projets, notamment les moins ventés, ou au tarif d'achat moindre, ne pourront en bénéficier, dans un secteur où les "taux de rentabilité interne (TRI) sont à moins de 10%".
"Parfois j'ai un peu le sentiment qu'on ne pardonne rien (aux énergies renouvelables), on doit être plus vertueux" que les autres, ajoute-t-il. "Ca ne dérange personne qu'un vapocraqueur" de raffinerie ne soit pas recyclé, constate cet ingénieur, venu lui-même du secteur pétrolier.
Recycler la résine? "L'éolien est la première filière à savoir le faire. Personne ailleurs, pour les bateaux par exemple, ne se posait la question", dit Frédéric Petit, de Siemens Gamesa.
