Energie éolienne : définition, fonctionnement et impact des parcs éoliens
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En pleine période de changement climatique, les énergies renouvelables s’imposent comme des solutions d’avenir durable ; parmi elles, l’éolien a indubitablement le vent en poupe. En France et dans le monde, en mer ou sur la terre ferme, les grandes turbines blanches fleurissent pour exploiter le vent et soutenir la transition énergétique.
L’objectif de neutralité carbone fixé pour 2050 par l’Accord de Paris sur le climat a accéléré le développement des énergies renouvelables, et particulièrement des parcs éoliens. La part de l’énergie éolienne est en plein essor en France : en 2022, elle représentait 8,3% de la consommation électrique française, soit une évolution de 3% par rapport à 2021. Derrière ces chiffres, une machinerie complexe et des enjeux environnementaux et économiques liés à l’installation des parcs éoliens. Avantages, production et énergie cinétique : Big Media vous dit tout sur l’éolien !
Qu’est-ce que l’énergie éolienne ?
Vous les avez déjà croisées sur le bord de l’autoroute ou aperçues depuis la fenêtre du train. Ces grandes turbines blanches qui tournent au gré du vent génèrent de l’énergie, et alimentent des foyers et bâtiments en tout genre en électricité. L’énergie éolienne se développe progressivement mais sûrement, pour répondre aux besoins de la transition énergétique. À quoi sert une éolienne, et comment fonctionne-t-elle ?
Comment fonctionne l’énergie éolienne ?
Une éolienne est un dispositif conçu pour convertir l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique, puis en électricité. Une éolienne se compose d’un mât, d’un rotor, d’un générateur et de plusieurs pales, le tout relié à un transformateur.
Le fonctionnement d’une éolienne repose sur la transformation de l’énergie à travers plusieurs étapes. D’abord, le vent fait tourner les pales ce qui produit une énergie mécanique. Cette énergie mécanique est ensuite transformée en électricité grâce à un générateur, situé dans la nacelle. L’énergie électrique ainsi convertie peut être directement injectée dans un réseau électrique mais elle peut également être stockée de différentes manières (batteries, stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), volants d’inertie…).
La caractéristique principale d'une éolienne réside dans sa puissance nominale, c’est-à-dire, la puissance maximale qu’elle est capable de fournir, de manière permanente, sur le réseau.
Combien mesure une éolienne ? En France, la plupart des éoliennes terrestres installées ont une puissance unitaire allant de 2 à 4,5 MW, avec un diamètre de rotor (pales + moyeu) compris entre 75 et 150 mètres, et une hauteur totale oscillant entre 100 et 200 mètres.
Schéma : principe de fonctionnement d’une éolienne
©Ademe, juin 2013
Les différents types d’éoliennes
Trois grandes pales sur un mât blanc de plus de cent mètres de haut : c’est l’éolienne la plus commune, et la première image qui vient en tête. Il existe pourtant plusieurs types d’éoliennes, avec leurs propres avantages et inconvénients, selon leur emplacement, leur hauteur, et les besoins auxquels elles doivent répondre :
- Les éoliennes horizontales : les plus communes, munies de deux à trois grandes hélices. Elles peuvent capter le vent de face ou de dos et offrent une structure stable, mais entraînent des nuisances sonores lorsqu’elles sont situées à proximité de zones habitées.
- Les éoliennes verticales : ces modèles plus récents sont composés de pales parallèles au mât, qui tournent autour de celui-ci. Elles peuvent capter les vents dans toutes les directions, même s'ils sont faibles. Elles demandent moins d’espace que les éoliennes horizontales, et peuvent donc être utilisées en zone urbaine, mais sont beaucoup plus coûteuses à installer.
Un aérogénérateur désigne une éolienne qui produit de l’électricité. Il s’agit du type le plus commun dans les parcs éoliens. Installées sur terre, ces éoliennes possèdent une puissance de 2 à 3MW, et peuvent alimenter plusieurs centaines de foyers. Les petites éoliennes, ou éoliennes domestiques, elles, s’adressent aux particuliers : elles font entre 10 et 12 mètres de hauteur, et peuvent alimenter des bâtiments isolés, ou être reliées à un réseau électrique pour vendre leur énergie, à raison d’une puissance moyenne de 5kW (source : EDF).
État des lieux du parc éolien en France
L’éolien est une énergie renouvelable en plein développement, et le nombre d’éolienne en France ne cesse d’augmenter. Ce secteur est aussi le deuxième marché d’énergie renouvelable en production d’électricité sur le territoire. Le nombre de parcs éoliens et leur capacité de production est en augmentation, et s’impose de plus en plus comme une source d’énergie essentielle dans le secteur énergétique français, qu’elles soient en mer ou sur terre.
Carte implantation éoliennes france 2023
Carte des parcs éoliens en France, Openstreetmap
Carte des parcs éoliens en France, 2024, TheWindPower
Les chiffres clés de l’éolien en Europe et en France
Fin 2022, la France comptait près de 2 262 parcs éoliens et environ 9000 éoliennes terrestres (source: Rapport France Renouvelables, 2023), avec une puissance totale de 20,9 GW, et une production d’électricité éolienne de 37,9 TWh, soit une augmentation de 3% par rapport à 2021.
« Ce secteur permet aujourd’hui de couvrir 9% de la consommation électrique française [...] Le poids de l’éolien commence à être significatif», explique Alexandre Roesch, délégué général du Syndicat des énergies renouvelables (SER) à Big Média. Une tendance à la hausse qui s’inscrit juste en dessous aux objectifs d’augmentation des énergies renouvelables (ENR) fixés par les directives européennes (la France n’a atteint que 19% en 2020, contre les 23% fixés), ni ceux de la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie (PPE). Cependant, la loi d’accélération de la production des ENR entend soutenir le développement de la filière éolienne, en prévoyant notamment de réduire de 2 ans le délai d’instruction pour un projet éolien en mer – là où il faut en moyenne 10 ans pour obtenir une autorisation de construction.
Le développement de l’éolien terrestre et maritime sur le territoire s’inscrit également dans une volonté de réduction du nucléaire et de diversification du mix électrique. Les ENR n’ont pas seulement vocation à se développer, mais, à terme, doivent remplacer l’électricité produite à partir d’énergie fossile et par-là même remplacer les infrastructures nucléaires en fin de vie. Le Ministère de la transition écologique a ainsi établi l’objectif de fermeture de 14 réacteurs nucléaires d’ici à 2028, afin d’amener la part du nucléaire à 50% au sein du mix électrique de la France, d’ici 2025 (source : PPE, Ministère de la Transition Écologique).
Copyright : Part des énergies renouvelables dans la consommation finale brute d’énergie (par filière et objectifs 2020 et 2030), notre-environnement.gouv.fr, mai 2023
À l’échelle européenne, l’éolien terrestre représente 92% de la capacité éolienne installée en Europe (source: Commission européenne, 2023), et a fourni 16% de l’électricité consommée dans l’Union Européenne en 2022. Pour continuer dans cette lancée, l’Union Européenne a établi un objectif d’au moins 42,5% d'énergies renouvelables d’ici à 2030, et mis en place des mesures pour soutenir le développement du secteur éolien, comme l’adoption du Net Zero Industry Act, qui inclut la fabrication davantage de technologies durables (comme les turbines d’éoliennes) au sein de l’Europe, afin de couvrir 40% des besoins d’ici 2030.
L’énergie éolienne terrestre ou « onshore »
Les parcs éoliens terrestres, dits « onshore », sont les plus répandus en France : le long des autoroutes, des voies ferrées… Ces parcs sont constitués d’environ dix éoliennes maximum, qui permettent de produire 4200 MWh (mégawattheure) par an, soit la consommation électrique moyenne d’environ 800 foyers. La région des Hauts de France est celle qui compte le plus de parcs éoliens en France, avec une puissance totale de 5814MW en juin 2023 (source : Observatoire de l’éolien 2023, France Renouvelables).
Si les éoliennes terrestres sont les plus communes, elles sont confrontées à des limites d’espaces et d'acceptabilité des populations. Les parcs éoliens demandent des surfaces conséquentes, et doivent répondre à des normes spécifiques, comme être situés à plus de 500 mètres des zones d’habitation ou produire moins de 35 décibels. Ils sont aussi l’objet d’opposition de la part de certaines populations, qui y voient une nuisance sonore et visuelle.
L’énergie éolienne en mer ou « offshore »
Au large, les parcs éoliens maritimes, « offshore », tirent avantage des vents forts sans nuire aux habitants. Situées à plus de dix kilomètres des côtes, les éoliennes de ces parcs sont raccordées par des câbles sous-marins. Plus puissantes (6 à 15 MW contre 2 à 3 MW pour celles onshore), elles produisent davantage d’électricité mais sont beaucoup plus coûteuses à installer et entretenir. Il existe deux types d’éoliennes en mer, avec leurs propres limites et avantages :
- Les éoliennes posées : fixées directement au sol marin par une fondation, elles peuvent être installées jusqu’à 70 mètres de profondeur. Leurs turbines sont plus grandes et plus puissantes que des éoliennes classiques ;
- Les éoliennes flottantes : fixées sur des flotteurs, ces éoliennes sont privilégiées au-delà de 70 mètres de profondeur. Beaucoup plus éloignées des côtes, elles captent des vents plus forts et plus puissants.
- Les hydroliennes : ces éoliennes sous-marines fonctionnent grâce aux courants marins, qui font tourner leurs pâles, et transforment cette énergie cinétique en électricité. Elles font entre 10 et 20 mètres de diamètre et sont généralement immergées entre 30 et 40 mètres de profondeur pour profiter des courants les plus forts.
Alexandre Roesch détaillait en 2022 les défis de l’éolien offshore à Big Média : « D’ici 2050 on estime pouvoir atteindre 50 GW répartis sur les différentes façades maritimes, ce qui représente 2,8% de l’espace maritime métropolitain. Il y a une exigence très forte d’exemplarité environnementale. »
Les enjeux de l’énergie éolienne : avantages et limites
D’un point de vue environnemental, l’énergie éolienne possède des avantages indéniables : perturbations minimales de l’environnement, utilisation d’une ressource naturelle inépuisable, capable d’alimenter plusieurs centaines, voire milliers de foyers… Tout est réuni pour permettre aux territoires bénéficiant de parcs éoliens d’atteindre leurs objectifs d’énergie durable et de neutralité carbone. Elles sont également un moteur économique conséquent, et permettent de faire des économies d’énergie tout en stimulant le secteur des énergies renouvelables d’après France Renouvelables, l’éolien est le « premier employeur du secteur des énergies renouvelables ».
Les avantages de l’éolien, une énergie renouvelable neutre en carbone
Parmi les avantages de l’éolienne, commençons par citer le plus évident : le vent. Une énergie 100% naturelle et renouvelable qui n’émet ni déchet, ni CO2. Les éoliennes peuvent également fonctionner en toute saison, et s'adaptent ainsi naturellement aux besoins humains : en hiver, les vents sont plus forts, ce qui coïncide avec une augmentation de la consommation électrique, et donc la nécessité d’une production plus intense.
L'éolien est considéré comme une énergie renouvelable car contrairement aux ressources fossiles, le vent n’existe pas en quantité limitée. En revanche, il ne souffle pas toujours ! C’est pourquoi on dit de l’éolien que c’est une énergie « à intermittence », c'est-à-dire que sa production dépend des flux des vents, de leur puissance et, de manière générale, de la météo. Une éolienne ne produit pas d'électricité en permanence, comme le précise Alexandre Roesch pour Big Média : « [Une éolienne] fonctionne 90% du temps mais 25% à pleine charge sur une année. C'est comme si vous aviez une voiture capable d'aller à 200 km/h mais que vous ne rouliez qu’une fois par an à cette vitesse et qu’on vous disait que vous ne rouliez qu’une fois dans l’année. »
En plus de l’énergie qu’elles exploitent, les éoliennes sont elles-mêmes des machines durables, avec un durée de vie entre 15 et 30 ans. Elles sont pour la plupart fabriquées en matériaux recyclables : 90% de la masse d’une éolienne peut actuellement être recyclée. Seules exceptions, les pales, composées d’un mélange de polymères et de fibres de verre ou de carbone, et plus difficiles à recycler, même si des solutions émergent. Certaines éoliennes offshore contiennent également des terres rares, dans les aimants de leur générateur, difficilement recyclables et qui induisent des enjeux géopolitique de dépendance à certains pays, producteurs de ces matériaux.
Les parcs éoliens, moteurs de développement économique
Avec 28 266 emplois fin 2022 (soit une hausse de 11% par rapport à 2021, source Rapport France Renouvelables, 2023), l’éolien est le premier employeur dans le secteur des énergies renouvelables en France. Les éoliennes génèrent des revenus fiscaux bénéfiques aux territoires, en moyenne 10 000 à 15 000 € par MW installé et par an (source : Ministère de la Transition écologique, 2024), qui sont par la suite redistribués aux collectivités. Dans le cas des parcs éoliens en mer, le tarif diffère : 18 605 € par an par MW installé en 2023, dont 50% est affecté aux communes littorales depuis lesquelles le parc éolien est visible, et 35% aux comités de pêches et élevages maritimes locaux.
Le rapport 2023 de France Renouvelables et Capgemini met en lumière une filière qui contribue à la réindustrialisation du territoire français, avec 7 milliards d’euros de chiffres d’affaires en 2021.
L’énergie éolienne est-elle polluante ?
L’énergie éolienne est régulièrement au cœur de débats : bruit, manque d’esthétisme, efficacité remise en question, ces grandes machines n’ont pas que des avantages.
Les parcs éoliens terrestres font ainsi parfois l’objet d’opposition de la part des riverains, qui y voient une pollution sonore et visuelle qui réduit leur qualité de vie. Malgré les réglementations en place concernant la distance avec les habitations et le niveau de décibels maximum, ces nuisances ne peuvent être complètement évitées. Elles constituent également un élément intrusif dans le paysage, que tout le monde ne trouve pas particulièrement esthétique.
Les éoliennes offshore, plus récentes, sont elles un sujet sensible. Leur construction peut perturber la faune maritime, et les oiseaux migrateurs ou marins sont également affectés par la présence des turbines en haute mer, et exposés à des risques de collision. Les éoliennes offshore ont également un impact sur la pêche maritime, et l’installation de nouveaux parcs au large des côtes a été contestée de nombreuses fois par des collectifs de pêcheurs, qui dénoncent l’impact de ces parcs sur les écosystèmes locaux.
Quel est l’avenir de l’énergie éolienne en France ?
Le futur de l’éolien en France est prometteur, particulièrement pour les projets de parcs offshore, qui peuvent capitaliser sur le potentiel des façades maritimes françaises. S’il est plus coûteux et plus complexe, l’éolien offshore est aussi moins contraignant (en termes d’espace et d’impact sur les populations), et plus puissant. La France a ainsi fixé un objectif de 50 parcs en service en 2050.
En 2024, le parc offshore de Fécamp, composé de 71 éoliennes, sera mis en service, et les travaux débuteront pour deux autres parcs, à Yeu et Dieppe, comptant chacun 62 éoliennes. La PPE 2019-2028 prévoit que l’éolien représente 20% de la production d’électricité d’ici 2050 (source : Vie Publique, 2022), avec un parc éolien national étendu à 14 500 mâts, et un objectif de 33,2GW, le tout passant par des rénovations des parcs existants et en fin de vie, en plus du développement des parcs offshore.
Article relu et validé par Maude Lenfant, Responsable sectorielle Énergies, Bpifrance
Sources :
Eolien - Quatrième trimestre 2022 Ministère de la transition énergétique
Les énergies renouvelables Ministère de la transition énergétique
Synthèse PPE -Ministère de la transition écologique
La France accélère sa transition énergétique PPE - Ministère de la transition écologique
Eolien terrestre - Ministère de la Transition écologique
L’éolien en France Vie Publique
Energie éolienne : transformer le vent en électricité - IFP Energies Nouvelles
Eolien terrestre - Ministère de la transition écologique
Observatoire de l’éolien 2023 - France Renouvelables x Capgemini
Plan d’action de l’UE en matière d’énergie éolienne - Commission Européenne
Règlement pour une industrie “zéro net” - Conseil européen