À la conquête du vent : décryptage du rendement éolien pour une énergie verte maximale

Exprimé en pourcentage, le rendement d’une éolienne fait référence à sa capacité à convertir l’énergie cinétique du vent en électricité exploitable. En d’autres termes, il s’agit d’un indicateur qui permet de connaître la proportion d’énergie, issue du mouvement du vent, qui est effectivement transformée en électricité par l’éolienne. Plus le rendement de l’éolienne est élevé et plus cette dernière est efficace et performante.¹

Rendement ou puissance d’une éolienne : quelles différences ?

À la différence du rendement, la puissance d’une éolienne correspond à la quantité d’énergie qu’elle parvient à produire sur une période donnée. Cet indicateur s’exprime généralement en kilowatts (kW) ou mégawatts (MW). Les éoliennes implantées dans les parcs éoliens français disposent souvent d’une puissance nominale de 3 à 4 MW. S’il faut la différencier du rendement, la puissance de l’éolienne entre cependant en compte dans le calcul de ce dernier.

Le rendement éolien dépend de nombreux facteurs. Ces derniers peuvent être propres aux caractéristiques de l’éolienne en elle-même, mais également à certaines conditions auxquelles elle est exposée. Parmi ces éléments, on trouve notamment :

• Le vent ;
• L’emplacement géographique ;
• Les mesures de bridages appliquées (production plus faible, voire arrêtée, pendant certaines périodes de l’année pour limiter les impacts du projet) ;
• Les caractéristiques propres à chaque éolienne.

Le vent

Puisque son fonctionnement repose sur l’énergie cinétique du vent, ce dernier a une incidence importante sur le rendement de l’éolienne. Cette énergie cinétique dépend de deux éléments :

• La vitesse du vent : une éolienne fonctionne pour des vitesses de vent souvent situées entre 14 et 90 km/h (elle s'arrête automatiquement au-dessus de cette vitesse, pour des raisons de sécurité).  
• La masse volumique de l’air : exprimée en kg/m3, elle dépend de la température, de l’humidité et de la pression.

Dans son Observatoire de l’Éolien 2022, France Énergie Éolienne précise qu’un projet éolien est considéré comme économiquement intéressant lorsque la vitesse moyenne annuelle du vent, constatée sur le site d’implantation, est située entre 21 et 25 km/h².

Le type d’éolienne

Le rendement de l’éolienne dépend aussi de son type. On distingue notamment :

• L'éolienne horizontale, dont les pâles tournent autour d’un axe horizontal : c’est le type d’éolienne le plus courant.
• L’éolienne verticale, disposant de pales incurvées, tournant autour d’un axe vertical : elle est adaptée aux vents faibles.
• L’éolienne domestique : il s’agit d’une mini-éolienne pouvant être installée chez les particuliers et qui permet de produire sa propre électricité.

Généralement, l’éolienne horizontale est celle qui dispose du meilleur rendement.

L’emplacement géographique

Le rendement de l’éolienne peut également varier en fonction de son emplacement géographique. On trouve deux types d’éoliennes :

• Les éoliennes terrestres (onshore) : généralement installés sur les hauteurs (collines, hauts plateaux...), les éoliennes terrestres sont particulièrement présentes dans les régions Hauts-de-France, Charente-Maritime, Occitanie et Grand Est ou dans les zones côtières.
• Les éoliennes en mer (offshore) : implantées au large des côtes, les éoliennes en mer profitent des vents marins, plus forts et plus réguliers, et de l’absence de relief.

Grâce à leurs particularités, les éoliennes en mer parviennent à produire jusqu’à 60 % d’énergie en plus que les éoliennes terrestres³.

L’orientation et la position de l’éolienne par rapport à la direction du vent influencent aussi son rendement. Les éoliennes terrestres dites “à voilures tournantes” parviennent à changer leur orientation en fonction du sens du vent, grâce à différents instruments de mesures présents sur les nacelles.

Les caractéristiques techniques de l’éolienne

De nombreux éléments relatifs aux spécificités de l’éolienne peuvent également avoir un impact sur son rendement. C’est notamment le cas de :

• La puissance nominale de l’éolienne ;
• La hauteur du mât ;
• Le nombre de pales ;
• L’inclinaison des pales ;
• Le rendement de la turbine (qui tourne grâce au mouvement du vent) ;
• Le rendement des aérogénérateurs (qui produisent le courant électrique)...

En clair, l’éolienne doit être conçue pour maximiser la capture de l’énergie et limiter les pertes associées à la transformation de cette dernière.

La formule simplifiée pour calculer le rendement d’une éolienne est la suivante :

Rendement (%) = (Énergie électrique produite / Énergie cinétique du vent capturé) x 100.

Pour mieux comprendre cette formule, voici quelques rappels :

• Énergie électrique produite : elle correspond à la quantité d’électricité réellement produite par l’éolienne (hors perte d’énergie subie pendant la transformation, par exemple) ;
• Énergie cinétique du vent capturé : calculée sur la base d'une formule dédiée (Ec = 1/2mV²) il s’agit de l’énergie associée à :
• La masse volumique de l’air ;
• La vitesse du vent.

Quel est le rendement d’une éolienne ?

En moyenne, les éoliennes ont un rendement situé entre 30 et 50 %. Au mieux, il peut aller au-delà de 60 %. Cela est dû aux pertes électriques ou à celles engendrées lors de la conversion d’énergie.

L’éolienne est une énergie renouvelable intermittente. Cela signifie que sa production d’électricité varie en fonction des périodes, notamment en raison des conditions climatiques. Concrètement, s'il y a trop ou pas de vent, elle ne produit pas d’énergie.

Néanmoins, la France est exposée favorablement aux vents, que ce soit dans les terres ou en mer. Son intermittence n’est donc pas un obstacle, d’ailleurs l’éolienne est une solution de production d’électricité performante. Quelques chiffres pour le comprendre :

• Une éolienne produit de l’électricité 75 à 95 % du temps en moyenne⁴ ;
• Une seule éolienne de 2 MW permet de produire 4 000 MWh par an, soit l’équivalent de la consommation d’électricité de plus de 800 foyers⁵.

Ce n’est donc pas un hasard si le parc éolien français se développe. La PPE (Programmation Pluriannuelle de l’Énergie) prévoit un objectif de puissance installée compris entre 33,2 GW et 34,7 GW à l’horizon 2028 (contre 20,6 GW au 31 décembre 2022)¹.

A noter que lors des épisodes de tempêtes ces derniers jours, l’éolien a représenté près de 30% de la production d’électricité au meilleur moment de la journée

Extrait de RTE – éCO₂mix : https://www.rte-france.com/eco2mix/la-production-delectricite-par-filiere#

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Même s’il s’agit d’une solution de production d’électricité coûteuse, bénéficiant d’un système de soutien de l’État, l’éolien est aujourd’hui de plus en plus compétitif. Ses coûts ont baissé de 25 % ces dernières années et ils se rapprochent de plus en plus de ceux de l’électricité produite en centrale nucléaire⁴. En parallèle de cela, la mise en place d’éoliennes sur le territoire est source de revenus au niveau local. Elles peuvent représenter, par MW installé et par an, un gain de :

• 10 000 € à 12 000 € aux collectivités territoriales environnantes ;
• 2 000 à 3 000 € pour les propriétaires fonciers (agriculteurs, par exemple).

Et l’éolienne domestique ?

Si, en tant que particulier, vous souhaitez mettre en place une éolienne domestique chez vous, sachez qu’il est toujours recommandé de faire appel à un professionnel pour une étude de faisabilité. Cela vous permettra d’avoir une visibilité sur la rentabilité de votre installation. Puisque cette dernière dépend de nombreuses variables, il est impératif de faire appel à une entreprise spécialisée avant de se lancer.

Quelles alternatives à la micro-éolienne ?

Si vous souhaitez contribuer au développement de la filière éolienne, deux autres solutions s’offrent à vous :

• Participer à un projet citoyen ou participatif : vous pouvez investir dans un projet éolien en investissant dans le capital d’une société développant un parc éolien ou via une campagne de financement participatif (35 parcs éoliens français sont des projets citoyens⁴) ;
• Choisir un fournisseur d’électricité verte : vous avez aussi la possibilité d'opter pour un fournisseur d’énergie soutenant les producteurs français d’énergie éolienne et le développement des territoires (comme c’est le cas avec Alterna énergie).