La plupart des grandes éoliennes modernes sont à axe horizontal. Leur allure élancée, presque frêle, démontre la résistance des matériaux modernes. Les dimensions sont beaucoup plus considérables qu'on ne l'imagine : la tour a 45 mètres de hauteur, mais le diamètre de l'hélice (ou rotor) atteignant presque la même taille, fait culminer l'ensemble à près de 60 mètres. Nacelle
Pales
La technologie de fabrication des pales, largement issue de l'aviation, ne cesse de s'améliorer.
Tour
Le prix excessivement élevé des terrains en Europe a conduit récemment au développement de machines dépassant 2 000 kW. Ces grandes machines sont parfois même installées en mer, sur les plateaux maritimes.
Érection
Exemple :
Le rotor peut être assemblé au sol et hissé d'un seul morceau. On
préfère parfois assembler les pales une par une, en hauteur.
Parcs d'éoliennes
D'autre part, les parcs d'éoliennes (appelés « wind farms » en anglais) constituent de véritables centrales électriques à proximité des lignes à haute tension du réseau national, puisque les coûts de raccordement deviennent prohibitifs si les éoliennes sont disséminées sur une grande surface. L'implantation des parcs doit néanmoins répondre à des critères environnementaux stricts. Éoliennes uniques ou doublesDes villes, villages ou communautés installent également des éoliennes uniques pour assurer le chauffage ou le pompage de l'eau potable ou des stations de traitements des eaux. PuissanceUne seule éolienne de plus de 500 kW peut alimenter près de 150 maisons consommant beaucoup d'électricité. Par exemple, une éolienne VESTAS 42-600 kW est capable de produire au total, en une année, environ 2 500 MWh. PrixUne éolienne moderne de la série 600 kW exigera un investissement d'environ 1 million de dollars canadiens ou près de 4 millions de francs français. Alors, est-ce rentable ? Cela varie d'un pays à un autre, en fonction du prix de l'électricité disponible ! En Allemagne, le coût d'une grande éolienne peut être amorti en 4 ans, en France, en 6 ou 7 ans, au Canada, entre 8 et 10 ans ! Mais sa durée de vie est de plus de 20 ans...
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La
nacelle est une véritable salle des machines perchée dans le ciel.
Elle comporte une ou deux génératrices, une boîte de vitesses (sauf
pour les systèmes Direct Drive), un système de freins à disque et
différents équipements automatisés d'asservissement. On construit
maintenant des éoliennes énormes de 1 500 kW sur des tours
de près de 50 mètres et qui sont surtout limitées non par la technologie,
mais par les grues gigantesques qu'elles nécessitent.
Bien que
la densité plus élevée de l'air froid et la recrudescence des vents
en hiver soient des facteurs positifs pour l'exploitation d'une
éolienne, les basses températures, la neige et la glace réclament,
par contre, des adaptations pour les machines installées en zones
montagneuses ou froides.
On remarquera que les grandes éoliennes
n'ont aucune dérive qui leur permette de les orienter selon le sens
du vent. C'est qu'elles sont beaucoup trop lourdes. La nacelle est
donc orientée par télécommande. Un dispositif de mesure (anémomètre/girouette)
est installé sur la tête de l'éolienne ou sur une tour à proximité.
Les données recueillies en permanence sont transmises à un microprocesseur
qui les traite et actionne un moteur électrique situé près de l'axe
vertical de la nacelle. C'est ce moteur qui fait tourner la nacelle
lorsque la direction du vent change.
La
taille des pales est aussi considérable. Si l'hélice donne l'impression
de tourner très lentement, c'est qu'un multiplicateur relie le rotor
au générateur. C'est d'ailleurs une source de problèmes, et surtout
de perte de puissance. Deux grands fabricants, Enercon et Jeumont
Industrie, adoptent un principe différent : le rotor est en
prise directe avec un générateur adapté. Cela présente beaucoup
d'avantages.
Les
pales d'aujourd'hui sont réalisées en fibre de verre et en matériaux
composites, notamment avec de la fibre de carbone (légère et résistante).
Pour réguler la
vitesse de rotation du rotor en fonction des vents, on fait varier
l'angle de chaque pale. Ce mécanisme automatisé de pas variable
est extrêmement coûteux, mais difficilement évitable pour le moment.
La
tour est une pièce apparemment simple, mais elle est très importante.
Pour des raisons d'esthétique, presque tous les fabricants ont abandonné
les tours en treillis métallique pour utiliser les monotubes. À
l'intérieur de ceux-ci se trouve une échelle qui permet d'accéder
à la nacelle pour l'entretien.
Les fondations
de la base de l'éolienne sont un élément important de sa solidité
future.
L'érection
des éoliennes est une opération complexe et coûteuse, car
les masses que l'on doit déplacer à de grandes hauteurs sont importantes.
Plutôt
que de créer des éoliennes gigantesques qui, une fois arrêtées,
n'alimentent plus le réseau électrique, on préfère actuellement
multiplier des unités un peu moins puissantes. Lorsqu'une éolienne
nécessite un entretien ou qu'un bris est constaté, les autres continuent
à produire, sans interrompre totalement l'alimentation fournie au
réseau.