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Production d’électricité: l’énergie éolienne

Parlons sciences
Lisibilité
5.8

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre comment l’air en mouvement peut être utilisé pour produire de l’électricité.

Nous pouvons utiliser l’air en mouvement, ou le vent, pour produire de l’électricité. C’est ce qu’on appelle l’énergie éolienne. À la fin de 2019, le Canada avait une capacité de production de 13 414 mégawatts (MW) en énergie éolienne. Cela représente assez de courant pour alimenter 3,4 millions de foyers.

Le savais-tu?
Environ 5 % de l’électricité mondiale provient de l’énergie éolienne.

Les éoliennes

L’énergie éolienne est habituellement produite à l’aide d’une éolienne. Les éoliennes sont des systèmes mécaniques qui convertissent l’énergie cinétique en énergie électrique. L’énergie cinétique est l’énergie produite par le mouvement. Le vent est le mouvement de l’air. Il y a des éoliennes sur la terre ferme et en mer.

Wind turbine in action
Éolienne en mouvement  (source : GIF de domaine public via Wikimedia Commons).

Les éoliennes modernes sont des machines complexes composées de trois sous-systèmes, soit le rotor et ses pales, la nacelle et la tour (ou mât). 

Les parties d’une éolienne
<p>Les parties d&rsquo;une &eacute;olienne (Parlons sciences en utilisant une image de <a href="https://www.istockphoto.com/portfolio/Ghrzuzudu?mediatype=illustration">zmicierkavabata</a> via <a href="https://www.istockphoto.com/vector/wind-turbines-renewable-energy-icon-gm1264076412-370125050">iStockphoto</a>).</p>

 

Comment fonctionne une éolienne

  1. Lorsque le vent souffle contre les pales de l’hélice, il les fait tourner. 
  2. L’arbre lent est connecté au rotor. Cet arbre (ou axe) tourne quand le rotor tourne. L’arbre lent est muni d’un frein au cas où les pales devraient être immobilisées.
  3. Un gros engrenage est connecté à l’arbre lent. Lorsque l’arbre tourne, cet engrenage tourne également. 
  4. Un plus petit engrenage s’emboîte dans le gros engrenage. Le petit engrenage tourne plus rapidement que le gros engrenage. Cela est dû au rapport de transmission (ou d’engrenage).
  5. Le petit engrenage convertit la rotation lente des pales de l’éolienne en une vitesse d’approximativement 1500 tours par minute (tr/mn)
  6. Le petit engrenage est connecté à un autre arbre. Il s’agit de l’arbre rapide. Cet arbre est connecté au générateur.
  7. Le générateur convertit l’énergie mécanique en énergie électrique.
  8. Une boîte de commandes dans la nacelle reçoit de l’information provenant d’un anémomètre et d’une girouette. Les contrôleurs et contrôleuses au sol utilisent cette information pour pivoter la nacelle ou pour mettre en marche et arrêter l’éolienne.
Intérieur de la nacelle d'une éolienne
<p>&Eacute;olienne o&ugrave; les parties internes de la nacelle sont visibles (&copy; 2020 Parlons science. Image modifi&eacute;e &agrave; partir d&rsquo;une image du domaine public par le US Office of Energy Efficiency and Renewable Energy via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EERE_illust_large_turbine.gif">Wikimedia Commons</a>).</p>

 

Légende de l'image
  1. Direction du vent
  2. Pales de l’hélice
  3. Arbre lent
  4. Frein
  5. Engrenages
  6. Arbre rapide
  7. Générateur
  8. Boîte de commandes
  9. Anémomètre
  10. Girouette
Cette vidéo (1 min. 29 s.) de CNR illustre comment fonctionne une éolienne.

Quelle quantité de courant une éolienne peut-elle produire?

Cela dépend de sa taille. Plus les rotors sont gros, plus l’éolienne peut produire de l’énergie. Il ne faut donc pas se surprendre que les éoliennes deviennent de plus en plus grosses.  

Les plus grosses éoliennes sur terre ferme en Amérique du Nord mesurent environ 111 mètres de haut. Les pales des rotors peuvent atteindre jusqu’à 135 m de diamètre. C’est-à-dire qu’elles sont d’une hauteur supérieure à celle de la Tour de la Paix aux édifices du Parlement. Et les pales du rotor couvrent une étendue plus large qu’un terrain de football. Les éoliennes que l’on retrouve dans les océans sont encore plus grosses.

Tailles d’éoliennes comparativement à des lieux d’intérêt canadiens
<p>Tailles d&rsquo;&eacute;oliennes comparativement &agrave; des lieux d&rsquo;int&eacute;r&ecirc;t canadiens (&copy;2020 Parlons science. <a href="https://emp.lbl.gov/sites/all/files/scaling_turbines.pdf">Source des donn&eacute;es</a>).</p>

 

Le savais-tu?
La plus grosse éolienne en mer au monde est la Haliade-X.  Ses rotors ont un diamètre de 220 m et elle mesure 260 m de haut. 

Qu’est-ce qu’un parc éolien?

Il est possible que tu aies vu de nombreuses éoliennes placées à proximité les unes des autres. Il s’agit d’un parc éolien. Les parcs éoliens peuvent être composés de quelques éoliennes ou de plusieurs centaines. Le Canada compte de nombreux parcs éoliens. Et certains d’entre eux sont très grands!

Les plus gros parcs éoliens au Canada (2019)
<p>En 2019, il y avait 265 parcs éoliens au Canada qui avait une capacité d’au moins 1 mégawatt. Il y a 18 parcs éoliens d’au moins 150 mégawatts. Le plus gros parc éolien est Lac Alfred, avec une capacité de 300 mégawatts.</p><p>(Source&nbsp;: <a href="https://www.rncan.gc.ca/science-donnees/donnees-analyse/donnees-analyse-energetiques/faits-saillants-sur-lenergie/faits-lenergi…">Ressources naturelles Canada</a>).</p>

 

Les avantages de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne est ce qu’on appelle une source d’énergie renouvelable. C’est parce que le vent produira toujours de l’énergie. Les combustibles fossiles, quant à eux, auront un jour été complètement utilisés. L’énergie éolienne est aussi une manière propre de produire de l’électricité. Elle ne produit pas de gaz à effet de serre. Mais des gaz à effet de serre sont produits lors de la fabrication et de l’installation des éoliennes. 

Les désavantages de l’énergie éolienne

Les éoliennes peuvent seulement fonctionner quand le vent souffle. Et elles ne peuvent pas fonctionner lorsque le vent est trop rapide ou trop lent. Afin d’obtenir une énergie fiable répondant à tous les besoins, il est nécessaire d’utiliser d’autres sources d’électricité ou des formes de stockage d’électricité en plus de l’énergie éolienne. 

Certaines personnes craignent que les éoliennes n’affectent la santé humaine. Elles peuvent certainement nuire aux oiseaux et aux chauves-souris, bien que les concepteurs et conceptrices de parcs éoliens étudient les habitats des animaux et les routes migratoires afin qu’ils causent le moins d’impact possible sur la faune.
 

 

En savoir plus

L’impact des éoliennes sur les oiseaux et les chauves-souris? (2019) 
Cet article de Parlons sciences explore les diverses manièr que les éoliennes peuvent influer sur la vie des animaux.

Météorologie: Le vent (2020)
Ce document d’information de Parlons science explique ce qui cause le vent et comment il est mesuré. 

Parlons énergie - Vent

Cet article par Ingenium relate l’histoire de l’énergie éolienne et les défis qu’elle pose ainsi que ses perspectives futures.

L’éolien - une énergie qui n’a plus de secret
Document d’information sur l’énergie éolienne au Canada de l’Association canadienne de l’énergie éolienne (CanWEA)

Références

American Institute of Physics. (2019 August 13). Growth of wind energy points to future challenges, promise. TechXplore.com.

Canadian Renewable Energy Association. Wind. Solar. Storage. 

Energy Education. (n. d.). Wind Turbine.

Natural Resources Canada. (2020 October 6). Renewable energy facts

Wiser, R., Hand, M., Seel, J., and Paulos, B. (2016 November). Reducing Wind Energy Costs through Increased Turbine Size: Is the Sky the Limit? Berkeley Lab Electricity Markets and Policy Group.