L'éolien domestique, le petit éolien

Les coups de fils publicitaires et démarchages aux portes à portes sont de plus en plus fréquents. Parmi les sociétés qui veulent nous vendre par téléphone, on trouve des entreprises d'énergie renouvelable et en particulier d'éolien. Le but de cet article est donc de faire le point sur les différentes technologies actuelles, la rentabilité des systèmes et les pièges à éviter.

Eole! quoi?! fait tourner!

Le vent est une conséquence de l'énergie solaire. Les masses d'air sont plus ou moins chauffées par le soleil, elles ont donc des températures différentes ce qui provoque des mouvements d'air, le vent. Les aérogénérateurs, autre nom des éoliennes, captent l'énergie du vent grâce aux pâles et la transforment en électricité.

Le petit éolien

A l'heure actuelle, les plus grandes éoliennes font plus de 10MW avec des hauteurs de mât atteignant 175m (la moitié de la Tour Eiffel). Le petit éolien est lui limité à 36kW (en Europe) soit une surface de pâles inférieure à 200m². L'éolien domestique est souvent limité à 5kW et les mâts ne dépassent généralement pas les 30m. Au regard de la réglementation, seules les éoliennes de plus de 12m nécessitent un permis de construire. En dessous de cette hauteur, il n'y a pas de formalité administrative, sauf dans le cas des zones protégées où le dépôt d'une déclaration de travaux est obligatoire. A noter que si le mât dépasse 50m, il faut réaliser une étude d'impact (notamment pour la protection des oiseaux).

Du vent? Oui, mais où?

Aucun problème chez moi, le vent souffle toujours!

Attention, même si on a l'impression que sa maison est particulièrement bien exposée au vent, ce ressenti peut être faussé. En effet, il existe principalement 2 structures de vent: une structure laminaire (type "vent de mer") et une structure tourbillonaire quand le vent se heurte à un obstacle comme la colline ci-dessous: structure vent laminaire tourbillonaire eolienne Pour bien fonctionner, l'éolienne a besoin de vent laminaire et non de vent tourbillonaire! Bien souvent, il faut une certaine hauteur de mât pour trouver du vent laminaire (>12m), car les obstacles autour des maisons peuvent être nombreux.

Une étude du vent, pour quoi faire?

Lors d’une étude pour l’installation d’une éolienne, il est primordiale de connaître le gisement de vent disponible pour déterminer le "potentiel d’énergie productible" par l’installation. En effet, le vent n’est pas uniformément réparti (loin de là) et des différences peuvent être importantes, même à quelques centaines de mètres d’éloignement (altitudes, obstacles naturels, etc.). Une étude individuelle doit donc être réalisée pour connaître la vitesse moyenne du vent à un endroit précis. Pour cela, on utilise un anémomètre (la force du vent) et une girouette (direction du vent). Ces 2 critères se mesurent généralement sur une année. Sans ces données, aucune installation sérieuse ne peut être envisagée.

Le mât de mesure

La pose d’un mât de mesure est la solution utilisée pour le grand éolien. Les capteurs installés sur le mât vont relever les vitesses de vent à différentes altitudes, généralement pendant 1 an. Les valeurs obtenues vont ensuite être corrélées (coefficientées) grâce aux données, sur dix ans, des stations météo les plus proches. Cette étude est assez précise (5 à 10% erreur tout de même), mais également coûteuse (installation du mât, exploitation des mesures, etc.).

Le modèle de calcul

Grâce à des modèles (mathématiques) de calculs, il est possible de déterminer mathématiquement la vitesse du vent à un endroit donné. En effet, chaque élément (obstacle naturel, altitude, …) possède un coefficient qui, couplé avec les vitesses de vent relevées par les stations météo, permet au modèle de déterminer le potentiel à un endroit précis, pour une hauteur de mât donnée. Cette étude, moins précise (incertitude pouvant aller jusqu’à 30%), permet d’avoir des résultats rapides et est surtout beaucoup moins coûteuse.

Une méthode à bannir, les cartes de vent

carte des vitesses moyennes de vent en FranceLes cartes de vent donnent certes une idée de la vitesse moyenne du vent, mais cela à l’échelle d’une région (voir d’un département pour les plus précises). Se baser sur ces vitesses pour faire une étude d’implantation d’une éolienne serait tout, sauf une bonne idée. Si un installateur utilise ces cartes comme référence, on ne peut que trop vous conseiller de passer votre chemin et de lui souhaiter "bon vent"...

Verticales ou horizontales?

Pour chercher à avoir de meilleurs rendements, de nombreuses formes d'éoliennes existent. On trouve logiquement deux grands types, les éoliennes verticales ou horizontales.

Les éoliennes horizontales

eolienne à axe horizontalCe sont incontestablement les plus courantes et celles utilisées pour les grandes puissances. Elles ont souvent trois pâles, mais certains petits modèles en ont 4 voire 5. Les éoliennes verticales doivent pouvoir tourner pour capter le vent au maximum, selon d'où il vient. Dans le petit éolien, c'est souvent la "dérive" arrière du système, qui lui permet de tourner avec le vent (à la différence du grand éolien où cela se fait via des régulateurs). Ce système étant le plus ancien et le plus utilisé, il est donc beaucoup plus sûr quant aux performances.





Les éoliennes verticales

eolienne à axe verticalIl existe plusieurs dizaines de configurations différentes pour les éoliennes à axe vertical. Elles sont le plus souvent destinées à des usages urbains, puisqu'elles peuvent capter le vent instantanément, peu importe sa provenance. Elles peuvent donc produire de l'énergie, même avec des courants d'air. Cependant, la très grande variété porte à croire qu'aucune ne se démarquent des autres. Elles sont toutes plus ou moins équivalentes. En regardant de plus près, seules quelques modèles sont effectivement commercialisés à grande échelle, les autres étant encore à l'état d'étude ou avec des performances décevantes.

Les pièges à éviter

Outre les problèmes de construction avec un entrepreneur peu sérieux ou scrupuleux, d'autres pièges sont à éviter.

Le bruit

Les éoliennes sont souvent critiquées pour leur bruit. Les grandes éoliennes font en réalité assez peu de bruit ("wooof" au passage des pâles devant le mât). Je vous conseille d'ailleurs d'aller voir un champ d'éoliennes, vous pourrez ainsi juger par vous-même. De plus, elles sont situées dans des zones très peu peuplées, voire inhabitées. Le bruit est donc une fausse problématique... pour le grand éolien. Pour le petit éolien en revanche, comme il peut être installé partout et donc près des habitations, le bruit peut poser problème. Pour ne pas avoir d'ennuis avec votre voisinage et pour votre confort personnel, il est préférable d'aller visiter une installation déjà existante pour que vous vous rendiez compte par vous-même, du bruit que le modèle fait.

La puissance maximum, la limite de Betz

C'est la partie un peu plus technique de cet article, mais sans aucun doute la plus importante. Je vais donc rester le plus accessible possible. Un fichier excel est disponible ici pour vous permettre de ne pas avoir à faire de calcul. Le but est de déterminer la puissance maximale théorique que peut produire une éolienne en fonction de la vitesse du vent. On va ensuite la comparer à la puissance que nous donne le constructeur. Cela permet d'éliminer d'office les constructeurs qui affichent des valeurs impossibles à atteindre, ou avec des rendements de plus de 90%. Notons au passage qu'il n'existe malheureusement pas de label distinctif pour les installateurs d'éoliennes domestiques contrairement à d'autres secteurs (Ex: Le label Qualibois pour les installateurs de chauffage au bois.)

Un petit mot sur la limite de Betz avant de rentrer dans le vif du sujet. A partir des équations de mécaniques des fluides et notamment de celles de Bernoulli, on peut déterminer la puissance maximale (théorique) qui peut être extraite de vent.

Paré à l'abordage? smiley pirate Alors commençons dès à présent. Voyons d'abord la formule du calcul de la puissance du vent et nous l'expliquerons ensuite.

Pvent = 0,5 x ρ x S x V3 Pvent : Puissance du vent (W)
ρ : Masse volumique du fluide pour les éoliennes, c'est donc l'air. On prend généralement la valeur à 20°C qui est de 1,2kg/m3
S : Surface de rotation des pâles
V : Vitesse du vent (en entrée) en m/s (et non en km/h)

Comme on l'a déjà dit, cette formule provient d'équations de mécaniques des fluides et est donc difficile à démontrer. La seule chose qu'il faut retenir, c'est que la vitesse du vent (et c'est plutôt logique) est le facteur le plus important puisqu'il est "au cube" (puissance 3).

Plim Betz = 16⁄27 x Pvent

Pas grand-chose à dire sur cette formule si ce n'est que 16⁄27 est environ égal à 59%.

Si vous n'avez pas encore jeté un coup d'oeil sur le tableur excel, c'est le moment.

Première étape, récupérer les données

Ce n'est souvent pas la partie la plus facile puisque les constructeurs sont souvent frileux à donner justement les données qui nous intéressent... Ils usent d'unités qui ne sont pas forcément appropriées. Mais comme vous avez pu le voir, la conversion des unités est disponible. Le principal est simplement d'avoir la puissance en kW et la vitesse du vent en m/s.

Respect ou non de la limite

Il suffit simplement de voir si Plim Betz est bien supérieure à Pvent. Si ce n'est pas le cas, ne serait-ce que pour une seule valeur (le plus souvent pour une petite vitesse de vent), pas la peine d'aller plus loin. Les valeurs constructeurs sont complètement fausses et veuillez donc à ne pas vous engager avec ces installateurs.

Vérification du rendement

Même si les puissances constructeurs respectent la limite de Betz, vérifiez également les rendements. Il est clair qu'un constructeur annonçant 90%, voir plus, a gonflé ses chiffres. Dans tous les cas, exigez de votre installateur qu'il pose un compteur de production à la sortie de votre éolienne. En effet, vous verrez alors combien d'énergie votre éolienne a effectivement produit sur une année et vous pourrez calculer votre retour d'investissement de manière précise. De plus, cela vous permettra de détecter des pannes: s'il y a du vent et que votre éolienne ne produit pas d'énergie, c'est qu'il y a un problème. Enfin, cela permet de confronter l'installateur, qui vous a vendu "une promesse", à la réalité des chiffres.

Les ondes

Les tondeuses anciennes par exemple généraient un champ magnétique important, qui brouillaient les ondes, notamment TV. Au même titre que le bruit, pour votre confort et celui de vos voisins, demandez à aller voir 2 ou 3 installations pour savoir si de telles perturbations existent.

La solution à éviter, la pose sur pignon

Il existe deux "modes" de pose principale d'une éolienne domestique, soit sur mât classique, soit sur pignon. Cette dernière option est véritablement à exclure. En effet, elle cumule tous les inconvénients. Ainsi, une éolienne sur pignon à un rendement moins bon, du fait des perturbations du vent dues au toit. Ensuite, des problèmes de vibrations et de bruit sont à craindre, le mât étant relié directement à la structure de la maison. Il existe également un risque pour la maison elle-même puisque l'éolienne fait travailler le pignon en "flexion", alors que le mur n'est pas conçu pour cela. A eviter donc.

L'investissement et la rentabilité

L'investissement

L'investissement est très variable. Il dépend évidemment de la puissance installée, mais aussi des études préliminaires, etc. Il faut compter environ 10.000€ pour une éolienne de 2kW.

Le crédit d'impôt

Le crédit d'impôt sur les éoliennes domestiques est identique à tous les autres à savoir de 30% du montant des travaux (Mesures de Ségolène Royal).

Le tarif de rachat

Le tarif de rachat est de 8,2ct€/kWh (au 01/01/14) pour une durée de 15 ans. Cependant, il est possible de raccordé l'éolienne directement au réseau de sa maison. La production sera donc directement utilisée et évitera d'utiliser de l'électricité qu'ErDF facture 11ct€/kWh en moyenne. Cela pose seulement le problème de l'intermittence. Dans ce dernier cas, il faut en effet, toujours utiliser de l'électricité (ce qui est souvent le cas avec le frigo, le chauffe-eau, etc.) sinon l'électricité produite est perdue.

Le temps de retour sur investissement

Vous pouvez calculer le temps de retour sur investissement grâce à notre feuille de calcul (2ème onglet).

Conclusion

L'absence de tarif de rachat avantageux rend l'installation d'une éolienne domestique (très) peu rentable. De plus, certains constructeurs annoncent des performances qui ne sont pas atteignables, même théoriquement et cela nuit gravement à la crédibilité de ce secteur. Néanmoins, si vous recherchez à produire de l'électricité renouvelable, les panneaux solaires photovoltaïques (bien plus rentables) peuvent être une option intéressante.


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