Moulin à vent ou turbine éolienne : Quelle est la différence ?

Un moulin à vent et une éolienne sont différents en termes de structure et d’objectif, même si de nombreuses personnes utilisent ces termes de manière interchangeable. Un moulin à vent est une technologie très ancienne qui utilise le vent pour moudre les grains en farine, entraîner des machines ou déplacer de l’eau. Une éolienne convertit l’énergie du vent en électricité en faisant tourner une turbine.

Comment fonctionnent les éoliennes ?

Les moulins à vent ne produisent pas d’énergie électrique mais utilisent l’énergie mécanique, à l’origine pour moudre le grain dans les moulins à grains. Les moulins à vent verticaux, ceux que l’on connaît dans les campagnes américaines ou hollandaises, utilisent des voiles en toile à voile ou en bois qui tournent le long d’un axe horizontal.

À partir de là, la force de rotation (couple) passe par des engrenages pour faire tourner une meule. Cela permet de nombreuses utilisations, comme le broyage du grain, l’entraînement d’un arbre pour pomper l’eau, le fonctionnement d’une scie alternative et la production de pâte à papier.

Histoire du moulin à vent

Les moulins à vent remontent peut-être à l’Antiquité, mais leur première apparition avérée remonte au IXe siècle en Perse, l’actuel Iran. Les moulins à vent ont traversé l’Eurasie avec la propagation de l’Islam au cours des siècles suivants.

Au début du XVIIe siècle, on trouvait des moulins à vent pour pomper l’eau et moudre le grain aux Pays-Bas, au Royaume-Uni et dans une grande partie de l’Europe du Nord où, contrairement aux rivières qui actionnent les roues hydrauliques, le vent ne gèle pas. De là, les moulins à vent ont fait leur chemin vers l’Amérique du Nord. Dès 1662, un moulin à vent moulait du grain au pied de Manhattan.

Dès le XIXe siècle, les moulins à vent ont rendu possible l’agriculture dans les grandes plaines américaines et dans l’Outback australien. Ils ont été un pilier de l’Amérique rurale jusqu’à leur apogée dans les années 1930, lorsque l’électrification rurale du New Deal les a remplacés. Même les moulins à vent historiques de Hollande sont à l’abandon, préservés principalement à des fins touristiques.

Comment fonctionnent les éoliennes ?

Une turbine est une machine qui produit de l’électricité grâce à un arbre à cames en rotation. L’arbre à cames fait passer un fil d’avant en arrière dans un champ magnétique, générant ainsi un courant électrique.

Les turbines ne sont pas spécifiques à l’énergie éolienne : elles sont utilisées pour produire de l’électricité dans les centrales thermoélectriques (nucléaire, charbon et gaz naturel, par exemple), qui font bouillir de l’eau, laquelle fait tourner une turbine en se transformant en vapeur. Les barrages hydroélectriques utilisent la force de gravité (chute d’eau) pour faire tourner des turbines et produire de l’électricité.

De même, les éoliennes utilisent la force de rotation de pales (parfois appelées voiles ou vannes) fixées à un arbre à cames, qui fait tourner la turbine.

Histoire des éoliennes

La première éolienne utilisée pour produire de l’électricité date de 1887, cinq ans à peine après que Thomas Edison ait mis au point la première centrale électrique fonctionnant au charbon. Le professeur écossais James Blyth a construit une éolienne pour stocker l’électricité dans une batterie qui éclairait sa maison. En 1895, le Danois Poul la Cour a créé la première centrale électrique alimentée par une éolienne, fournissant de l’électricité à un village local. En 1900, le Danemark comptait 2 500 éoliennes. Aujourd’hui, le Danemark est à nouveau une puissance en matière de technologie éolienne.

Pionnier méconnu de l’énergie éolienne renouvelable, James Blyth a passé la décennie suivante à promouvoir l’énergie éolienne, à dénoncer l’inefficacité de l’utilisation du gaz pour l’éclairage des maisons et à qualifier les moteurs à vapeur alimentés au charbon de « gaspillage d’intermédiaires ». En Grande-Bretagne, où le charbon est bon marché mais coûteux en vies humaines, les intermédiaires l’emportent. L’histoire se répétera lorsque l’énergie éolienne fera son entrée en Amérique du Nord l’année suivante, sans réussir à concurrencer le charbon et le pétrole bon marché.

Longueur

Depuis 2000, la longueur des pales des éoliennes augmente d’année en année. Des pales plus longues génèrent plus d’électricité, tout comme un plateau avant plus grand sur un vélo à 10 vitesses génère plus de puissance. Trois tours d’une pale de plus de 100 mètres peuvent recharger complètement une Tesla Model 3.

Les pales plus longues captent également le vent sur une plus grande surface : en doublant la longueur de la pale, on quadruple la surface qu’elle couvre en tournant. Cela signifie qu’une plus grande quantité d’énergie éolienne est captée à chaque tour de pale – un facteur important compte tenu de l’intermittence du vent et des modifications des régimes de vent induites par le changement climatique. Des pales plus longues réduisent également le nombre de pales nécessaires par parc éolien, ce qui diminue les coûts.

En juin 2022, Siemens Gamesa a passé un contrat avec un parc éolien offshore écossais pour produire les plus longues pales à ce jour : 60 éoliennes avec des pales de 108 mètres de long, soit deux mètres de moins que la longueur d’un terrain de football américain. Chaque pale de l’éolienne à trois pales est capable de produire suffisamment d’électricité pour alimenter, en moyenne, 800 foyers américains. Ce record mondial ne durera cependant pas longtemps.

Hauteur

Afin de pouvoir accueillir des pales plus longues, la hauteur des tours d’éoliennes a augmenté. Cela a également augmenté leur efficacité, puisque, en général, plus la tour est haute, plus l’énergie éolienne disponible pour être capturée est importante. Les vents sont plus forts à haute altitude, en raison d’une moindre friction au sol et d’une densité de l’air plus faible.

À la mi-2022, les éoliennes les plus hautes atteignent 280 mètres (918,6 pieds). (À titre de comparaison, l’Empire State Building de New York s’élève à 443,2 mètres (1 454 pieds), y compris son antenne). Dans le monde entier, les tours les plus hautes sont souvent placées à des kilomètres des côtes, hors de vue de la terre, là où les vents ont tendance à être plus forts.

Les éoliennes et la faune sauvage

Les amis des animaux se demandent peut-être quelle est la place des oiseaux migrateurs et des chauves-souris dans le débat sur les moulins à vent et les éoliennes. Les moulins à vent traditionnels sont beaucoup moins préoccupants aujourd’hui que les éoliennes modernes à grande vitesse.

Est-ce qu’une plus grande surface balayée par des pales de turbine plus longues augmente les risques de collisions entre oiseaux et chauves-souris ? Ou bien les pales qui tournent plus lentement diminuent-elles les collisions ?

Afin de mesurer l’impact sur la faune migratrice, il faut prendre en compte le taux de mortalité, l’emplacement du parc éolien et les schémas de migration. Selon une étude californienne, les grandes pales n’ont pas d’impact sur la mortalité des chauves-souris et des oiseaux : la plus grande énergie produite sur une plus petite surface au sol compense le taux de mortalité plus élevé par turbine.

Une étude japonaise récente a toutefois révélé que des pales de turbine plus longues réduisaient le nombre de collisions d’oiseaux par mégawatt d’énergie produite.

Des études comparatives plus larges des parcs éoliens dans différents endroits (à l’intérieur et à l’extérieur des voies de migration des oiseaux) pourraient fournir des réponses plus définitives. Mais il est bon de garder à l’esprit que la principale menace pour les oiseaux aujourd’hui est le changement climatique, et que le choix d’un emplacement approprié pour les parcs éoliens est plus important que la taille des turbines pour protéger la faune.

Principales différences

Les moulins à vent ont historiquement été utilisés dans des opérations à petite échelle, de faible technicité, sur un seul site, destinées à broyer le moulin, actionner des scies, pulper le bois pour le papier, et d’autres fonctions qui nécessitent de l’énergie mécanique mais pas nécessairement de l’électricité.

En comparaison, les éoliennes ont tendance à être des fournisseurs d’électricité à grande échelle du réseau pour une utilisation hors site. Comme la plupart des centrales électriques, elles sont situées dans des endroits éloignés, que ce soit sur terre ou en mer, et fournissent de l’électricité à des clients majoritairement urbains situés à plusieurs kilomètres.

Mais tout comme l’énergie solaire peut être mise à l’échelle pour répondre aux besoins des propriétaires individuels et des centrales électriques, l’énergie éolienne peut l’être aussi. Les « ressources éoliennes distribuées » sont des éoliennes de petite taille qui conviennent à des consommateurs d’électricité individuels, comme une ferme laitière qui cherche à compenser sa propre consommation d’électricité ou un propriétaire qui cherche à utiliser de l’énergie propre pour vivre hors réseau. Il existe, en effet, de nombreuses façons de récolter la puissance du vent.