Avec l'aimable autorisation de l'auteur

Extrait de

La politique de l'Union européenne en matière d'énergie éolienne

par Laurent FRANK


 

Première Partie : L'énergie éolienne

 

Chapitre II. Historique

 

L'histoire de l'énergie éolienne a pour une grande partie été influencée par des facteurs extérieurs, tels l'apparition de la machine à vapeur, la distribution généralisée d'électricité, la crise énergétique de 1973 ou plus récemment les accords de Kyoto.

 

§1. Les débuts des récepteurs éoliens

 

a.  Les premières machines utilisant la force du vent

 “The earliest known wind machines date back to the ancient Persian windmills circa 200 B.C., which were devised for grinding grain.” [1]

Ces machines, très rudimentaires, étaient situées dans les plaines aux frontières des actuels Afghanistan et Iran. Le vent à cet endroit souffle une grande partie de l'année dans la même direction.

Ces constructions de briques de terre étaient munies de deux ouvertures; l'une pour l'entrée du vent, la seconde pour sa sortie.

Ce type de moulins à vent va se répandre progressivement à travers le monde arabe.

 

b.  Les moulins à vent en Europe.

Les premiers moulins à vent apparaissent en Europe dans le courant du 13ème siècle avec le retour des Croisés, qui les ramèneront de leurs voyages en Orient.

Initialement destinés à moudre le grain, ils sont rapidement utilisés aux actuels Pays-Bas pour assécher les terres inondées. Ils se répandent progressivement sur tout le continent européen, mais leur concentration reste particulièrement élevé aux Pays-Bas.

Vers le 16ème siècle, des moulins à vent sont adaptés à de nouvelles fonctions, telle la coupe des troncs d'arbres [2]

Au milieu du 19ème siècle, environ 9000 moulins à vent sont utilisés aux Pays-Bas pour différents types d'usages [3].

L'introduction de machines à vapeur durant la révolution industrielle va provoquer le déclin des moulins à vent. Au début du 20ème siècle il n'en reste plus que 2500.

 

c.  Les éoliennes américaines.

Ce sont les colons espagnols qui introduisent les premiers moulins à vent dans le nouveau monde au 16ème siècle. Durant l'ère coloniale, ils sont utilisés pour moudre le grain.

Vers le milieu du 19ème siècle, un nouveau type de moulin à vent apparaît aux Etats-Unis. Moulins qui servent à pomper l'eau. Ils ne nécessitent pas, contrairement à leurs ancêtres, de lourdes infrastructures.

Beaucoup moins élégants que les moulins de types européens, ils sont cependant considérablement moins chers, plus robustes et beaucoup plus simples à construire.

Cette machine se présente sous la forme d'un pylône surmonté d'une éolienne à axe horizontal doté de très nombreuses pales.

Elle reste, pour de nombreuses personnes, l'image traditionnelle d'une éolienne, diffusée dans le grand public par les westerns.

These machines produced about one billion kWh of energy annually as early as 1860 " [4]

En 1890, les premières éoliennes produisant de l'électricité sont construites au Danemark

La technique sera employée sur une grande échelle par les fermiers américains pour leur approvisionnement en électricité.

Au total, plus de 6 millions d'éoliennes pour le pompage de l'eau et ensuite pour la production d'électricité, ont été utilisées aux Etats-Unis.

Ces machines vont peu à peu disparaître une fois les fermes raccordées au réseau électrique américain lors du “Rural Electrification Act” dans le courant des années trente [5].

 

d.   La première partie du 20ème siècle

C'est durant la première moitié du 20ème siècle qu'apparaissent les premières éoliennes de grande puissance visant à produire de l'électricité.

Ces éoliennes resteront cependant au stade de prototypes car elles ne parviennent pas à concurrencer économiquement les combustibles fossiles tel le charbon ou le pétrole.

        Trois exemples :

 un prototype soviétique construit en 1931, d'une puissance de 100 kW, dont le rotor a un diamètre de 100 pieds et une nacelle située à une altitude de 100 pieds [6]

 l'éolienne de “Smith-Putnam”, du nom d'un ingénieur américain.

Mise au point à la fin des années 30, cette éolienne de grande puissance (1250 kW) est une réussite technique mais un échec commercial [7]

 L'éolienne danoise de Gedser [8], machine construite en 1957 et ayant une puissance de 200 kW, est reliée au réseau électrique danois.

A noter aussi la conception, durant les années 20, du rotor de Darrieus.

Une éolienne à axe vertical qui fera couler beaucoup d'encre, et qui sera à l'origine de grands espoirs et de nombreux prototypes mais dont tous les projets commerciaux sont aujourd'hui abandonnés

 

§2. Depuis la crise énergétique de 1973 jusqu'à la fin de la “wind rush” californienne

 

En octobre 1973 se produit un événement majeur pour l'histoire de l'énergie éolienne, mais aussi pour l'ensemble du secteur des sources d'énergie renouvelables (SER).

En représailles au déclenchement de la guerre du Yom Kippour, les pays arabes exportateurs de pétrole décident de réduire considérablement leurs exportations. Les cours de l'or noir atteignent rapidement des sommets.

Les pays occidentaux souffrent de ce renchérissement, car le pétrole est le moteur de leurs économies.

En Europe occidentale, le pétrole est alors la principale source d'énergie “amounting in 1970 to 56 per cent of total energy consumption.”[9]

Le monde occidental prend donc brutalement conscience des conséquences de sa dépendance en matière d'énergie, et il décide de réagir.

Cette réaction se fait à des rythmes et avec des priorités différents, mais l'objectif en Europe comme aux Etats-Unis est identique : garantir une sécurité d'approvisionnement énergétique.

Certains pays, à l'instar de la France, s'engagent dans des programmes de développement de l'énergie nucléaire à grande échelle.

D'autres vont lancer des recherches dans le domaine des SER et notamment dans celui de l'énergie éolienne.

C'est notamment le cas du Danemark, pays qui n'a pas d'expertise en matière nucléaire, ne dispose que de très peu de ressources hydroélectriques, et de peu de gisement de carburants fossiles.

Le Danemark avait donc un intérêt particulier à se tourner vers l'énergie éolienne pour diminuer sa dépendance énergétique vis à vis des pays étrangers.

Durant dix ans, depuis le milieu des années 70 jusqu'au milieu des années 80 l'énergie éolienne suscite un grand intérêt dans le domaine de la production énergétique.

Un grand nombre d'ouvrages traitant de cette source d'énergie autochtone et verte seront publiés ; essentiellement aux Etats-Unis, mais aussi en Europe.

Comme le constate Edward J. Kealy, “People rediscovered that such power is safe, locally derived, inexhaustible, and non polluting” [10]

Cet engouement va être quelque peu “refroidi” par les résultats de la “wind rush” californienne. (voir infra)

 

a.  Aux Etats-Unis

 Dans le domaine de l'énergie éolienne, tout est à inventer ou à réinventer. Durant la première décennie (de 1975 à 1985), ce sont les Américains qui donnent le ton.

Un programme fédéral dédié à l'énergie éolienne voit le jour aux Etats-Unis en 1973, devançant les programmes européens de quelques années (voir infra).

Il fait partie du “Solar Energy Program[11]

 

En 1974, un plan d'action étalé sur cinq années est décidé dans le cadre du “Solar Energy Plan of the Project Independence Blueprint”. Ce programme et ce plan d'action se focalisent essentiellement sur la recherche et le développement de prototypes de générateurs éoliens de grande puissance.

Des firmes appartenant à la puissante industrie aéronautique américaine (dont Boeing, Lockheed, Grumman...) vont se charger du développement de ces prototypes.

La première réalisation du programme fut le financement et la construction d'une éolienne d'un diamètre de 100 pieds et d'une puissance de 100 kW.

Ce projet plutôt modeste, intitulé Mod-0, sera le premier pas d'un ambitieux programme.

The Mod-0 project was followed by other projects involving utility applications of four 200-kW wind turbines similar to Mod -0 and designated Mod-0A, one 2-MW, 200-ft diameter wind turbine designated Mod-1, and three 2.5-MW, 300-ft diameter wind turbines designated Mod-2.[12]

Mais malgré les sommes importantes investies, le programme est un échec.

Les prototypes développés, souvent très impressionnants, vont rester sans applications industrielles viables.

Finalement, les coûts élevés et les problèmes techniques vont avoir raison du programme et vont inciter les groupes aéronautiques précités à déserter le secteur de l'énergie éolienne.

 

En 1981, à l'échelle régionale cette fois, l'état de Californie décide de soutenir la production d'électricité à partir d'énergie éolienne. Le programme californien est basé sur des exonérations de taxes en échange d'investissements privés dans la mise en place d'éoliennes.

Through the end of 1985, the state's tax credit allowed investors to credit 25 percent of the costs (with no maximum) against their other California income taxes[13]

 Très rapidement apparaît le phénomène qui va être appelé “wind rush

Les chiffres parlent d'eux même, de 144 éoliennes développant une puissance totale de 7MW installées dans l'état de Californie en 1981 on est passé à 4687 machines développant 386 MW installées durant la seule année de 1985.

 L'explication de cette augmentation soudaine et très importante est que des analystes financiers vont découvrir que les allégements fiscaux permettent d'obtenir des rendements très intéressant même dans le cas ou les éoliennes ont un rendement médiocre voire nul.

Des milliers d'éoliennes vont donc pousser comme des champignons, mais avec très peu d'études sérieuses quant au choix des sites où elles sont installées alors que leur production d'électricité dépend avant tous des caractéristiques du vent [14].

Une proportion importante de ces éoliennes produira donc peu voir pas du tout d'électricité.

Suite à ce constat, les autorités californiennes décident en 1986 de diminuer fortement le système d'allégement fiscal. Avec pour conséquence que l'installation de nouvelles éoliennes va brusquement s'arrêter.

 

Avec le recul on peut considérer que l'expérience californienne a eu des aspects positifs et négatifs pour le développement ultérieur de l'énergie éolienne.

D'un coté, le programme californien (tout comme le programme fédéral américain) va constituer un échec retentissant, qui va durablement discréditer l'énergie éolienne aux yeux des responsables politiques américains.

De l'autre, du point de vue de l'industrie éolienne, la “wind rush” californienne représente son premier grand marché

Celui-ci lui a permis de développer des machines plus puissantes, car les exemptions de taxes étaient accordées en fonction de la puissance des éoliennes.

La puissance moyenne des éoliennes installées en Californie, est passée en l'espace de 5ans de 49 kW en 1981 à 78 kW en 1985, soit une augmentation de 60% [15].

Autre statistique très intéressante, le coût de l'électricité par kilowatts produits a quasiment diminué de moitié en l'espace de 4 années. Celui-ci est passé de $3113 en 1981 à $1860 en 1984.

 

b.  En Europe

Durant cette même période, mais à plus petite échelle, apparaissent aussi en Europe des programmes nationaux visant à produire de l'électricité à partir du vent.

 

Durant les années septante, des programmes nationaux voient le jour au Danemark, en RFA, au Royaume-Uni et en Suède.

 Le programme danois, mis sur pied en 1977 a pour premier objectif, l'analyse des données fournies par l'éolienne de Gedser [16].

La seconde partie du programme danois porte sur la construction de deux éoliennes prototypes développant chacune une puissance de 630 kW [17], d'un rotor d'un diamètre de 40 mètres, dont la construction était dérivée des données fournies par l'éolienne de Gedser.

 Le programme allemand vise à mettre en service des aéorogénérateurs de grande puissance, raccordés au réseau électrique national.

C'est dans ce contexte que le programme “Growian” (Grosse Windenergie Anlage) est lancé [18] en 1976. Le Growian I est une éolienne développée par la compagnie MAN-Neue Technologie de Munchen.

L'engin, doté d'une puissance de 3 MW et d'un rotor de 100 mètres de diamètre dispose d'une vitesse de démarrage de 4.5 m/s, d'une vitesse nominale de 11.2 m/s et d'une vitesse d'arrêt de 24 m/s. Mais la machine ne tourna pas plus de plus de trois semaines en raison de graves problèmes techniques.

 Le programme britannique vise à étudier la faisabilité ainsi que le coût d'éoliennes de grande puissance.

Le programme a aussi pour objectif de concevoir une éolienne de grande puissance dont les caractéristiques pourraient lui permettre d'être utilisé sur les nombreux sites potentiels existant au Royaume-Uni.

Le choix se porte sur une éolienne bipale de 60 mètres de diamètre développant une puissance de 3.7 MW[19]. L'éolienne prototype n'a finalement pas été construite, et le projet a été rapidement abandonné.

  Le programme suédois datant de 1975, est un programme orienté vers la recherche et la récolte d'information pour la mise en place d'un vaste programme de production d'électricité à partir de l'énergie éolienne.

Ici encore il était question de développer des prototypes d'éoliennes bipales à axe horizontal de grande puissance (entre 2 et 4 MW). Ce projet est, lui aussi, abandonné avant son aboutissement.

 

Durant les années 80 deux phénomènes vont donc influencer le secteur de l'énergie éolienne en Europe : la “wind rush” californienne, ainsi que l'abandon des programmes nationaux de développement de très gros aérogénérateurs.

Comme de l'autre coté de l'Atlantique, les choses ne vont pas se dérouler comme prévu, les projets des prototypes de grandes éoliennes vont connaître de multiples problèmes, qui vont conduire les grandes firmes impliquées dans le développement de ces programmes (Tels MAN, Messerschmitt, Saab, Scania...) à délaisser le secteur au profit de plus petites entreprises dont le secteur d'activité est exclusivement centré sur l'industrie éolienne. Petites entreprises principalement danoises et précédemment firmes de machines agricoles (tel Vestas Wind systems A/S, Micon A/S...)

 Ces firmes vont concentrer leurs efforts sur la mise au point d'éoliennes de plus petites tailles mais plus fiables et plus rentables que les machines géantes développées dans le cadre des programmes gouvernementaux.

Ces éoliennes de taille plus modeste vont d'ailleurs connaître un grand succès en Californie “Nearly 60 per cent of the wind turbines came from European manufacturers (mainly Denmark)[20]

 La “California rush” est donc un échec aux Etats-Unis, mais c'est en partie grâce à elle que l'industrie éolienne européenne s'est développée et est devenue aujourd'hui leader mondial.

 

Il faut aussi noter que parallèlement au marché américain, un marché danois de taille plus modeste a existé durant la période 1980-1986.

Ce marché a disparu brutalement en 1986, suite à un changement des dispositions réglementaires danoises concernant l'installation d'éoliennes [21]

 

Chapitre III.  La situation actuelle de l'énergie éolienne

 

§1.En Europe

 

Comme on l'a vu dans le paragraphe précédant, le marché californien a véritablement lancé l'industrie éolienne européenne, mais ce marché s'effondre brutalement en 1986.

1986 est aussi l'année durant laquelle le marché danois connaît un fort ralentissement.

La période allant de 1986 à 1990 va donc être une passe difficile pour l'industrie éolienne, privée de ses deux plus importants marchés.

Le développement, au début des années 90, de nouveaux modèles d'éoliennes plus puissantes et plus rentables ajouté à la mise en place de la STREG “Stromeinspeisegerichte” instaurée en Allemagne en 1991 (voir infra), et qui va faire de ce pays en quelques années la première “puissance éolienne” au monde, contribue à relancer un marché qui, depuis lors, a connu un développement spectaculaire et ininterrompu.

 Le rythme de ce développement n'a cessé de s'accélérer, dépassant souvent les prévisions optimistes des spécialistes du secteur.

L'European Wind Energy Association (EWEA), association européenne engagée dans la promotion de l'énergie éolienne avait fixé pour objectif en 1991, l'installation de 4000 MW à l'aube de l'an 2000 [22].

Cette même association écrivait dans un rapport traitant des perspectives de l'industrie éolienne en Europe : “At the end of 1996, there were over 3,400 megawatts of wind energy capacity installed in Europe. EWEA believes that this could increase to 8,000 by the year 2000.” [23]

L'installation totale d'énergie éolienne en Europe à la fin de l'année 1999 est de 8915,62 MW [24]

Ce développement a surtout eu lieu durant ces cinq dernières années, ainsi, l'EWEA prévoyait en 1996 la mise en place de 1190 MW d'énergie éolienne pour l'année 1999 [25].

Le chiffre fourni par cette même association, trois ans plus tard est plus de deux fois plus élevé que les prévisions, il s'établit pour 1999 à 2531,62 MW [26]

 

L'Europe s'est adjugée la plus grande part de ce développement.

Ainsi, les Etats-Unis qui, au début des années 80 disposaient d'une puissance éolienne installée plus importante que l'Europe, atteignent fin 1999 le total de 2492 MW [27] ce qui en fait la deuxième “puissance éolienne” mondiale derrière l'Allemagne.

Ce chiffre de 2492 MW est inférieur à la puissance installé pour la seule année 1999 en Europe [28].

Outre le grand nombre d'éoliennes installées en Europe, l'industrie européenne domine largement le marché mondial.

En 1998, plus de 80% du marché mondial des éoliennes était aux mains des compagnies européennes, dont 55% pour les seules entreprises danoises.

Parmi les 10 premiers fabricants au monde d'éoliennes, 8 étaient européens [29].

 

Parallèlement à l'augmentation constante de la fabrication d'éoliennes, l'emploi dans le secteur de l'énergie éolienne a connu en Europe une croissance importante.

Aujourd'hui, les emplois de l'industrie éolienne européenne se comptent en milliers de personnes.

D'après une étude conduite par BTM Consults [30], l'industrie européenne éolienne employait en 1997, 4047 salariés. Ce qui représente grosso modo 12000 emplois directs et indirects.

Chiffre spectaculaire pour une industrie inexistante avant la fin des années septante.

Selon l'étude de la Commission européenne sur l'énergie éolienne en Europe : “1 MW of wind power installed creates jobs for 15-19 people under present European market conditions." [31]

Une étude de l'EWEA estime qu'à lui seul, le secteur de l'énergie éolienne pourrait créer entre 190.000 et 320.000 emplois d'ici 2010, si la capacité installée en Europe atteint 40GW (40.000 MW) [32].

Ce chiffre de 40 GW est l'objectif que s'est fixée la Commission européenne dans son plan d'action pour les énergies renouvelables (voir seconde partie chapitre III §1 b.1.)

 

Cette croissance de l'énergie éolienne tient en grande partie à deux raisons :

 Le développement technologique rapide dont ont bénéficié les éoliennes ces dernières années, et la mise en place de mesures favorisant l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables.

 Le développement technologique dont a bénéficié les éoliennes a entraîné une baisse de prix du kW/h.

Cette baisse de prix a rendu, dans les régions où les conditions d'exploitation sont les plus favorables, l'énergie éolienne concurrentielle avec les techniques basées sur l'utilisation de combustibles fossiles.

 

On pourrait donc penser que la capacité de production d'électricité varie en fonction du potentiel éolien de chaque pays. La réalité s'avère toute différente.

Selon les chiffres diffusés par l'EWEA à la fin de l'année 1999 : l'Allemagne comptait 4444 MW installés, le Danemark 1700, l'Espagne 1180 et les Pays-Bas 409 [33].

Le Royaume-Uni, disposant du potentiel éolien le plus important d'Europe [34] (capacité estimée en fonction de facteurs tels la vitesse moyenne du vent, les caractéristiques techniques des éoliennes du moment ou certains facteurs environnementaux), comptait seulement 343 MW d'énergie éolienne installée fin 1999.

Quant à la France, disposant du troisième potentiel européen derrière le Royaume-Uni et l'Espagne, elle comptait fin 1999... 19 MW installés.

Ces chiffres s'expliquent : ce qui a le plus contribué au développement de l'énergie éolienne en Europe est la mise en place de différents instruments nationaux visant à favoriser la production d'électricité à partir des sources d'énergies renouvelables [35]

...

 


[1] CHEREMISINOFF N. P Fundamentals of wind Energy, Ann Arbor, Ann Arbor science publishers, 1979, 170 pages, p.15.

[2] Cf. ibid, p.18.

[3] Cf . DE RENZO D.J., Wind power-Recent developments, Park Ridge, Noyes Data Corporation, 1979, 347 pages, p.6.

[4] HUNT V. D., Windpower.A handbook on wind Energy Conversion system, Van Nostrand Reinhold     Company, 1981, 610 pages., p.10.

[5] Cf. loc.cit.

[6] Cf. ibid., pp.12-13.

[7] Cf. KOEPPL G. W., Putnam's Power from the wind. - 2nd ed., New York, Van Nostrand Reinhold, 1982, 470 pages, pp.113-138.

[8] Voir Danish Wind Turbine Manufacturers Association, The Wind Energy Pioneers - The Gedser Wind Turbine, http://www.windpower.dk/pictures/juul.htm

[9] RYBCZYNSKI T. M., The economics of the oil crisis, London, Trade Policy Research Centre, 1976, 202 pages, p.3.

[10] KEALLY E. J., Harvesting the air, Woodbridge, Boydell, 1987, 307 pages, p.9.

[11] Cf. KOEPPL G. W., op.cit., p.347.

[12] Loc.cit.

[13] SAWYER S., Renewable Energy : Progress, prospects, Washington, Association of American geographers, 1986, p.85

[14] Voir chapitre I §1.d.

[15] Cf. SAWYER S., Ibid., p.84

[16] Voir ce même chapitre §1.d.

[17] Cf. KOEPPL G. W., Ibid., p.382.

[18] Cf. JARASS L., Wind energy : an assessment of the technical and economic potential, New York, Springer-Verlag, 1981, 209 pages, p.70.

[19] Cf. KOEPPL G. W., Ibid., p.393.

[20] EUROPEAN COMMISSION, A plan for action in Europe : wind energy : the facts, Luxembourg, office for official publications of the European Communities, 1999, 231 pages., p.101.

[21] Cf. ibid., p.102.

[22] Cf. ibid., p.175

[23] European Wind Energy Association (EWEA), The Wind Energy Industry - Status and Prospects, http://www.ewea.org/industry.htm

[24] Voir annexe 1.

[25] Cf. EUROPEAN COMMISSION, op.cit., p.122.

[26] Voir European Wind Energy Association (EWEA), Installed Wind Energy Capacity in the EU - Figures correct as of 26/01/00, http://www.ewea.org/stats.html (Annexe 1)

[27] Voir site Internet du mensuel Windpower monthly, Wind energy facts and figures from Windpower Monthly, http://www.wpm.co.nz/windicat.htm

[28] Voir Annexe 1

[29] Cf. EUROPEAN COMMISSION, op.cit., p.174.

Voir chiffres tirés de Observ'ER, Le baromètre de l'éolien, in Systèmes Solaires, N° 135, Fevrier 2000, p.30.

[30] Cf. EUROPEAN COMMISSION, op.cit, p.117.

[31] Ibid., p.118.

[32] Cf. COMMISSION EUROPEENNE, Energie pour l'avenir : Les sources d'énergie renouvelables-Livre blanc établissant une stratégie et un plan d'action communautaires, Document COM(97) 599 final du 26.11.1997, http://www.europa.eu.int/en/comm/dg17/legislat.htm#com, 64 pages, p.15.

[33] Voir annexe 1 pour tous ces chiffres

[34] Cf. EUROPEAN COMMISSION, A plan for action in Europe : wind energy : the facts, Luxembourg, Office for official publications of the European Communities, 1999, 231 pages, p.7.

[35] Il est question ici de lois, de règlements ou de mesures qui s'appliquent à toutes les sources d'énergies renouvelable et pas uniquement à l'énergie éolienne.

 


Extrait de " La politique de l'Union Européenne en matière d'énergie éolienne " (118 pages)
Mémoire de licence en Sciences Politiques
par Laurent FRANK, ULB, 1999-2000

 

 

autres articles