Le mythe des énergies vertes...

 LE NOUVELLISTE  -  Trois-Rivières, Québec

Opinions   -   Parole aux lecteurs

Le mythe des énergies vertes ou tout faire pour ne pas agir

Par Jean-Luc Dion  -  Carrefour des lecteurs

11 octobre 2024

L'énergie éolienne, vraiment efficace? (Archives La Presse)

LA PAROLE AUX LECTEURS / Situation problématique: les génératrices ou turbines éoliennes se multiplient au Québec et ailleurs depuis près de 30 ans, grâce à de généreux contrats à diverses entreprises telles que Boralex, Innergex, Ganex, etc., en marge des responsabilités d’Hydro-Québec, notre société nationale qui doit fournir efficacement l’énergie électrique à tout le Québec, pour tous les usages. Pendant de nombreuses années, ces machines qui ont coûté des milliards de dollars étaient largement inutiles, vu que les surplus d’énergie étaient considérables (1).

Mais depuis tout récemment, la demande de puissance et de quantité d’énergie électrique s’est envolée, particulièrement à cause de contrats de fourniture à des entreprises étrangères qui s’installent ici, à des contrats de vente aux États-Unis et à l’installation de quelque 50 centres de données informatiques TRÈS énergivores, dont plus de 80 % appartenant à des entreprises d’ailleurs (les GAFAM…) qui viennent bénéficier de tarifs très avantageux à nos dépens (2).

C’est ainsi que le Projet éolien Arthabaska au Centre-du-Québec, TES Canada en Mauricie, et d’autres multiplient les démarches de toutes sortes afin de réussir à implanter des centaines d’éoliennes par de profitables contrats de fourniture avec Hydro-Québec. Dans le cas de TES Canada, il s’agirait principalement d’utiliser cette énergie électrique pour produire de l’hydrogène comme combustible pour les transports, ce qui est extrêmement inefficace d’après la plupart des spécialistes: en bout de ligne, moins de 5 % de l’énergie initiale du vent serait utilisée ! Après avoir investi près de 100 millions d’euros, « La société d’État allemande qui avait lancé en 2022 la première ligne ferroviaire fonctionnant entièrement à l’hydrogène dans le monde ne croit plus en cette technologie » (3). Comment peut-on s’en faire les promoteurs?

En avril 2018, on apprenait que « Les quatre millions de clients d’Hydro-Québec devront absorber une facture de 23 milliards $ d’ici 2042 pour les parcs éoliens qui existent déjà…».

Ces chiffres ont été révélés pour la première fois par Hydro-Québec, au lendemain de l’annonce de la nouvelle politique énergétique du gouvernement (4).

De sérieuses questions d’efficacité

Quand on regarde l’évolution des turbines éoliennes au cours des 30 dernières années, un scientifique peut certainement s’interroger sur la fonctionnalité et le rendement de ces appareils gigantesques qui ont parfois des rotors ou hélices ayant plus de 150 mètres de diamètre qui tournent lentement, et dont les trois pales sont d’une finesse remarquable. On constate facilement que la plus grande partie de l’air qui traverse l’hélice n’agit pas sur les pales : facilement plus de 90 %. On peut ainsi se poser la question suivante : quelle peut être l’efficacité de ces machines ou quelle fraction de la puissance du vent qui traverse l’hélice est effectivement convertie en énergie mécanique, puis électrique ? Or, on sait que la puissance ou énergie cinétique P du vent à la vitesse v qui traverse une surface S est donnée par la simple formule suivante où r est la masse volumique de l’air (5): P = ½ r S v3. Selon la mécanique des fluides, on sait de plus que, au maximum, seulement la fraction 16/27 de cette puissance peut être produite par la turbine si le nombre de pales est très élevé. Cette puissance idéale pour une turbine de surface S dans des conditions moyenne est donnée par 0,355 S v3.

C’est ainsi que selon de nombreuses publications, une éolienne idéale, qui aurait plusieurs pales (une impossibilité) de 100 m de longueur, une surface de rotor S de 31 400 m², avec un vent de 40 km/h (11,11 m/s) devrait fournir une puissance mécanique maximale de 15,3 MW (mégawatts) selon cette dernière expression. La question qui se pose : qu’en est-il en réalité avec ces éoliennes gigantesques à trois pales seulement ? D’après le raisonnement précédent, elle devrait être plutôt de l’ordre de 1,5 MW et moins (10 %, et moins).

Or, dans les innombrables publications faisant la promotion ou la compilation des éoliennes, ces conditions essentielles sont très rarement mentionnées. On se contente généralement de donner une puissance en mégawatts (MW), souvent sans préciser la vitesse du vent, sans plus… Le coût de fabrication de ces machines inefficaces est énorme, avec une durée de vie d’une vingtaine d’années, à condition d’un entretien régulier coûteux. De plus, elles sont assez bruyantes, dégradent le paysage et leur installation fait disparaitre de précieuses terres agricoles.

Finalement, seuls de rigoureux programmes d’économie d’énergie peuvent éviter une catastrophe écologique et économique. Évidemment, cela passe en priorité par une importante réduction du nombre de véhicules individuels, qu’ils soient au pétrole ou électriques, les deux types consommant autant d’énergie, à condition de développer des transports en commun, urbains et interurbains, modernes et efficaces, qui font scandaleusement défaut dans le moment… (6)

En se souvenant que l’énergie la plus écologique et la moins chère est celle qu’on ne consomme pas !

Jean-Luc Dion

Ingénieur physicien et professeur retraité
Université du Québec à Trois-Rivières

1- https://energie.hec.ca/wp-content/uploads/2020/10/RAPPORT_SurplusElectQc.pdf

2- «Plus de 80% des centres de sonnées d’ici ne sont pas propriété d’intérêts québécois», Le Journal de Montréal, 20 juin 2024. https://www.journaldemontreal.com/2024/06/20/plus-de-80-des-centres-de-donnees-ici-appartiennent-a-des-interets-hors-quebec

3- «L’Allemagne lance les premiers trains à hydrogène au monde», Le Devoir, 24 août 2022.

4 https://www.journaldemontreal.com/2016/04/09/23-milliards--sur-25-ans-pour-leolien-deja-en-place (Bureau d’enquête) https://www.ledevoir.com/environnement/795918/energie-les-allemands-perdent-leurs-illusions-sur-le-train-a-hydrogene?

5- https://energieplus-lesite.be/ https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-fonctionnement-d-une-eolienne

6- https://grandslabours.blogspot.com/2018/08/service-de-transport-electrique.html

https://www.youtube.com/watch?v=8AvQGJExago

-o-o-o-o-o-o- 

 

POURQUOI DES ÉOLIENNES GIGANTESQUES ?

 POURQUOI DES ÉOLIENNES
GIGANTESQUES À TROIS PALES ?

Pr Jean-Luc Dion, ing. (retraité)
27 novembre 2024 – 3 janvier 2025

    Comme on peut le voir dans la figure 1, les turbines éoliennes installées ont des dimensions surprenantes qu’on ne cesse de vouloir augmenter. Bien sûr, c’est pour produire plus de puissance. Mais, pourquoi encore, considérant leur grande inefficacité apparente, vu que la plus grande partie du vent traverse le rotor sans agir sur les pales ? C’est ce qui est discuté ici.

Figure 1 – Les dimensions de turbines éoliennes en fonction.

    La réponse est finalement relativement simple. Considérons la turbine de rayon R de la figure 2 qui balaie la surface S à travers laquelle souffle un vent uniforme de vitesse v. On sait que la puissance du vent incident sur la turbine est donnée par cette simple expression où d est la densité de l’air, 1,2 kg/m³ [[1]] :

                            P_v  =  (1/2)d S v³       (watts, W)                                                                                (1)

    On sait que la puissance mécanique que peut donner la turbine est une fraction G de la puissance maximale théorique déterminée par le nombre de pales et la limite de Betz, 16/27, imposée par la mécanique des fluides :

                            P_m = (16/27) (1/2)d S v³ = 0,296 d S v³ = 0,355 S v³      (W)                                   (2)

    D’après la théorie, cette puissance ne peut être approchée que si le nombre de pales est très grand, ce qui est mécaniquement impossible avec cette technique de montage, vu le poids énorme des pales. Le secteur en vert de 12^o dans la figure 2 représente pour les trois pales 10% de la surface du rotor et s’apparente à la surface d’action du vent sur les pales qui est apparemment encore inférieure : une hypothèse raisonnable.

Ainsi, la puissance effective produite par la turbine est :

                                                    P_e  =  0,355 G S v³        (W)                                                             (3)

où la valeur de la fraction G doit nécessairement se rapprocher du rapport de la surface totale des pales S_p3, une surface « d’action », à la surface S = S₃ dans le cas présent :  

G₃  ~ S_p3/S₃  ~  0,1                                                                   (4)

P_e3  =  0,355 G₃ S₃ v³        (W)                                                (5)

           

Figure 2                                                                                    Figure 3

    Or, si on veut doubler le nombre de pales à 6, il faut nécessairement qu’elles soient plus étroites et plus courtes du point de vue de la résistance mécanique. En supposant une longueur de pale R/2, la surface du rotor est alors S₆ = S₃/4. En conservant les proportions, la surface totale S_p6 des six pales sera donc la moitié de celle des trois pales de la figure 2 : S_p6 = S_p3/2. Comme il y a deux fois plus de pales : G₆ = 2 G_p3 ~ 0,2. La surface du rotor est S₃/4. La puissance produite est donc : 

                                            P_e6  =  0,355 G₆ S₆ v³        (W)                                                          (6)

    Appliquons le même raisonnement au cas d’une turbine à 9 pales de rayon R/3 (figure 4). La surface du rotor est alors S₃/9. S’il n’y avait que trois pales, leur surface S_p9 serait la fraction 1/9 de celles de la figure 2. Comme il y en a trois fois plus, S_p6 = S_p3/3. Comme il y a trois fois plus de pales : G₉ = 3 G_p3 = 0,3 La surface balayée étant le neuvième de S, la puissance produite par l’éolienne à six pales sera donc la fraction 1/3 de celle à trois pales pour la même vitesse de vent. 

                                            P_e9  =  0,355 G₉ S₉ v³        (W)                                                         (7)

 

Exemples numériques Supposons une vitesse de vent de référence de 40 km/h = 11,11 m/s, avec G3 = 0,1, G6 = 0,2, G9 = 0,3 1.     Turbine à trois pales avec R = 90 m,  S3 = 25 450 m2 La puissance du vent d'après (1) :       Pv = Pm = (1/2)d S v3 = 20,95 MW      La puissance idéale d'après (2) :          Pm3 = 0,355 x 25 450 x 1372  =  12,40 MW La puissance effective probable d'après (5) est donc :          Pe3 =  G3 x Pm3  =  1,240 MW    ( ~  5,9% Pv3 ) 2.     Turbine à 6 pales avec     R = 45 m       S6 = 6362 m2     La puissance idéale d'après (2) :           Pm6 = 0,355 x 6362 x 1372  =  3,099 MW          Pe6 =  G6 x Pm6  =  0,6197 MW

Figure 4

3.     Turbine à 9 pales avec
    R = 30 m       S₉ = 2827 m²

Puissance du vent :  P_v9  =  P_v3/9  =  2,328 MW

       La puissance idéale : 

                P_m9 = 0,355 x 2827 x 1372  =  1,377 MW

                P_e9 =  G₉ x P_m9  =  0,4131 MW

       Comme  P_e3 / P_e9  =  3, il faudrait donc 3 petites génératrices à 9 pales pour remplacer une à 3 pales.

CONCLUSION

    En comparant les puissances produites par des turbines éoliennes de divers diamètres, il est possible de conclure qu’on les fait de plus en plus grandes afin d’en tirer une puissance significative car la plus grande partie du vent traverse les rotors sans agir sur les pales. 

    Considérant la *limite de Betz* qui impose un maximum théorique de 59% à la conversion de la puissance du vent en puissance mécanique par une turbine éolienne, et le coefficient G relativement élevé de 10% défini dans cette étude, le rendement effectif d’une éolienne courante devrait être en réalité moins de 6% de la puissance du vent traversant le rotor. Ainsi, dans l’exemple numérique 1, une éolienne de 90 m de rayon, avec un vent de 40 km/h d’une puissance de 21,0 MW (12,4/0,59), la puissance électrique obtenue de la turbine ne pourrait dépasser 1,24 MW, vu que le rendement des génératrices électriques est près de 95%. C’est donc la raison de leur gigantisme.

    Et, dans tous les cas, il faut considérer les coûts de fabrication de tout le matériel requis, la perte de territoire, le plus souvent agricole, les coûts d’aménagement de celui-ci, le raccordement au réseau électrique, et ceux de transport, les frais d’entretien et ceux de remplacement de l’équipement, la pollution considérable produite par l'enfouissement des pales défectueuses fabriquées avec un « polluent éternel » (polymères polyfluoroalkylés), etc. En bout de ligne, l’énergie électrique produite est de l’ordre 1,2 MW, soit 5,7% de l’énergie initiale du vent, et probablement moins…

    Maintenant, si on se sert de l’énergie électrique produite par cette dernière éolienne à trois pales pour produire de l’hydrogène par électrolyse, on estime le rendement de la chaine *source électrique – hydrogène – charge électrique* à environ 25%. Dans ce dernier cas, 1,4% de la puissance du vent donne une énergie électrique utile [[2]].

Voir :  https://grandslabours.blogspot.com/2024/03/un-nouveau-type-deolienne.html

-o-o-o-o-o-o-

---

[1]  https://energieplus-lesite.be/theories/eolien8/rendement-des-eoliennes/

[2]  https://www.connaissancedesenergies.org/sites/connaissancedesenergies.org/files/pdf-pt-vue/rendement-chaine-h2_fiche-technique-02-2020.pdf