Partie 1 • Le mix énergétique en France

▶ 1. a) La centrale nucléaire de Gravelines est constituée de 6 réacteurs de 900 MW chacun, donc : P_N = 6 × 900 = 5 400 MW

Pour les parcs éoliens de Fruges qui possèdent 70 éoliennes de 2,0 MW chacune, on a : P_e = 70 × 2,0 = 140 MW

b) Chaque éolienne fournissant une puissance de 2,0 MW, on obtient le nombre N d'éoliennes : $N=\frac{\text{5 400}}{\mathrm{2,0}}$ = 2 700

Il faudrait 2 700 éoliennes pour fournir la puissance équivalente à celle de la centrale nucléaire de la région.

▶ 2. a) La puissance produite par une éolienne est donnée par :

$P=C_{\text{p}}\times P_{\text{V}}=C_{\text{p}}\times \frac{1}{2}\times {\text{ρ}}_{\text{air}}\times S\times v^3$

À 20 °C et pour une éolienne tri-pales, ρ_air et C_p sont donnés. P ne dépend donc que de la vitesse v du vent et de l'aire S balayée par les pales. Si v est constante, on peut dire que P est proportionnelle à S.

Or S = πR² où R est le rayon de l'aire balayée par les pales, c'est-à-dire la longueur des pales.

La puissance P = cste × R² d'une éolienne est donc proportionnelle au carré de la longueur des pales. Plus les pales d'une éolienne sont grandes, plus la puissance qu'elle produit sera grande, comme le montre l'exemple de l'éolienne géante de 125 m de diamètre qui produit 5 MW.

b)

Calcul de la puissance du vent d'après la formule :

$P_{\text{V}}=\frac{1}{2}\times {\text{ρ}}_{\text{air}}\times S\times v^3$

Avec $S=\text{π}{R}^2=\text{π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2=\text{π}{\left(\frac{71}{2}\right)}^2=3{\text{ 959 m}}^2$

$v=\text{40 km}\cdot {\text{h}}^{-1}=\frac{45}{\mathrm{3,6}}=\text{12,5 m}\cdot {\text{s}}^{-1}$

D'où : $P_{\text{V}}=\frac{1}{2}\times \mathrm{1,2}\times \text{3 959}\times {\mathrm{12,5}}^3=\mathrm{4,6}\times {10}^6\text{ W}$ = 4,6 MW

La puissance P de l'éolienne est donc : P = C_p × P_v = 0,49 × 4,6 = 2,3 MW

On trouve en effet une valeur proche de celle donnée dans le document 1, qui est celle de la puissance nominale de l'éolienne.

▶ 3. Les éoliennes offshores peuvent avoir des pales bien plus grandes que les éoliennes terrestres et produire plus d'énergie car celle-ci augmente avec la taille des pales. Ceci est possible sur mer car la force du vent est presque identique en surface et en hauteur, et plus stable en s'éloignant des côtes. Il n'est donc plus nécessaire d'utiliser des mâts très haut qui rendraient ces éoliennes plus vulnérables.

De plus, on constate d'après la réponse à la question 1. b que pour développer une puissance plus élevée, il faut augmenter le nombre des éoliennes, ce qui n'est pas gênant loin des côtes car le bruit engendré par ces structures et la pollution visuelle ne sont plus perceptibles.

Ainsi, en augmentant la taille des pales, on diminue leur nombre et l'espace occupé, sans diminuer leur production d'énergie mais en diminuant les nuisances sonores et visuelles.

Partie 2 • L'éolien, une énergie vertueuse ?

▶ 4. a) Le CO₂ est un gaz à effet de serre (GES). Sa présence dans l'atmo­sphère piège le rayonnement infrarouge et élève la température terrestre. L'acti­vité humaine, en particulier certains modes de production d'électricité, émet de grandes quantités de CO₂ dans l'atmosphère et amplifie l'effet de serre entraînant le réchauffement climatique.

b) D'après le document 3, la production d'électricité par les éoliennes n'émet pas de CO₂ car elle ne s'accom­pa­gne pas de combustion. Cependant, on note qu'en prenant en compte tout leur cycle de vie, elles émettent 14,1 g CO₂ eq/kWh pour l'éolien terrestre et 15,6 g CO₂ eq/kWh pour l'éolien offshore. C'est plus que le photovoltaïque ou le nucléaire mais bien moins que la combustion du charbon. L'énergie éolienne produit donc peu de CO₂ et participe peu au réchauffement climatique.

▶ 5. a) La construction d'une éolienne nécessite de nombreuses matières premières puisées dans les ressources naturelles, dont certaines sont limitées. C'est surtout le cas pour le cuivre utilisé dans les bobines des alternateurs de tout le secteur énergétique et qui pourrait s'épuiser à moyen terme. Même si leur nom prête à confusion, les ressources en « terres rares », dont l'extraction est difficile et coûteuse, ne sont pas menacées d'épuisement.

Le développement du recyclage de toutes les matières premières rares ou non permettra de limiter l'épuisement des ressources naturelles.

b) Le fonctionnement des éoliennes a un impact négatif sur les oiseaux et les chauves-souris qui peuvent entrer en collision avec les mâts et les pales en mouvement. De plus, les chauves-souris sont perturbées par les changements de pression à proximité des pales. Il y a augmentation de la mortalité des oiseaux et des chauves-souris aux abords des champs d'éoliennes.

Pour les oiseaux, cette mortalité est limitée par rapport à celle entraînée par des collisions avec des vitres de bâtiments ou de voitures, par exemple.

Avant d'implanter de nouvelles éoliennes, une étude écologique est effectuée, afin de choisir les zones où l'impact sur la faune est le plus faible et pour limiter au maximum cet éventuel impact.

Par exemple, l'étude des chauves-souris a permis de connaître leurs périodes de vol au cours d'une journée mais aussi au cours d'une année. Pour éviter la plupart des collisions (baisse de 50 à 70 % de la mortalité), il suffit alors de programmer l'arrêt automatique des pales pendant ces périodes d'activité intense, ce qui ne représente finalement que 0,5 % du temps de fonctionnement de l'éolienne.

▶ 6.

L'éolien en produisant très peu de CO₂ est une alternative très intéressante aux énergies tirées des combustibles fossiles. Bien qu'il utilise certaines ressources en quantité limitée, le développement de la filière de recyclage permettra de ne pas épuiser leurs stocks. L'impact sur la faune est faible et surtout réductible avec des études écologiques et les nouvelles technologies.

On peut donc considérer l'éolien comme une énergie vertueuse car elle participe peu au réchauffement climatique, perturbe peu l'environnement et la biosphère.