Beaucoup des éoliennes domestiques que l’on peut trouver dans le commerce, équipées de pales en plastiques et de mâts en acier, sont connues pour leur manque de fiabilité, leur énergie grise (ou intrinsèque) élevée et leur puissance médiocre. On peut corriger certains de ces défauts en construisant certaines pièces en bois.

L’utilisation du bois pour construire des éoliennes peut aussi améliorer la perception de l’éolien par le public de manière plus large, grâce aux qualités esthétiques du bois et à la possibilité de sourcer ces matériaux localement. De plus, des innovations en matière de mâts d’éolienne rendent la construction de petites éoliennes plus aisée : il n’est plus nécessaire de recourir systématiquement à des engins de chantier et des fondations en béton.

Faibles performances

Différents tests ont démontré que les éoliennes domestiques que l’on peut trouver dans le commerce ne sont pas toujours capables de générer assez d’électricité au cours de leur vie pour compenser l’énergie utilisée pour les produire.

Trois facteurs expliquent cela : en première ligne, les lois de la physique. Le rendement énergétique d’une éolienne augmente plus vite que son poids et la taille de son hélice, ce qui veut dire que plus une éolienne est petite, moins elle fournira de puissance en proportion avec sa taille.

Deuxièmement, les pales d’éoliennes sont généralement faites de plastique composite renforcé de fibre de verre, des matériaux dont la fabrication est très coûteuse en énergie (et qui sont impossibles à recycler). Cette énergie (grise) doit donc être « remboursée » sur la durée de vie des machines ce qui peut s’avérer difficile à réaliser quand elles ont une hélice de diamètre modeste.

Enfin troisièmement, les possibilités de maintenance de ces petites éoliennes dépendent des fabricants et de leur capacité à ne pas faire faillite pour pouvoir proposer des pièces détachées à leur clients tout au long de la vie des éoliennes. Contrairement aux panneaux solaires, les éoliennes comportent beaucoup de composants mobiles, ce qui augmente la probabilité de nécessiter des réparations. Malheureusement, les entreprises fabricant des éoliennes domestiques tendent à avoir une durée de vie encore plus courte que celle de leurs produits. ¹

Des pales de Bois sculptées à la main

Si les lois de la physique sont immuables, ce ne sont pas seulement elles qui rendent les éoliennes domestiques aberrantes économiquement et en termes d’impact environnemental. Les deux autres facteurs sont également déterminants, et ce sont des problèmes auxquels il est possible de remédier. D’ailleurs, cela fait plus de deux décennies que des solutions ont été explorées, notamment grâce au travail de l’ingénieur écossais Hugh Piggott, qui construit des petites éoliennes de 1 à 2 kW avec des pales en bois massif, dont les rotors atteignent 2 à 4 mètres. ²

Les pales sont taillées sur place et ne nécessitent que quelques outils simples et des compétences de base en menuiserie. Contrairement aux pales en fibre de verre, il n’y a besoin que des très peu voire pas d’utilisation d’énergie pour les fabriquer. Ce simple fait augmente la probabilité que l’éolienne produise plus d’énergie au cours de sa vie que la quantité qui a été utilisée pour la construire.

Avec ses éoliennes, Piggott prend à contre-pied la tendance de l’industrie à rechercher la plus grande efficacité : ses éoliennes sacrifient la puissance « crête » (NDLT : maximale, dans des conditions optimales) pour un fonctionnement plus fiable.

En effet, ses machines utilisent le système de régulation « Furling », qui empêche l’utilisation d’un vent dépassant les 8 m/s (Beaufort 5) (NDT : L’éolienne pivote et se détourne de son axe perpendiculaire au vent puis devient moins efficace, sa vitesse ne pouvant plus augmenter), tandis que la plupart des modèles d’éoliennes domestiques continuent de fonctionner à des niveaux de vent plus élevés. Choisir de limiter le fonctionnement de l’éolienne à un niveau de vent plus faible augmente sa fiabilité dans le temps, car plus une machine tourne vite, plus ses composants s’usent rapidement. ³

Production locale

Une étude comparative des éoliennes Piggott avec d’autres modèles d’éoliennes du commerce a conclu que le rendement énergétique plus élevé obtenu par ces dernières pour les vents dépassant les 8 m/s est la plupart du temps gâché, car une grande partie de cette puissance supplémentaire est générée alors que les batteries sont déjà pleines. L’étude a également démontré que le modèle de Piggott est aussi environ 20 % moins cher à mettre en œuvre, en incluant les dépenses d’investissement et les coûts opérationnels. ³

Le modèle open-source de Piggott a permis l’apparition de milliers de petites éoliennes DIY (NDLT : le mouvement Do It Yourself, « faites-le vous-même » vise à créer ou à réparer des objets de la vie courante, technologiques, ou artistiques, généralement de façon artisanale ) tout autour du globe. Plusieurs initiatives visant à équiper des communautés rurales en électricité se sont également inspirées de ce modèle d’éolienne, en Mongolie, au Népal, au Pérou ou encore au Nicaragua. ⁴⁵⁶⁷

Dans ces pays « en développement », le fait de pouvoir produire et faire la maintenance de ces éoliennes localement est un gros avantage par rapport aux éoliennes et panneaux solaires vendus dans le commerce.

Des Éoliennes du Commerce avec des Pales en Bois

S’il était commun d’utiliser des pales en bois massif pour les petits moulins et les premières éoliennes, ce n’est que récemment que l’industrie éolienne s’est intéressée de nouveau à cette question. ⁸⁹ On peut par exemple évoquer le succès rencontré par l’entreprise néerlandaise EAZ Wind, fondée en 2014 par 4 jeunes véliplanchistes. Cette société - qui emploie actuellement 40 personnes- vend ses éoliennes à pales en bois massif à des fermes et à des coopératives d’énergie verte dans la région. Leurs machines ont une puissance de 10 kW pour un diamètre d’hélice de 12 mètres, elles sont donc environ cinq fois plus grosses que les éoliennes Piggott.

Les pales sont faites de poutres de bois collées les unes aux autres puis poncées pour obtenir la forme désirée. Elles sont ensuite couvertes d’un revêtement en époxy pour les préserver de l’humidité et le côté tranchant est équipé d’une bande de plastique composite renforcée de fibre de verre pour les rendre plus durable. D’après le fabricant, ces éoliennes – perchées sur des mâts de 15 mètres – produisent environ 30 MWh d’électricté par an, soit la consommation électrique de 10 foyers néerlandais. Une machine coûte 46 000 euros, ce qui revient moins cher qu’une installation photovoltaïque (c’est-à-dire 4 600 euros par foyer, moins de la moitié du prix d’une installation solaire équivalente). Installée dans les régions venteuses du nord des Pays-Bas, une telle éolienne aura une période de recouvrement de l’investissement financier initial comprise entre 7 et 10 ans.

Adhésion du public

Il faut noter que le principal critère mis en avant par EAZ Wind pour son choix d’éoliennes à pales en bois n’est pas leur moindre coût énergétique. Il s’agit plutôt de leur souhait d’inciter les habitants des campagnes – particulièrement des fermes mais aussi des hameaux – à devenir autosuffisant énergétiquement, grâce à des éoliennes plus belles et produites localement qui suscitent moins de rejet chez les habitants. Comme dans beaucoup de pays, les grandes fermes d’éoliennes – et leurs lignes à haute tension – rencontrent une forte opposition locale aux Pays-Bas.

Cette approche semble porter ses fruits. Lorsqu’une ferme choisit d’installer une de ces éoliennes, les fermes voisines deviennent les clients suivants. A ce jour plus de 400 éoliennes ont été vendues par EAZ Wind.

L’acceptation de l’énergie éolienne semble dépendre de deux facteurs : premièrement, les éoliennes en bois ont une apparence plus « naturelle », ce qui les rend esthétiquement plus plaisantes. Deuxièmement, ces machines sont produites localement, ainsi l’achat d’une éolienne soutient l’économie locale. Le bois des pales provient d’une région voisine et est transformé par des entreprises locales.

Des Mâts de Bois

Les éoliennes fabriquées par EAZ Wind ont des pales en bois, mais leur mât est en acier. L’entreprise suédoise InnoVentum aborde le problème sous un autre angle : les éoliennes produites par cette société ont un mât de bois tandis que les pales sont en plastique. Les mâts qu’ils conçoivent mesurent entre 12 et 20 mètres et sont très particuliers : il s’agit de tours modulaires composées de courtes pièces de bois que l’on peut boulonner à même le sol en quelques heures.

Cette tour avec ses pieds multiples ne nécessite pas ou presque pas de béton pour ses fondations et peut être mise en place sans utiliser de grue, en utilisant une corde et des treuils. Depuis 2012 environ quinze éoliennes ont été installées par l’entreprise. Tout comme EAZ Wind, InnoVentum souhaite travailler sur l’esthétique de ses machines pour améliorer la perception des éoliennes par la population.

On peut facilement envisager des modèles d’éoliennes qui combineraient ces deux approches pour obtenir de petites éoliennes utilisant du bois pour leur mât, leurs pales et d’autres pièces maîtresses. Une machine quasi intégralement faite en bois (à l’exception bien sûr de la mécanique et du générateur électrique) peut atteindre un coût énergétique d’autant plus faible pour sa fabrication, ce qui la rend plus économique et durable tout au long de sa vie. En matière d’émissions carbones, on peut même considérer une telle éolienne comme un puits de carbone, car le bois qui la compose séquestre du CO2 que les arbres ont absorbé dans l’atmosphère.

Combiner Éolien et Solaire

Les derniers produits de EAZ Wind et InnoVentum incluent des panneaux solaires à leurs structures. En effet une éolienne et une installation photovoltaïque peuvent partager la même structure, le même système électrique et les mêmes équipements de stockage de l’électricité. Cette approche est plus économique financièrement et en matières premières. Combiner énergies solaire et éolienne augmente également les chances d’avoir une puissance suffisante à tout moment, réduisant ainsi le besoin de stockage d’énergie – qui est la part la moins durable d’une installation hors-réseau.

Si l’on examine le modèle hybride éolien-photovoltaïque construit par EAZ Wind, on constate que la partie éolienne produit deux fois plus d’électricité que les panneaux solaires, ce qui reflète la météo locale (venteuse, mais pas très ensoleillée). L’ajout des panneaux solaires permet à la production d’atteindre 45 000 kWh par an, soit la consommation annuelle de 14 foyers néerlandais. Cependant l’utilisation de panneaux solaires augmente drastiquement l’énergie grise du système et on ne peut plus considérer qu’il agit comme un puits de carbone.

Production d’énergie Décentralisée

On a constaté que les éoliennes domestiques fabriquées en bois procurent des avantages supplémentaires inhérents à toute source d’énergie décentralisée. En effet, ce sont les mêmes personnes qui paient pour mettre en place le système et qui profitent ensuite l’énergie produite, ce qui améliore sa réception par les habitants.

L’énergie produite localement permet aussi d’éviter de recourir à l’installation de lignes à haute tension, et on sait que plus l’électricité est produite et utilisée localement, plus il devient facile d’intégrer l’imprédictibilité de l’énergie éolienne dans le réseau énergétique national. Enfin, adapter la production d’énergie en fonction de la demande encourage les habitants à adopter des modes de vie plus sobres en énergie.