Peut-on faire des éoliennes avec des éoliennes ? Un scénario 100% éoliennes a-t-il du sens ?

11 min readApr 1, 2022

(Image by https://unsplash.com/@karsten_wuerth)

La méthode choisie pour faire cette estimation:

Pour essayer de répondre à cette question, cet article choisit une approche basée sur des bilans, plutôt que sur des principes et des modèles spécifiques pour éviter de faire des hypothèses implicites qui ne seraient peut-être pas vérifiées dans la pratique, en particulier dans le futur au gré de l’evolution du climat, de la disponibilité des ressources où de la politique.

Abbreviations

EnR : Energies Renouvelables. 
PV  : Paneaux photovoltaïques.
EROI: Energy Returned on Energy invested / Retour énergétique d'une éolienne.
EV : Véhicules électriques.

1. Quel est l’EROEI d’une éolienne aujourd’hui

On considère qu’une éolienne fournit au bout d’un an une à deux fois la quantité d’energie équivalente à l’energie qui a été nécessaire pour sa production.

Dit autrement, une éolienne qui a une durée de vie de 25 ans, produit entre 25 et 60 éoliennes pendant sa vie (si elle n’est utilisée que pour ça).

EROEI

Ref https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_return_on_investment#Wind_turbines

Toutefois, cette valeur peut être très trompeuse, en effet, les différentes étapes de la production d’une éolienne utilisent aujourd’hui des énergies fossiles. L’extraction des métaux nécessaires à la production d’une éolienne, leur transport et leur transformation (hauts-fourneaux) est faite par des machines industrielles qui consomment des énergies fossiles (pétrole et charbon, respectivement).

On va donc prendre en compte le fait qu’en l’absence d’energies fossiles l’EROI d’une éolienne devient une fraction de ce qu’elle est lorsqu’on utilise des energies fossiles, soit:

Ep = 1 an.Ee = Ep/N

Avec:

Ee = EROI d'une éolienne produite avec des EnR (e : Électrique)
Ep = EROI d'une éolienne produite avec fossiles (p : Pétrole)

2. Quelle est la durée de vie d’une éolienne?

En chiffres ronds, il est convenu que la durée de vie d’une éolienne est d’environ de 25 à 30 ans:

Tv = 25 à 30 ansRef https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine#Technology

3. Quantité d’éoliennes que l’on peut produire avec une éolienne aujourd’hui sur sa durée de vie:

Qp = T * Ep = 1 * 30 = 30 éoliennes

Ou encore: Avec une éolienne produite avec des machines utilisant des fuels fossiles, on peut produire aujourd’hui assez d’energie pour extraire (ou acheter) du pétrole, pour à son tour extraire des métaux et les transformer, pour à son tour produire 30 éoliennes.

4. Est-ce que ca veut dire que chaque éolienne va systématiquement produire 30 éoliennes?

Non, car il faut corriger cette valeur purement théorique par des considérations pratiques (limites matérielles).

5. Limite 1 : Production énergétique

Les éoliennes n’étant pas destinées à produire uniquement des éoliennes mais avant tout de l’énergie pour remplacer les energies fossiles, il faut consacrer la plus grande partie de l’énergie produite par une éolienne (ou encore : la plus grosse fraction du parc éolien considéré) à la production d’energie consommée par les ménages et l’économie (chauffage , transport, logement, engrais alimentaires (alimentation), eau potable, etc.)

Appelons F la fraction qui reste pour faire de nouvelles éoliennes:

Fixons cette valeur F à 10% pour fixer un ordre de grandeur

F = 10% = 0.1

Dans ce cas, le nombre maximal d’éoliennes pouvant être produite par une éolienne durant sa durée de vie devient:

Qp' = Q * F =  T * Ep = 30 * 0.1 = 3 éoliennes (sur 30 ans).

6. Limite 2 : Produire des éoliennes sans carburants fossiles.

Comme expliqué au point 1. , produire des éoliennes sans carburants fossiles nécessite de d’abord produire ladite énergie par EnR, puis de la stocker d’une manière ou d’une autre (problème non résolu à ce jour, voir Appendice 1 : Stockage)

Comme il est difficile d’anticiper la valeur exacte de ce facteur de perte de rendement dans la transition d’éoliennes produites par des énergies fossiles vers des éoliennes produites par des EnR, nommons le simplement: P , pour “Perte d’efficacité”.

Dans ce cas, le nombre d’éoliennes produites par une éolienne dans un cycle (durant les 30 ans de sa durée de fonctionnement) devient:

Qe = Qp' * P

Pour fixer les idées, faisons l’hypothèse que ce facteur P est compris entre 1/2 (P = 0.5) et 1/100 (P= 0.1).

Dans ces deux cas respectifs, on obtient:

Qe = Qp' * P = 3 * 0.5 = 1.5 éoliennes sur 30 ans.Qe = Qp' * P = 3 * 0.1 = 0.3 éoliennes sur 30 ans.

7. Limite 3 : Effet énergétique de la rarefaction des métaux.

Les EnR (panneaux solaires (photovoltaïque), et éoliennes) nécessitent de grandes quantités de métaux pour leur construction (en particulier des tonnes de cuivre et des tonnes de fer).

Cela se traduit par une augmentation de l’extraction de ces métaux en proportion du déploiement prévu des parcs éoliens.

Cette augmentation de l’extraction se traduit par un appauvrissement des gisements de métaux : Concrètement, d’année en année il faut extraire de plus en plus de tonnes de cuivre/fer pour avoir un gramme de cuivre ou de fer.

Ceci, à son tour se traduit par le fait qu’il faut de plus en plus d’énergie pour extraire une tonne de métal du sol au fur et à mesure que l’on déploie des parcs d’éoliennes et ou de PV.

Ceci se traduit par un facteur correctif, appelons-le A (pour “appauvrissement de la richesse des mines”).

Prenant ce facteur en compte, le nombre d’éoliennes produites par une éolienne durant sa durée de vie, avec une énergie majoritairement EnR et prenant en compte la raréfaction des métaux devient:

En faisant l’hypothèse qu’après quelques années d’exploitation intensive des mines de fer et de cuivre on arrive à un appauvrissement de -25%, le facteur A dans ce cas devient A = 0.75 (100% — 25%) et le nombre d’éoliennes produites dans la vie d’une éolienne devient:

Qe = Qp' * P * A = 3 * 0.5 * 0.75 = 1.1 éoliennes sur 30 ans.

Dans ce cas, l’énergie utile produite par une éolienne pendant toute sa durée de vie suffit à peine à produire une nouvelle éolienne.

Qe = Qp' * P = 3 * 0.1 = 0.2 éoliennes sur 30 ans.

Dans ce cas, l’énergie utile produite par une éolienne pendant toute sa durée de vie ne suffit pas à assurer son remplacement.

Ref 
> https://en.wikipedia.org/wiki/Peak_copper
> https://en.wikipedia.org/wiki/Peak_minerals
> https://youtu.be/LsWc-9CrRkk

Facteurs climatiques.

Le changement va aussi influencer la production d’EnR, puisque l’extraction des métaux (éoliennes) et la production de semiconductors nécessite de grandes quantités d’eau. Ce facteur pose déjà des problèmes pour les mines de cuivre d’amérique du sud.

Ref
> https://www.circleofblue.org/2016/south-america/conga-mine-peru-halted-water-concerns-civic-opposition/
> https://www.circleofblue.org/2016/south-america/conga-mine-peru-halted-water-concerns-civic-opposition/

Facteurs politiques.

La fin progressive de la mondialisation, le commerce du métal brut en provenance de Chine (en particulier), etc. jouent aussi en défaveur de la valeur Q calculée ci-dessus, en effet.

Ou bien on extrait les métaux localement et on doit tenir compte d’un facteur de correction qui prend en compte la faible concentration des métaux dans le pays concerné.
Ou bien on continue à faire venir les métaux de l’autre bout de la planète, dans quel cas, l’énergie déployée pour le transport doit être soustraite de celle produite par les éoliennes, dans quel cas un parc donné d’éoliennes est encore moins en mesure de produire des éoliennes puisqu’une partie supplémentaire de sone energie doit être sacrifiée pour ledit transport.

Est-ce qu’un scénario 100% éoliennes est réaliste ?

Consommation d’énergie en France:

Ref https://fr.wikipedia.org/wiki/Énergie_en_France

Les energies renouvelables représentent environ 10% de la consommation d’énergie en France:

Mix énergétique français:

Ref https://enerdigit.fr/mix-energetique/

Une estimation publiée dans un article de Jean-Marc Jancovici en 2000 (mis à jour en 2014) estime que:

"Pour fournir 500 TW.h (soit 500.000 GW.h) avec des éoliennes fournissant 20 GW.h par km², il faudrait « planter » une surface favorable de :
490.000 ÷ 20 ≈ 25.000 km²
Soit environ 5% du territoire métropolitain, ce qui représente à peu près la superficie actuellement occupée par les villes, les routes et les parkings, même si en fait les surfaces ne sont pas mobilisées en totalité et restent largement disponibles pour un autre usage (cultures notamment).Il est bien évident que si le nombre d’heures « équivalent pleine puissance » n’est égal à 2000 que sur 1% du territoire, alors les calculs ci-dessous sous-estiment le nombre de machines à installer et la surface mobilisée, car une partie des éoliennes serait alors installée dans des endroits où l’énergie annuelle produite serait bien inférieure à ce qu’elle est aujourd’hui, pour une éolienne de même puissance nominale bien sûr.Avec des éoliennes de 2 MW de puissance nominale (qui font de l’ordre de 100 m de haut), fournissant donc environ 4 GWh par an en zone favorable, il en faudrait environ 125.000 éoliennes pour produire les 500 TWh mentionnées plus haut."
> Ref https://jancovici.com/transition-energetique/renouvelables/pourrait-on-alimenter-la-france-en-electricite-uniquement-avec-de-leolien/

La consommation totale d’energie en France est d’environ: 2571 TWh en 2020.

En admettant que l’ordre de grandeur de l’estimation faite par J.M. Jancovici est correcte, alors pour fournir les 2571 TWh nécessaires pour satisfaire la demande d’énergie totale de la France, alors il faudrait environ 5 fois plus d’éoliennes que pour couvrir les besoins purement en énergie électrique (500 Twh) de la France.

N = 2571 / 500 , soit environ 5 fois les valeurs pour l'électricité.

Dans ce scénario “100% éoliennes”, il faudrait par conséquent:

> Ref https://jancovici.com/transition-energetique/renouvelables/pourrait-on-alimenter-la-france-en-electricite-uniquement-avec-de-leolien/> Ref https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/edition-numerique/chiffres-cles-energie-2021/6-bilan-energetique-de-la-france

L’installation du parc éolien en Allemagne s’est étalé sur plus de 20 ans:

Ref https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_in_Germany#Statistics

Cela parait donc un défi énorme que de vouloir installer 25 fois plus d’éoliennes en France entre 2022 et 2050 qu’il n’y en a aujourd’hui en Allemagne, sachant que l’effort éolien allemand a pris environ 20 ans.

Au rythme qu’à suivi le déploiement du parc éolien allemand, il faudrait, donc:

25 * 20 = 500 ans

pour déployer une solution 100% éolienne.

Conclusion

Les Scenarios actuels proposant un système 100% EnR sont faux, parce qu’ils se basent sur des valeurs de l’EROEI des éoliennes elles-mêmes basées sur des estimations passées idéales, présupposant du pétrole abondant et bon marché disponible pour extraire des minerais métalliques, de l’eau disponible en grande quantité (donc pas de réchauffement climatique), des transports abondants de matières premières par vaisseaux cargo, des politiques internationales(globalisation) permettant facilement ces échanges, du charbon abondant pour réduire le minerai de cuivre et de fer en métal, puis pour transformer le fer en acier, etc.
Comme l’a souvent fait remarquer Jean-Marc Jancovici, l’apport supplémentaire de l’énergie nucléaire permettrait de rétablir la balance dans une certaine mesure et de rendre peut-être le déploiement des EnR viable sous certaines hypothèses (stabilité climatique, stabilité politique, stabilité sociale, etc.).

Ref https://jancovici.com

Appendice 1 : Stockage

Hydrogène: Diminue l’energie finale disponible par un facteur allant de 50% à 10% (donc nécessite deux plus d’éoliennes).
Batteries: coût en CO2 élevé (métaux).
STEP, barrages, etc: Limité aux régions où le relief le permet.
Gravité (avec blocs de béton) : Aucun sens (varie linéairement avec la masse de béton), donc nécessite une surface et un volume prohibitif.
Gravité (Vessies sous-marines) : Aucun sens (dénivelé insuffisant).

Ref
> https://www.spglobal.com/marketintelligence/en/news-insights/latest-news-headlines/hydrogen-technology-faces-efficiency-disadvantage-in-power-storage-race-65162028
> https://www.wattisduurzaam.nl/38139/energie-opslaan/reservoirs/what-to-think-of-that-award-winning-dutch-ocean-battery/

Appendice 2 : Réduction de du minerai de fer avec de l’hydrogène

nécessite environ 3.000 à 7.000 éoliennes par haut-fourneau.

> "L’implémentation d’une installation d’électrolyse à taille industrielle représente actuellement un investissement considérable, supérieur au milliard d’euro pour une installation de 200MW. L’essor des énergies renouvelables, et la recherche de solutions de stockage pour le surplus d’électricité produit par ces sources, est moteur pour le développement de solutions d’électrolyse pour la production d’hydrogène."> Ref https://www.alcimed.com/fr/les-articles-d-alcim/lhydrogene-pour-la-production-dacier-mythe-ou-realite/

Appendice 3 : Recyclage

Permet:

De diminuer le coût énergétique du maintien d’un parc d’éoliennes existant (donc, de diminuer la fraction de la puissance totale que l’on doit dédier au maintien, puisque la partie “extraction de minerai” est absente dans l’utilisation de métaux recyclés).

Ne permet pas:

D’étendre le parc éolien existant (par définition, si on ne recycle que des éoliennes).

Permettrait d’exercer des arbitrages:

Si, par exemple, on décide que la voiture électrique individuelle n’est pas la solution (après quelques décennies de déploiement des EV), alors si on récupère les métaux des EV et qu’on les utilise pour produire des transports en communs électriques, d’une part, et des éoliennes d’autre part, alors, il est possible -temporairement- d’augmenter un parc éolien existant dans la mesure des stocks de métaux libérés par ledit recyclage.

Appendice 4 : Puissance maximale atteignable.

Exemple de l’Allemagne:

Fin 2021, un total de 28 230 turbines terrestres d’une capacité combinée d’environ 56 gigawatts (GW) étaient en service à travers le pays.

Ref 
> https://www.cleanenergywire.org/factsheets/Ref supplémentaires
> https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_in_Germany
> https://www.wind-energie.de/english/statistics/statistics-germany/
> https://www.cleanenergywire.org/factsheets/german-onshore-wind-power-output-business-and-perspectives

Exemple de la France:

Ref https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/l-eolien-en-chiffres"La puissance éolienne terrestre raccordée était de 17,932 GW à la fin du premier trimestre 2021, selon les chiffres officiels publiés par le gouvernement, nous classant en 4ème position européenne des pays produisant le plus d’énergie éolienne. Cela équivaut à 2030 installations réparties sur le territoire soit 20 nouvelles installations et 1 % supplémentaire par rapport au dernier trimestre 2020. Cette croissance faible est également à nuancer, lorsque l’on sait que la puissance raccordée au T1 2021 est 19 % moins élevée qu’à la même période en 2020, ceci du fait de conditions climatiques moins favorables (notamment)."
> "La capacité du parc éolien français se calculant sur la puissance en GW et non en nombre d’éolienne à proprement parler, les chiffres exacts sur le nombre d’éoliennes en France en 2021 ne sont pas encore connus. Toutefois, le dernier chiffre officiel de 2018 indique que le parc éolien français était composé de 6500 éoliennes terrestres. En suivant la progression de l’énergie éolienne sur le territoire sur ces dernières années, on estime le nombre d’éoliennes terrestres en France en 2021 à 8000, réparties sur 1380 parcs, en France métropolitaine et d’Outre-Mer. Voici une carte pour visualiser la répartition du parc éolien en France par région : ici.Ref https://transition-energetique.eco/energie-eolienne-2021/

Appendice 5 : Superficie requise / Arbitrage avec les besoins de l’agriculture, du logement.

Un scenario 100% éoliennes nécessiterait, comme vu dans les sections précédentes, de sacrifier un quart de la surface de la France pour y installer des éoliennes, en effet cela entrerait en conflit avec les besoins de l’agriculture (besoins en nourriture de la population), ceux du logement et de l’industrie.

Appendice 6: Difficultés financières de la filière éolienne:

Ørsted A/S: Don't Buy The Dip, The Wind Industry's Problems Are Structural (DNNGY)

Ørsted so far isn't showing it has a plan to navigate the challenges except asking governments for greater subsidies.…

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