Projets mini-éoliens - Suisse : Énergie du vent avec bénéfices économiques et sociaux
- Javier Trespalacios
- 6 sept. 2016
- 17 min de lecture
Dernière mise à jour : 18 sept.
Ci-après sont décrits deux exemples d'implémentation de systèmes mini-éoliens dans des contextes ruraux : le premier dans une exploitation agricole d'Orbe, Suisse, et le second à Barranquilla, Colombie. Ces cas illustrent comment l'énergie éolienne peut s'adapter à des besoins et conditions locales diverses, favorisant le développement durable et l'autosuffisance énergétique.
Exemple de modèle de mini-éolienne proposé dans ce projet
Cas d'étude 1 : Projet mini-éolien à Orbe, Suisse
Ce projet consiste en un système mini-éolien autonome (hors-réseau) situé dans une exploitation agricole à Orbe, Suisse. Son objectif principal est de fournir une énergie fiable pour les opérations agricoles et l'habitation rurale, avec l'option d'injecter les excédents dans le réseau électrique local.
Emplacement : Exploitation agricole à Orbe, Canton de Vaud, Suisse
Coordonnées : 46.712796°N, 6.585274°E
Altitude : 463 mètres au-dessus du niveau de la mer
Topographie : Plateau suisse, terrain agricole ouvert
Type de système : Isolé avec possibilité d'injection au réseau
Objectif énergétique : Autosuffisance électrique agricole et domestique, injection future des excédents
Étape 1 - Évaluation de la ressource éolienne à Orbe, Suisse: Pour planifier un projet éolien à Orbe, il est fondamental de caractériser le vent local et d'estimer la vitesse à la hauteur de l'aérogénérateur. Données climatiques principales (MeteoSuisse, 2017):
Vitesse moyenne annuelle à 10 m : v₁₀ = 4 m/s
Paramètres de la distribution de Weibull :
k = 2 (forme : vent relativement stable)
c = 4.5 m/s (échelle : vitesse moyenne)
Rugosité du terrain : α = 0.15 (exposant de Hellman pour terrain rural)erreno rural)
Global Wind Atlas, valeur à Orbe 4,0 m/s
On utilise la loi de puissance pour ajuster la vitesse mesurée à 10 m à la hauteur de la tour (18 m). Cette hauteur est un bon choix pour capturer des vents plus forts et dépasser la hauteur des bâtiments agricoles ou des arbres proches, que nous pourrions estimer à environ 8-10 mètres. Utilisation de la Loi de Puissance :
vₕ = vᵣₑf × (h / hᵣₑf)^α
v₁₈ = 4 × (18 / 10)^0.15
v₁₈ = 4.368 m/s
Distribution statistique de Weibull: Pour dimensionner un système éolien avec une très haute précision, il faut utiliser la courbe de puissances de l'aérogénérateur et, pour toute la gamme de vents possibles, multiplier la puissance instantanée par la probabilité de chaque vitesse f(v), en additionnant toutes pour obtenir l'énergie annuelle :
f(v) = (k / c) × (v / c)^(k - 1) × exp(- (v / c)^k)
Où :
f(v) : Probabilité relative que le vent ait la vitesse v
k : Paramètre de forme (~2 dans les zones rurales, indique la stabilité du vent)
c : Paramètre d'échelle (environ 4.5 m/s à Orbe, coïncide avec la vitesse caractéristique locale)
Ajustement des paramètres à 18 m
k₁₈ = k₁₀ = 2 (constante, distribution de Rayleigh)
c₁₈ = c₁₀ × (18/10)^α = 4.5 × 1.092 = 4.91 m/s
Exemple pour v = 5 m/s
k / c = 2 / 4.91 = 0.407
(v / c)^(k – 1) = (5 / 4.91)^1 = 1.017
exp(- (5 / 4.91)^2) = exp(-1.035) = 0.355
f(5) = 0.407 × 1.017 × 0.355 = 0.147 (14.7% du temps le vent sera proche de 5 m/s)
Vitesses caractéristiques utilisant la fonction Gamma
Vitesse Moyenne :
v̄ = c × Γ(1 + 1/k) = 4.91 × Γ(1.5) = 4.91 × 0.8862 = 4.35 m/s
Vitesse la plus Probable :
vₘₚ = c × ((k-1)/k)^(1/k) = 4.91 × (0.5)^0.5 = 4.91 × 0.7071 = 3.47 m/s
Vitesse moyenne pondérée par énergie :
vₑ = c × Γ(1 + 3/k) = 4.91 × Γ(2.5) = 4.91 × 1.3293 = 6.53 m/s
La vitesse pondérée par énergie est critique pour calculer la production énergétique, car elle pondère chaque vitesse par sa contribution énergétique (v³). Les valeurs de la fonction Gamma utilisées sont : Γ(1,5) = 0,8862, Γ(2,5) = 1,329.
La distribution de Weibull [f(v) = (k / c) × (v / c)^(k - 1) × exp(- (v / c)^k)] pour le vent à Orbe, Suisse, ajustée de manière à ce que le total corresponde exactement à 8 760 heures (1 an). Les valeurs représentent le nombre d’heures par an pendant lesquelles la vitesse du vent se situe dans chaque intervalle de 0,5 m/s :
v (m/s) | f(v) | % de l'année | Heures par an |
|---|---|---|---|
0.0 | 0,0000 | 0,00% | 0,0 |
0.5 | 0,0235 | 2,35% | 206,0 |
1.0 | 0,0457 | 4,57% | 400,6 |
1.5 | 0,0652 | 6,52% | 571,9 |
2.0 | 0,0808 | 8,08% | 707,3 |
2.5 | 0,0924 | 9,24% | 809,2 |
3.0 | 0,0991 | 9,91% | 867,4 |
3.5 | 0,1005 | 10,05% | 880,0 |
4.0 | 0,0962 | 9,62% | 841,6 |
4.5 | 0,0868 | 8,68% | 759,5 |
5.0 | 0,0725 | 7,25% | 634,9 |
5.5 | 0,0598 | 5,98% | 523,5 |
6.0 | 0,0482 | 4,82% | 422,6 |
6.5 | 0,0377 | 3,77% | 330,2 |
7.0 | 0,0287 | 2,87% | 251,3 |
7.5 | 0,0214 | 2,14% | 186,8 |
8.0 | 0,0154 | 1,54% | 134,7 |
8.5 | 0,0107 | 1,07% | 93,8 |
9.0 | 0,0072 | 0,72% | 62,8 |
9.5 | 0,0046 | 0,46% | 40,2 |
10.0 | 0,0029 | 0,29% | 25,1 |
10.5 | 0,0018 | 0,18% | 15,6 |
11.0 | 0,0011 | 0,11% | 9,6 |
11.5 | 0,0007 | 0,07% | 6,0 |
12.0 | 0,0004 | 0,04% | 3,7 |
Total | 1,000 | 100% | 8 760 |
Tableau des Fréquences Weibull du Vent Ajustées à 8,760 heures/an (Orbe – 18 m)
Étape 2 - Consommation annuelle: La consommation se calcule en additionnant l'usage d'électricité des principaux équipements agricoles et domestiques :
Équipement / Appareil | Puissance (W) | Heures/jour | Énergie quotidienne (Wh/jour) |
|---|---|---|---|
Pompe d'irrigation centrifuge | 1 500 | 4 | 6 000 |
Éclairage étables (LED) | 400 | 6 | 2 400 |
Trayeuse mécanique | 800 | 2 | 1 600 |
Ventilateurs grange | 300 | 8 | 2 400 |
Outils électriques | 500 | 1 | 500 |
Éclairage habitation | 200 | 5 | 1 000 |
Électroménager de base | 800 | 3 | 2 400 |
Réfrigération (réfrigérateur) | 150 | 24 | 3 600 |
Total | 19 900 Wh/jour (19,9 kWh/jour) |
Facteur de sécurité (Fₛₑ𝒸 = 1.2) : Considère la variabilité des consommations, les imprévus opérationnels, et les démarrages de moteurs qui requièrent des courants supérieurs au nominal.
Eᵈ,ₛₑ𝒸 = Eᵈ × Fₛₑ𝒸 = 19.9 × 1.2 = 23.88 kWh/jour
Marge opérationnelle additionnelle (20%) : Réserve pour croissance future et conditions adverses de vent.
Eᵈ,ₐⱼ = Eᵈ,ₛₑ𝒸 × 1.2 = 23.88 × 1.2 = 28.66 kWh/jour
Demande annuelle ajustée :
Eₐₙₙᵤₑₗ = Eₐⱼ × 365 = 28.66 × 365 = 10,463 kWh/an
Étape 3 - Choix de l'aérogénérateur approprié: Dimensionnement et choix de l'aérogénérateur. Maintenant que nous savons combien d'énergie nous avons besoin et les conditions du vent, nous pouvons choisir la turbine.
Puissance Nominale Requise (Pₙₒₘ), considérant :
Facteur de capacité (CF = 0.16) typique pour vents modérés, représentatif et prouvé
Marge additionnelle pour pertes typiques du système (onduleur, câblage, banc de batteries, et autres) 1.2
24 = heures par jour
Pₙₒₘ = (Eᵈ,ₐⱼ × 1.2) / (CF × 24) = (28.66 × 1.2) / (0.16 × 24) = 34.39 / 3.84 = 8.95 kW ≈ 9 kW
Sélection de l'Aérogénérateur - Eocycle EO-10. Spécifications techniques :
Puissance nominale : 10 kW
Courant de court-circuit nominal : Iₛᶜ = 80 A
Diamètre du rotor : 8.5 m
Surface balayée : A = π × (8.5/2)² = 56.75 m²
Vitesse de démarrage : 2.5 m/s
Vitesse nominale : 10 m/s
Vitesse de coupure : 25 m/s
Coefficient Cp ≈ 0.4
Type de générateur : Aimants permanents synchrones
Contrôle : Système de pas variable (pitch) et orientation automatique (yaw)
Système de régulation : Pitch passif + frein aérodynamique
Durée de vie : jusqu'à 30 ans
Certification : Européenne
Lien officiel : https://www.umfis.de/kleinwindanlage-eocycle-eo10/
Vitesse du vent (m/s) | Puissance (kW) |
|---|---|
0.0 | 0 |
0.5 | 0 |
1.0 | 0 |
1.5 | 0 |
2.0 | 0 |
2.5 (démarrage) | 0.5 |
3.0 | 1.2 |
3.5 | 2.5 |
4.0 | 4.0 |
4.5 | 5.5 |
5.0 | 7.0 |
5.5 | 8.5 |
6.0 | 9.5 |
6.5 | 9.8 |
7.0 | 10.0 |
7.5 | 10.0 |
8.0 | 10.0 |
8.5 | 10.0 |
9.0 | 10.0 |
9.5 | 10.0 |
10.0 (nominal) | 10.0 |
10.5 | 10.0 |
11.0 | 10.0 |
11.5 | 10.0 |
12.0 | 10.0 |
... | ... |
25.0 (coupure) | 0 |
Courbe de puissance d’une éolienne avec vitesse du vent (m/s) et puissance (kW) = 10 kW
Vérification de la Surface Théorique du Rotor
Pour valider le dimensionnement, nous calculons la surface théorique nécessaire en utilisant l'équation fondamentale de puissance éolienne :
Aₜₕₑₒᵣᵢqᵤₑ = Pₙₒₘ / (0.5 × ρ × Cp × v³ₙₒₘ)
Où :
Pₙₒₘ = 10,000 W (puissance nominale requise)
ρ = 1.195 kg/m³ (densité de l'air à 463 m d'altitude)
Cp = 0.40 (coefficient de puissance de l'EO-10)
vₙₒₘ = 10 m/s (vitesse nominale de l'aérogénérateur)
Aₜₕₑₒᵣᵢqᵤₑ = 10,000 / (0.5 × 1.195 × 0.40 × 10³) Aₜₕₑₒᵣᵢqᵤₑ = 42.0 m²
Vérification : La surface réelle de l'EO-10 (56,75 m²) dépasse la surface théorique (42,0 m²) de 35%, confirmant l'adéquation de l'aérogénérateur.
Calcul de production annuelle estimée (AEP) par trois méthodes
Méthode 1 — Intégration Weibull avec Courbe de Puissance :
AEP = ∑ᵢ P(vᵢ) × f(vᵢ) × Δv × 8760
Où :
P(vᵢ) : puissance à vitesse vᵢ selon courbe officielle fabricant (fiche technique Eocycle EO-10)
f(vᵢ) : probabilité de vent à vᵢ, selon distribution de Weibull ajustée
Δv : intervalle de discrétisation (ex. 0.5 m/s)
8760 : heures annuelles
Le tableau suivant montre ces estimations selon les informations précédentes :
Vitesse (m/s) | Heures/an | Puissance (kW) | Énergie (kWh/an) |
|---|---|---|---|
0,0 - 2,0 | 1885,8 | 0 | 0 |
2,5 - 3,0 | 1676,6 | 0,5 | 838,3 |
3,5 - 4,0 | 1721,6 | 2,5 | 4304 |
4,5 - 5,0 | 1394,4 | 5,5 | 7669,2 |
5,5 - 6,0 | 946,1 | 8,5 | 8041,9 |
6,5 - 7,0 | 581,5 | 9,8 | 5698,7 |
7,5 - 12,0 | 578,3 | 10,0 | 5783 |
Production annuelle totale estimée :
E_total = 32,335 kWh/an
Concernant les périodes où se produiront ces vents, dans la région d'Orbe, Canton de Vaud en Suisse, la saison avec les vents les plus favorables correspond habituellement aux mois d'automne et d'hiver (approximativement de septembre à mars), coïncidant avec de plus grandes vitesses moyennes de vent dans la zone. Ceci s'explique par les patterns climatiques locaux où l'activité éolienne est majeure pendant ces mois. Au printemps et en été (avril à août), les vitesses de vent sont généralement moindres, résultant en une moindre génération.
Méthode 2 — Approximation par facteur de capacité :
AEP = Pₙₒₘ × CF × 8760 = 10 × 0.16 × 8760 = 14,016 kWh/an
Méthode 3 — Estimation vitesse énergétique moyenne : Avec vitesse énergétique moyenne : vₑ = 6.53 m/s; puissance approximative P(vₑ) = 2.1 kW
AEP = P(vₑ) × 8760 = 2.1 × 8760 = 18,396 kWh/an
Analyse comparative: La méthode 1 est plus précise ; la méthode 2 offre un bon équilibre pour la planification économique ; la méthode 3 tend à surestimer. Il est recommandé de prendre une valeur intermédiaire, autour de 15 000 kWh/an, pour la conception et l'évaluation.
Étape 4 - Composants auxiliaires
Banc de batteries - Système de Stockage d'Énergie:
La capacité du banc de batteries se dimensionne pour fournir une autonomie énergétique pendant les périodes sans vent :
La capacité totale en Ah se calcule avec la formule :
Cᵦₐₜ = (Eᵈ,ₐⱼ × Dₐᵤₜ) / (DOD × Vᵦₐₜ × ηᵢₙᵥ)
Où :
Dₐᵤₜ = 3 jours (autonomie sans vent, basée sur l'analyse météorologique de périodes sans vent à Orbe)
DOD = 0.6 (profondeur de décharge maximale)
Vᵦₐₜ = 48 V (tension du système)
ηᵢₙᵥ = 0.9 (efficacité de l'onduleur)
Cᵦₐₜ = (28,660 × 3)/(0.6 × 48 × 0.9) = 3,318 Ah
Batterie sélectionnée : Sonnenschein A602 OPzS Solar power 1000 Ah. Spécifications :
Voltage unité : 2 V
Capacité : 1000 Ah (C10)
Cycles de vie : >4500 cycles à 60% DOD
Technologie : Plomb-acide ventilé (VRLA)
Plage de température : -10°C à +45°C
Durée de vie : 15-20 ans
Dimensions unitaires : 0.5 m (longueur) × 0.275 m (largeur) × 0.65 m (hauteur) = 0.089 m³ par batterie
Poids par batterie : 65 kg
Lien fabricant : https://www.sonnenschein-ghm.de
Montage - Configuration série et parallèle, spécifications du banc complet
Éléments en série : 48 V / 2 V = 24 unités
Chaînes en parallèle : 3,317 Ah / 1000 Ah = 3.32 ≈ 4 chaînes
Total de batteries : 24 × 4 = 96 unités - 24S × 4P
Capacité énergétique totale : 48 V × 4,000 Ah = 192 kWh
Énergie utile (60% DOD) : 192 × 0.6 = 115.2 kWh
Autonomie réelle : 115.2 kWh / 28.66 kWh/jour = 4.02 jours
Volume total : 96 × 0.089 = 8.54 m³
Poids total : 96 × 65 = 6,240 kg
Onduleur DC/AC - Système de conversion d'énergie:
La puissance de l'onduleur doit gérer les pics de demande simultanée, considérant les facteurs de démarrage des moteurs :
Calcul de Puissance de l'Onduleur
Pᵢₙᵥ = (Pₙₒₘ/ηᵢₙᵥ) × 1.2
Variables :
Pₙₒₘ = 10,000 W (analyse de charges simultanées maximales, des équipements à alimenter)
Facteur 1.2 pour pics de charge
ηᵢₙᵥ = 0.9
Pᵢₙᵥ = (10,000/0.9) × 1.2 = 13,333 W ≈ 15 kW commercial
Modèle sélectionné : Victron Quattro 15 kVA 48 V
Spécifications :
Puissance : 15 kVA (15,000 W)
Tension : entrée 38-66V (48V nominal) / sortie 230 V AC ± 2%, 50Hz ± 0.1%
Dimensions : 600 × 320 × 280 mm
Poids : ~40 kg
Lien officiel : https://www.victronenergy.com/inverters-chargers/quattro
Contrôleur de charge éolien: Le courant maximal du contrôleur doit gérer la sortie de l'aérogénérateur :
Calcul du Courant Nominal
Iᶜᵒⁿᵗ = Iₛᶜ × Fₛₑᶜᵤᵣᵢₜₑ = 80 × 1.25 = 100 A
Iₛᶜ = courant de court-circuit nominal aérogénérateur EO-10, approximativement 80 A (fiche technique)
Modèle sélectionné : Outback FLEXmax 80/100 A MPPT
Spécifications :
Courant maximal de charge : 80 A
Courant de court-circuit maximal : 100 A
Tension maximale d'entrée : 150 V
Tension du système : 12/24/48/60 V (auto-détection)
Dimensions : 300 × 250 × 150 mm
Lien: https://www.outbackpower.com/products/charge-controllers/flexmax-series/flexmax-80
MPPT (Maximum Power Point Tracking) est une technologie qui permet aux systèmes solaires et éoliens de trouver et de fonctionner continuellement au point de puissance maximale, optimisant ainsi l'efficacité et exploitant au maximum l'énergie disponible.
Câblage (section): Section conductrice calculée pour chute de tension maximale ΔV :
S = (2 × L × I) / (κ × ΔV)
Où :
L = 50 m (aller-retour)
I = 300 A (courant maximal + marge)
κ = 56 S/m (conductivité cuivre)
ΔV = 3% de Vᵦₐₜ = 0.03 × 48 = 1.44 V (chute de tension admissible)
S = (2 × 50 × 300) / (56 × 1.44) = 30,000 / 80.64 = 372 mm²
Alternative utilisant la résistivité ρ = 0.0178 ohm mm²/m :
S = (2 × ρ × L × I) / ΔV S = (2 × 0.0178 × 50 × 300) / 1.44 S = (535.2) / 1.44 = 372 mm²
Il est recommandé d'utiliser un câble commercial proche, p.ex. 400 mm² de cuivre pour éviter les chutes excessives.
Tour et Charges de vent
Le design structural de la tour de 18 m pour l'aérogénérateur EO-10 requiert de calculer les charges aérodynamiques maximales au moyen de l'équation :
Fₘₐₓ = 0.5 × 1.225 × Af × V²ₘₐₓ × Cd
Données :
Hauteur = 18 m
Diamètre base = 0.5 m
Matériau : Acier galvanisé
Type : Modulaire avec haubans
ρ = 1.225 kg/m³
Vₘₐₓ = 50 m/s (vitesse de survie selon IEC)
Cd = 1.2 (coeff. de traînée)
Af = surface frontale tour + surface rotor
Surface rotor frontale = surface rotor = 56.7 m²
Supposons tour 1.5 m²
Af = 56.7 + 1.5 = 58.2 m²
Surface frontale :
Atour = diamètre × hauteur = 0.5 × 18 = 9 m²
Surface rotor (frontale latérale) = diamètre × "hauteur effective" ≈ 8.5m × 3.0m = 25.5m²
Total Af = 9 + 25.5 = 34.5 m²
Fₘₐₓ = 0.5 × 1.225 × 34.5 × 2500 × 1.2 Fₘₐₓ = 63,360 N ≈ 63 kN de charge maximale à concevoir
Tableau électrique et local technique – Équipements et outils
Le tableau électrique est équipé d'interrupteurs thermomagnétiques (IEC 60947, jusqu'à 210 A), protection différentielle, contacteurs, relais et paratonnerres certifiés selon IEC 62305. Il inclut également une mise à la terre conforme à la norme suisse SEV et un système de supervision à distance via Victron Color Control GX, qui permet de monitorer et de gérer le système en temps réel.
Le local technique a une surface minimale de 6 m², une hauteur libre de 2,5 m et une ventilation forcée pour maintenir des conditions optimales (5 °C à 40 °C, humidité < 85 %). Il dispose d'un accès sécurisé par une porte d'au moins 1,2 m de largeur et doit loger le banc de batteries, nécessitant un volume total de 10,25 m³ incluant les espaces de ventilation et de circulation.
L'installation sera exécutée par du personnel spécialisé : un ingénieur de projet (12 semaines), deux techniciens électriciens (4 semaines), un technicien mécanique (2 semaines) et un opérateur de grue (3 jours). Une grue télescopique de 50 t sera utilisée, équipement d'excavation pour les fondations et outils spécialisés comme clés dynamométriques et multimètres. Tout le personnel disposera d'équipements de sécurité (harnais, casques, protections) pour garantir une exécution sûre et efficace.
Étape 5 - Analyse économique et énergétique
Cette étape a pour objectif d'évaluer la viabilité financière et énergétique du projet, intégrant tant les aspects techniques qu'économiques pour prendre des décisions éclairées et durables. À travers des indicateurs clés de rentabilité et un détail des coûts, on analyse la performance attendue de l'investissement dans le temps.
Coûts d'investissement initial (CAPEX) : Inclut toutes les dépenses associées à l'acquisition et à l'installation d'équipements et de systèmes nécessaires à la mise en marche du projet.
Concept | Quantité | Prix Unitaire (CHF) | Total (CHF) | % | Observations |
|---|---|---|---|---|---|
Aérogénérateur EO-10 | 1 | 28,000 | 28,000 | 22.61% | Inclut contrôleur de base |
Tour métallique et haubans | 1 | 12,000 | 12,000 | 9.69% | Acier galvanisé S355 |
Fondation | 1 | 8,500 | 8,500 | 6.86% | Inclut excavation et béton |
Banque de batteries OPzS | 96 | 280 | 26,880 | 21.70% | Plomb-acide ventilé (VRLA) |
Onduleur Victron 15 kVA | 1 | 6,000 | 6,000 | 4.84% | Inclut chargeur et transfert |
Contrôleur Outback FLEXmax | 1 | 1,800 | 1,800 | 1.45% | Suivi de puissance maximale |
Câblage et protections | 1 | 3,500 | 3,500 | 2.83% | Inclut protections électriques |
Local technique préfabriqué | 1 | 15,000 | 15,000 | 12.11% | Ventilation et climatisation |
Installation et montage | 1 | 12,000 | 12,000 | 9.69% | Main-d'œuvre spécialisée |
Ingénierie et permis | 1 | 6,000 | 6,000 | 4.84% | Démarches et gestion administrative |
Contingencies (5%) | - | - | 6,200 | 5.01% | Imprévus et modifications |
Total CAPEX | 123,880 | 100% |
Charges d'exploitation (OPEX): Couvre les coûts récurrents d'exploitation et de maintenance pendant la durée de vie utile du système. OPEX annuel = 2% CAPEX
OPEX = 0.02 × 123,880 = 2,478 CHF/an
Inclut la maintenance préventive, les remplacements mineurs, les inspections et les assurances.
Production annuelle estimée (PAE): Pour dimensionner la production énergétique du système, on utilise l'expression : PAE ≈ 15,000 kWh/an
Facteur de récupération du capital (FRC): sert à convertir l'investissement initial en annuité, en considérant le taux d'intérêt et la période d'amortissement.
FRC = (r × (1 + r)^n) / ((1 + r)^n – 1)
Où :
r = taux d'intérêt réel annuel, standard pour les projets renouvelables en Suisse 2017 (8% = 0.08)
n = années d'exploitation (20)
FRC = (0.08 × 1.08^20) / (1.08^20 – 1) = 0.1019
Le FRC est un coefficient pour répartir le CAPEX en paiements annuels comparables.
Impact des subventions et remboursements: Subventions en 2017 - Canton de Vaud et Suisse
Si des subventions de jusqu'à 30% sont appliquées, le CAPEX effectif est réduit :
CAPEX_subv = 0.7 × 123,880 = 86,716 CHF
Calcul du Coût Actualisé de l'Énergie (CAE): Représente le coût moyen par kWh généré pendant la durée de vie utile du système, incorporant investissement, exploitation et production.
CAE = (CAPEX × FRC + OPEX) / PAE
CAE = (123,880 × 0.1019 + 2,478) / 15,000 = (12,618 + 2,478) / 15,000
CAE = 1.00 CHF/kWh
Utile pour comparer le coût avec d'autres sources énergétiques et pour décider de l'investissement.
Recalcul du CAE avec subvention :
CAE_subv = (86,716 × 0.1019 + 2,478) / 15,000 = (8,831 + 2,478) / 15,000
CAE_subv = 0.75 CHF/kWh
Retour sur Investissement (ROI) estimé: Calcul des années pour récupérer l'investissement :
Années ROI ≈ CAPEX / Économie annuelle
Économie annuelle = PAE × tarif énergie alternative
Si le tarif diesel est de 0.37 CHF/kWh : Économie annuelle = 15,000 × 0.37 = 5,550 CHF/an
ROI sans subvention : ROI = 123,880 / 5,550 ≈ 22.3 ans
Avec subvention de 30% : ROI ≈ 42,700 / 5,550 ≈ 7.7 ans
Le ROI reflète le temps requis pour que les économies couvrent l'investissement.
Valeur Actuelle Nette (VAN) et Taux de Rendement Interne (TRI): Indicateurs clés pour évaluer la rentabilité et la viabilité économique du projet, permettant d'estimer les bénéfices futurs en valeur présente et de déterminer le taux de rendement attendu sur l'investissement. En supposant un flux d'économie annuel constant et un taux r=8%, n=25 ans :
Facteur de valeur présente annuel (FVP) : outil financier servant à calculer la valeur actuelle d'une série de paiements égaux futurs (comme des économies ou revenus annuels), actualisés à un taux d'intérêt déterminé :
FVP = (1 – (1 + r)^-n) / r = (1 – 1.08^-25) / 0.08 ≈ 11.12
Valeur présente des flux : valeur actuelle d'un flux monétaire futur, actualisé à un taux d'intérêt déterminé :
VP = 5,550 × 11.12 = 61,716 CHF
VAN sans subvention : VAN = VP – CAPEX = 61,716 – 123,880 = –62,164 CHF (négatif, non rentable sans subventions)
VAN avec subvention : VAN = 61,716 – 86,716 = –25,000 CHF
Interprétation : Le projet n'est économiquement rentable qu'avec des subventions substantielles ou des améliorations de tarifs.
Étape 6 - Analyse environnementale
Évaluer les émissions de gaz à effet de serre, l'énergie incorporée et la récupération énergétique pour mesurer la durabilité environnementale.
Empreinte carbone cycle de vie (ACV): Données officielles GIEC et littérature européenne :
Éolien moderne : 7–18 g CO₂ éq/kWh
Combustibles fossiles (diesel) : 470–700 g CO₂ éq/kWh
Réseau électrique suisse : ~120 g CO₂ éq/kWh
Calcul annuel des émissions évitées: Détermine la quantité de CO₂ qui n'est plus émise grâce au projet, comparé à l'utilisation d'électricité conventionnelle :
CO₂ évité = PAE × (FE_fossile – FE_éolien)
Où :
FE_fossil = 600 g/kWh (approx.)
FE_éolien = 12 g/kWh (moyenne)
CO₂ = 15,000 × (0.6 – 0.012) = 15,000 × 0.588 = 8,820 kg CO₂/an
Cette quantité représente moins de pollution et des bénéfices pour le climat.
Crédits Carbone: générés par des projets qui diminuent les émissions, comme l'utilisation d'énergies renouvelables, l'efficacité énergétique ou la reforestation.
Revenus = (CO₂ évité / 1000) × prix crédit
Les crédits carbone se négocient entre 25–50 CHF/tonne CO₂
Revenus estimés : 8.82 t CO₂/an × 30 CHF/t = 265 CHF/an
Ces revenus sont marginaux mais favorisent la durabilité financière et environnementale.
Énergie Grise: Quantité totale d'énergie consommée tout au long du cycle de vie d'un produit ou système :
E_grise = E_fabrication + E_transport + E_installation + E_maintenance + E_démantèlement
Une étude de Kaldellis et al. (2017), publiée dans la revue Energy for Sustainable Development (Vol. 38), analyse l'énergie grise dans les projets éoliens petits, soulignant que pour les turbines de 5–50 kW, l'énergie grise oscille entre 2 500 et 3 500 kWh, selon la taille et les matériaux. La valeur est ≈3 000 kWh.
E_grise = 3,000 kWh
Temps de Récupération Énergétique
Mois_rec = E_grise / (PAE / 12) = 3,000 / (15,000 / 12) = 3,000 / 1,250 = 2.4 mois
Impacts additionnels
Impact Acoustique
Niveau sonore : < 45 dB(A) à 50 m (norme suisse)
Atténuation : Emplacement éloigné des habitations
Impact Visuel
Hauteur : 18 m (dans les limites municipales)
Couleur : Gris clair pour minimiser le contraste
Impact sur la Faune
Oiseaux : Faible densité de trafic en zone agricole
Chauves-souris : Vitesse de démarrage élevée (2.5 m/s) réduit le risque
Gestion des Déchets: Le recyclage est essentiel pour minimiser l'impact environnemental, réduire la demande en matières premières et générer de la valeur économique :
Matériau | Quantité (kg) | Recyclabilité | Finalité et Bénéfices |
|---|---|---|---|
Acier (tour) | 2,800 | 95% | Fonderie, réutilisation industrielle (réduit extraction minière et émissions) |
Cuivre (câbles) | 450 | 99% | Raffinage, réutilisation en électronique (très valorisé) |
Aluminium (carcasse) | 180 | 95% | Fonderie, économie d'énergie vs extraction primaire |
Fonte | 320 | 90% | Ferraille pour procédés sidérurgiques, réduction empreinte carbone |
Aimants permanents | 25 | Retour terres rares | Valorisation et recyclage contribuent à éviter l'épuisement de ressources stratégiques |
Matériaux composites | 180 | Valorisation énergétique | Énergie récupérable dans les usines de valorisation thermique |
Batteries plomb-acide | 6,240 | Recyclage spécialisé | Lois suisses et européennes assurent la réutilisation, réduisant la pollution |
Huiles et lubrifiants | 45 | Traitement contrôlé | Évite les déversements polluants, protège les écosystèmes |
Bénéfices :
Économiques : valorisation des matériaux réduit les coûts finaux et génère des revenus potentiels
Environnementaux : diminue l'extraction, les émissions et les déchets dangereux
Sociaux : favorise l'emploi dans le recyclage et la gestion environnementale responsable
Étape 7 - Impact Social Quantifié
Génération d'emploi
L'emploi se mesure en mois-personne :
E_emploi = T_inst × N_tech + T_maint × N_oper
Pendant l'Installation :
T_inst = 2 semaines
N_tech = 4 techniciens
Emploi installation = 8 semaines-personne
Pendant l'Exploitation :
T_maint = 40 heures/an
N_oper = 1 technicien
Emploi maintenance = 1 semaine-personne/an
Bénéfices sociaux généraux
Accès à l'énergie propre et fiable
Amélioration de la qualité de vie rurale
Développement local et emploi
Base pour étendre des systèmes reproductibles
Étape 8 - Chronogramme
Phase | Durée | Activités principales | Ressources | Jalons | Évaluation |
|---|---|---|---|---|---|
Étude préliminaire | 3 mois | Mesure du vent, étude du sol et analyse économique | Ingénieur, technicien | Données météorologiques validées | Qualité et fiabilité des données |
Ingénierie | 6 semaines | Conception technique, plans, spécifications | Ingénieur senior, dessinateur | Plans approuvés | Validation technique |
Permis | 4 mois | Autorisations, études d'impact environnemental | Gestionnaire, consultants | Permis obtenus | Conformité réglementaire |
Acquisition | 10 semaines | Achat d’équipements, assurances et contrats | Acheteur, ingénieur | Équipements contractés | Disponibilité et conformité |
Construction | 6 semaines | Fondation, montage, installation électrique | Techniciens, opérateur de grue | Système installé | Respect planning et sécurité |
Mise en service | 3 semaines | Tests, calibration, formation | Ingénieur, technicien | Système en fonctionnement | Performance vs spécifications |
Étape 9 - Marketing Vert
Bénéfices du Marketing Vert, Labels et Certifications
En plus de la valeur technique et économique, le projet offre d'importants avantages sur le marché et en communication :
Marketing Vert :
Présente l'exploitation agricole comme engagée dans la durabilité et la réduction des émissions
Valorisé par les consommateurs et parties prenantes qui privilégient expressément l'engagement environnemental
Labels et certifications durables :
Le système peut prétendre aux certifications "électricité verte" sous des organismes comme TÜV, Green-e ou équivalents suisses
Les certifications apportent confiance et transparence sur l'origine renouvelable et le faible impact environnemental
Respecte les normes et directives européennes et suisses, améliorant l'accès aux marchés verts et financements favorables
Image cooperative durable :
Renforcement du positionnement environnemental dans les rapports, publicité ou production agricole associée à l'exploitation
Meilleure perception publique et opportunité d'accéder à des soutiens additionnels
Financement et subventions facilités :
La reconnaissance verte augmente les chances de recevoir subventions, incitations et crédits verts
Facilite les alliances avec organisations environnementales, gouvernements et groupes sociaux
Conclusions techniques et finales
Dans l'analyse générale et technique du projet mini éolien à Orbe, Suisse, on conclut que l'implémentation de ces systèmes en contextes ruraux est viable et contribue à l'autosuffisance énergétique. Le dimensionnement technique détaillé du système, qui inclut l'évaluation de la ressource éolienne avec des modèles de Weibull et la sélection de composants clés comme la turbine Eocycle EO-10, une banque de batteries de 192 kWh et un onduleur de 15 kVA, garantit une solution robuste et fiable. Cette approche intégrale démontre qu'avec une planification adéquate, on peut satisfaire la demande énergétique d'une exploitation agricole, assurant l'approvisionnement même en périodes sans vent et minimisant les pertes du système.
Du point de vue économique et social, le projet fait face à un coût d'Investissement initial (CAPEX) élevé qui le rend non rentable sans subventions, avec une valeur actuelle nette (VAN) négative. Cependant, l'application d'incitations gouvernementales réduit le Retour sur Investissement (ROI) à 7,7 ans et améliore le Coût Actualisé de l'Énergie (CAE) à 0,75 CHF/kWh. Au niveau environnemental et marketing, le projet se distingue par sa capacité à éviter 8 820 kg de CO₂ annuels et par avoir un temps de récupération énergétique rapide de seulement 2,4 mois. Cela génère non seulement des bénéfices écologiques, mais positionne aussi l'exploitation comme référence de durabilité, lui permettant d'accéder aux marchés verts et de renforcer son image corporative, malgré les défis comme l'impact visuel et acoustique.
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