Bien que des éoliennes individuelles aient été développées pour être installées sur des bâtiments, elles n’ont pas encore été largement acceptées. Néanmoins, elles peuvent être plus adaptées aux environnements urbains.
Dans cet article, nous examinons la faisabilité d’éoliennes urbaines d’une puissance inférieure à 10 kW, installées sur le toit des bâtiments. Cela contraste avec le photovoltaïque sur le toit et la façade. Selon le site Web de la CEI (Commission électrotechnique internationale), leur norme CEI 61400-2 décrit les petites éoliennes comme celles dont la surface de rotor balayée est ≤ 200 m², ce qui équivaut à un diamètre de rotor de 16 m et une puissance d’environ 50 kW. Cependant, les éoliennes que nous examinons ici sont beaucoup plus petites, allant de 0,3 à 1 m de diamètre et de 0,3 à 10 kW de puissance. Nous explorons également d’autres types d’éoliennes, comme les Windbox de la start-up française Wind my Roof.
Axe horizontal ou vertical ?
Les éoliennes urbaines peuvent être classées en deux catégories distinctes en fonction de l’orientation du rotor : les éoliennes à axe horizontal (HAWT) ou les éoliennes à axe vertical (VAWT). Les HAWT ont un rotor parallèle au vent, soit face aux vents contraires, soit avec une conception aérodynamique. Les VAWT, quant à eux, ont un rotor perpendiculaire au vent.
Les éoliennes à axe vertical peuvent principalement être classées en trois catégories : Savonius, Darrieus et Helical. Les turbines Savonius se caractérisent par leurs pales en forme de S, tandis que les turbines Darrieus, brevetées en 1931 par Georges Darrieus, ingénieur aéronautique français, présentent des pales courbes et symétriques. Enfin, les turbines hélicoïdales, apparues en 1995, présentent une forme hélicoïdale qui réduit les vibrations et le bruit tout en augmentant l’efficacité.
Les éoliennes hybrides offrent une combinaison des avantages des éoliennes à axe horizontal et à axe vertical : les modules Darrieus architecture et Savonius, ou un mélange d’éoliennes à axe vertical et de panneaux photovoltaïques. Cela permet une efficacité accrue, moins de bruit, une meilleure intégration dans les bâtiments et une gamme plus large de vitesses de vent. Cependant, l’alignement avec le vent peut encore être difficile.
Nuisances sonores et secousses
De nombreux bâtiments ont choisi d’installer des éoliennes à axe horizontal, mais après un certain temps, le bruit et les vibrations des éoliennes sont devenus trop forts et intenses pour ceux du bâtiment et des environs. Cela est dû au fait que les pales rencontrent des frottements dans l’air et que le générateur transforme le mouvement en électricité. Pour réduire le bruit, des modèles d’éoliennes à basse vitesse devraient être choisis et un bureau d’études devrait être embauché pour s’assurer que le cadre est approprié, tenir compte des effets de surcharge et de déchirure, ainsi que des moyens de réduire les vibrations telles que les blocs silencieux, les boîtes d’isolation et les dalles de béton.
Le Guide de la construction durable pour la Région bruxelloise indique que le coût d’installation d’une micro turbine éolienne variera de 5 000 € à 10 000 € par kW de puissance, avec un coût d’entretien annuel estimé à 3% du montant de l’investissement. Cette maintenance couvre le fonctionnement de la turbine et son raccordement. Avant l’installation, une étude doit être effectuée pour analyser les vents dominants de l’emplacement choisi, tels que leur vitesse, leur stabilité et leur direction. Des entreprises comme Enerlice ou Diwatt peuvent aider à l’étude et aux procédures administratives nécessaires. Les réglementations françaises pour les petites éoliennes impliquent généralement des modèles à axe horizontal sur un mât et ne tiennent généralement pas compte des solutions carénées ou des turbines à axe vertical sur un toit.
Trois éoliennes françaises
Trois offres françaises intéressantes de start-ups ont été identifiées.
La WindBox, développée avec l’aide de l’APAVE et du CSTB, a été testée dans des conditions météorologiques extrêmes et ses systèmes de sécurité automatisés peuvent supporter des vents allant jusqu’à 180 km/h et des températures allant jusqu’à -15°C. Environ 92% de la WindBox est fabriquée en France et son empreinte carbone, selon les résultats préliminaires de l’étude ACV en cours, est estimée à 25 g CO2eq/kWh sur 20 ans. Il dispose d’une éolienne de 1500 W, de panneaux solaires photovoltaïques de 750 Wc, d’une vitesse de démarrage de 4 m/s pour l’éolienne, d’une coupure d’un vent de 25 m/seconde, d’un poids de 300 kg et d’un poids avec lest de 700 à 900 kg. Wind my Roof prévoit une production annuelle nominale de 2000 kWh d’énergie éolienne, plus 800 kWh d’énergie photovoltaïque, soit jusqu’à 2800 kWh par WindBox. Le nombre de WindBox installées sur un toit peut varier en fonction des exigences du bâtiment et de la capacité mécanique du toit.
En 2014, Unéole a développé une solution basée sur les mêmes principes. La société a suggéré d’installer une plate-forme d’énergie hybride sur la terrasse du toit, comprenant des éoliennes de toit avec un revêtement de toit photovoltaïque.
Enfin, E-Taranis a dévoilé l’éolienne Alae en 2021 ; elle est légère et a une puissance nominale d’environ 2 kW sans bruit ni vibration. Cette turbine peut être montée sur le toit, le pignon ou un mât supérieur sur le sol.
