Pourquoi les éoliennes produisent-elles plus d'électricité quand il fait froid ?

Pourquoi les éoliennes produisent-elles plus d’électricité quand il fait froid ? La réponse tient à la fois à la physique de l’air et au fonctionnement même des turbines.

La densité de l’air : un facteur clé

L’électricité produite par une éolienne dépend principalement de la vitesse du vent et de la densité de l’air. La formule de base est la suivante :

Puissance = ½ × ρ × S × v³ × Cp

où ρ est la densité de l’air, S la surface balayée par les pales, v la vitesse du vent et Cp le rendement aérodynamique.

Or, la densité de l’air varie avec la température. À 0 °C, l’air est environ 10 % plus dense qu’à 30 °C. Concrètement, 1 m³ d’air pèse environ 1,29 kg à 0 °C contre 1,16 kg à 30 °C. Cette différence, qui peut sembler faible, a un effet direct sur la puissance récupérée : plus l’air est lourd, plus il contient d’énergie cinétique pour une même vitesse de vent.

Exemple chiffré

Prenons une éolienne terrestre de 2 MW, avec un vent de 12 m/s. À 30 °C, elle produira environ 1,7 MW. À 0 °C, dans les mêmes conditions de vent, elle peut monter à 1,9 MW. Le gain est donc de plus de 10 % simplement dû au froid.

Les régimes de vent en hiver

À cela s’ajoute un autre facteur : en hiver, dans beaucoup de régions tempérées, les vents sont plus soutenus et plus réguliers. En Europe par exemple, les parcs éoliens atteignent souvent des facteurs de charge (le rapport entre production réelle et production théorique maximale) de 35 à 40 % en hiver, contre seulement 20 à 25 % en été. Cela signifie que non seulement chaque tour de pale produit davantage d’énergie, mais qu’en plus, les éoliennes tournent plus longtemps à des vitesses optimales.

Attention aux extrêmes

Il existe toutefois une limite. Les éoliennes sont conçues pour fonctionner entre environ -20 °C et +40 °C. En dessous, la glace peut se former sur les pales, modifiant leur aérodynamique et diminuant la production. C’est pourquoi certaines machines sont équipées de systèmes de dégivrage.

En résumé

Les éoliennes produisent plus d’électricité par temps froid, d’abord parce que l’air est plus dense et contient donc plus d’énergie, ensuite parce que les régimes de vent hivernaux sont plus favorables. C’est ce double effet qui explique que, dans des pays comme la France, l’Allemagne ou le Danemark, les records de production éolienne se situent presque toujours en hiver.

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