Énergie propre pour tous : Les avantages de l'éolienne domestique

Une énergie propre à l’échelle locale, c’est ce que promet une éolienne domestique. Faut-il un permis pour l’installer ? Est-ce rentable financièrement ? Voici les réponses à toutes vos questions sur cette technologie. 

Principe de base et mécanismes internes d'une éolienne domestique

Avant d’entrer dans le détail des turbines, il faut commencer par distinguer l’éolienne en fonction de sa puissance. Dans ce domaine, 3 distinctions doivent être opérées : 

1. La petite turbine : puissance inférieure à 2 kW, 

2. La turbine moyenne : puisse comprise entre 2 et 100 kW, 

3. La grande turbine : puissance supérieure à 100 kW. 

Parmi les éoliennes domestiques, on ne trouve que rarement une éolienne d’une puissance supérieure à 20 kW, mais l’éolien domestique peut aller jusqu’à 36 kW. Au-delà, ces installations sont réservées à un usage professionnel ou industriel. Dans leur principe de fonctionnement, la production d’énergie est simple à comprendre : 

1. Le vent fait tourner les pales, 

2. Les pales entraînent un générateur, 

3. Le générateur produit de l’électricité, 

4. L’électricité circule dans des câbles situés dans le mât,

5. Ces câbles sont raccordés à des batteries ou au réseau.

Maintenant, quelle différence fait-on entre une éolienne verticale et une éolienne horizontale ?     

Différence entre éolienne verticale et horizontale

Une éolienne verticale est un modèle dont les pales tournent sur un axe vertical. Ce sera, par exemple, le pied de l’éolienne dans son ensemble qui sera rotatif et dédié à la production d’énergie, avec un générateur au sol.  

Une éolienne horizontale, quant à elle, est constituée d’un mât qui porte une turbine posée sur un axe horizontal appelé « nacelle ». Les pales sont fixées en hauteur, directement au nez de la turbine. Lorsque le vent les fait tourner, ce n’est pas l’ensemble du mât qui tourne, comme pour les éoliennes verticales, mais simplement la turbine à laquelle les pales sont accrochées. Le générateur se trouve alors au sommet de l’éolienne, dans la nacelle. 

Toutefois, la grande différence entre les éoliennes verticales et les éoliennes à axe horizontal repose dans les contraintes structurelles qu’elles subissent. On parle notamment ici de : 

• Angle d’incidence, 

• Contraintes d’envergure, 

• Angle d’écoulement de l’air, 

• Coefficient de distribution de pression, 

• Effet d’aspiration, 

• Sillage des instruments en rotation (éoliennes verticales), 

• Sillage de la nacelle (éoliennes à axe horizontal fixe), 

• Sillage du mât (éolienne à axe horizontal mobile). 

Pour simplifier, disons que les pales des éoliennes à axe horizontal doivent supporter une force de gravité toujours constante, couplée à une force inertielle constamment changeante. Ces contraintes, qui existent aussi pour les éoliennes verticales, sont moindres. 

Par conséquent, les éoliennes verticales s’usent moins vite, et sont plus faciles à réparer car le générateur est situé au niveau du sol et non pas dans la nacelle. 

A cela, il faut encore distinguer 2 situations. Les éoliennes peuvent fonctionner, soit : 

• Face au vent, 

• Avec vent arrière. 

Lorsqu'elles tournent face au vent, la nacelle est fixe. Lorsqu’elles fonctionnent avec un vent arrière, elles s’orientent dans la direction du vent. Il est important de noter que la fatigue des pales est plus importante sur les éoliennes fonctionnant avec un vent arrière, à raison de 50% d’augmentation par rapport à une éolienne fixe, avec un vent de 7 m/s. 

Comment l'éolienne domestique alimente-t-elle la maison ?

Il existe 2 solutions : 

• Raccorder l’éolienne au réseau, 

• Raccorder l’éolienne à la maison. 

Dans le premier cas, vous pourrez vendre votre électricité à Hydro-Québec. Dans le second, l’éolienne alimentera directement votre maison. Comment ? Grâce à deux éléments : 

• Le régulateur, 

• Les batteries de stockage.  

Le régulateur alimente les batteries en électricité créée par les turbines. Il sert également à protéger les batteries lorsque l’éolienne tourne trop rapidement. Autre avantage du régulateur : vous pouvez y brancher des panneaux solaires. Ainsi, lorsque vous avez très peu de vent, vous pouvez tout de même recharger vos batteries. Ce sont elles qui vont alimenter votre maison en électricité.

Les différentes puissances des éoliennes domestiques

Nous avons vu précédemment qu’il existe 3 classifications de turbines (petites, moyennes, grandes). On peut aussi les distinguer selon leur usage : 

• Micro-éolien : < 1 kW. 

• Éolien domestique : 1 kW à 36 kW, 

• Éolien moyen (professionnel ou industriel) : 37 kW à 350 kW, 

• Grand éolien : 2 à 3 MW.

La puissance d’une éolienne dépend directement de son diamètre. Une règle de calcul simple permet d’ailleurs d’en estimer la puissance potentielle : 

Puissance = 0.15 X diamètre ^2.15 (^ étant le signe d’insertion de l’exposant)

Installation d'une éolienne domestique : ce qu'il faut savoir

Les critères pour choisir l'emplacement idéal

1. Lieu d’habitation, 

2. Direction du vent, 

3. Type d’éolienne.

Votre lieu d’habitation

Selon l’endroit où se trouve votre maison, les critères pour choisir l’emplacement idéal de vos turbines sont indépendants de votre volonté. En effet, il est possible que vous habitiez l’un des environnements suivants : 

• Zone densément peuplée, 

• Banlieue, 

• Région partiellement forestière. 

Dans ce cas, le vent est naturellement ralenti par les obstacles qui se trouvent tout autour de votre maison. Il vous faudra alors veiller à choisir une éolienne domestique capable de produire de l’électricité malgré un vent faible. Nous y reviendront dans la partie consacrée au choix du bon modèle d’éolienne domestique au Québec.

Direction du vent

La direction du vent concerne surtout l’éolienne fixe à axe horizontal. Celle-ci est intéressante, car le vent dominant au Québec vient de l’Ouest. Il n’y a que durant les mois d’avril et mai que le flux d’air change notablement de direction : 

• Avril : Nord Nord-Est (NNE), 

• Mai : Nord-Ouest (NO). 

Sur le reste de l’année, 5 mois sont plein Ouest et 5 mois présentent un vent légèrement en biais avec du ONO (mars), du SO (juin) et du OSO (juillet-août-septembre). Autant dire que si vous optez pour une éolienne fixe, la production d’électricité ne sera réellement gênée que durant 2 mois (avril et mai).   

Le type d’éolienne

Aux 2 premiers critères s’ajoutent aussi, pour les turbines à axe horizontal, le positionnement par rapport au vent. Nous l’avons déjà dit, certaines sont faites pour tourner face au vent (fixes), d’autres sont étudiées pour fonctionner avec un vent arrière, et s’orientent avec la direction du vent (mobiles).

Vous devez donc veiller à tourner votre éolienne à axe horizontal dans le bon sens, c’est-à-dire le nez de la turbine vers l’Ouest pour une éolienne fixe, et vers l’Est pour une éolienne qui fonctionne par vent arrière. 

En termes de production d’énergie, les 2 modèles se valent, mais l’éolienne fonctionnant avec vent arrière s’use plus rapidement, à cause du sillage du mât. Quand bien même celui-ci serait aérodynamique, un changement de direction de la turbine de plus de 10° met un terme à cet avantage. 

Achat d’éolienne domestique : laquelle choisir au Québec ?

Une étude parue dans le Journal of Cleaner Production en mars 2023, a montré que les 2 turbines les plus efficaces sous un vent faible sont : 

• Vent de 3m/s : modèle de type Savonius-Darrieus, 

• Vent de 5m/s : modèle de type Savonius, 

• Vent de 7m/s : modèle de type Savonius, 

• Vent de 10m/s : modèle de type Savonius. 

Il faut savoir qu’au Québec, les mois les plus venteux sont janvier-février-mars et avril, tandis que les mois les moins venteux sont juin, juillet, août, septembre et octobre. 

À titre d'exemple, le vent moyen dans la ville de Québec ne dépasse pas 2.96 m/s annuellement. Le modèle hybride Savonius-Darrieus est donc le plus adapté.

À Montréal, les données sont un peu différentes. La vitesse de vent moyenne dans la plus grande ville de la province est de 4.1 m/s. Le choix entre un modèle Savonius-Darrieus et une Savonius devient donc possible pour assurer une production d’énergie optimale. À condition toutefois que votre voisinage ne fasse pas sérieusement baisser la vitesse du vent. 

Autre exemple avec Gaspé, qui est probablement la ville la plus venteuse de la province. Avec un vent annuel moyen de 4.7 m/s, l’installation d’une éolienne de modèle Darius est la plus adéquate pour profiter d’une production d’énergie optimale.  

Par conséquent, avant de choisir d’investir dans une éolienne d’une puissance donnée, nous vous conseillons d’acheter un anémomètre et d’enregistrer les relevés sur une année complète. Ainsi, vous aurez une vision très précise des turbines vers lesquelles vous pouvez vous tourner. 

Il est même possible que vous vous rendiez compte que le prix d’un tel système ne pourra jamais être amorti. Tout dépend de votre lieu de résidence.  

La hauteur idéale pour une éolienne domestique

La hauteur idéale est celle-ci : le plus haut possible. Voici un tableau mettant en évidence le gain de puissance selon la hauteur d’une éolienne : 

Vous devez donc placer vos turbines le plus haut possible. La communauté métropolitaine de Québec, au travers du règlement n° 2007-22, classifie les éoliennes selon les tailles suivantes : 

• > 35 mètres : grande éolienne, 

• 12 à 35 mètres : moyenne éolienne, 

• < 12 mètres : petite éolienne. 

Bien sûr, des règles viennent s’imposer à vous si vous décidez de construire une petite éolienne. En l’espèce, dans la communauté métropolitaine de Québec, vous ne pouvez pas installer une petite éolienne « à moins de trois fois sa hauteur de toute installation humaine », sauf pour le bâtiment principal dont elle est l’accessoire (c’est-à-dire votre maison). 

Un autre problème concerne le voisinage. Puisque, toujours selon le même règlement, vous ne pouvez pas installer une éolienne « à moins de quatre fois sa hauteur de toute limite d’une propriété foncière », sauf si vous passez devant le notaire avec votre voisin pour revoir cette limite à la baisse. Vous devez donc chercher l’accord du voisinage pour donner vie à votre projet.  

Par conséquent, avant d’entamer toute installation d’une éolienne, rendez-vous dans votre mairie. Par exemple, dans le schéma d’aménagement et de développement de la MRC du Rocher-Percé (Gaspésie-Îles-de-la-Madeleine), les principales conditions sont les suivantes : 

• Zone : agricole, forestière ou de récréation extensive, 

• Nombre : une seule éolienne si le terrain est résidentiel, agricole ou récréatif, 

• Superficie du terrain : 4 000 m² minimum, 

• Distance d’une limite de terrain : 20 m minimum, 

• Localisation : cour arrière uniquement.

• Hauteur maximale : 15 m, 

• Forme : longitudinale tubulaire, 

• Distance d’une habitation : 1.5 fois sa hauteur, 

• Haubans : interdits (sauf durant la construction), 

• Couleur : blanc et gris. 

Les étapes d'installation d'une éolienne sur le toit

Étape 1 : Evaluer la production future

La ressource éolienne n’offre jamais la production d’énergie annoncée lors de l’achat. Cette dernière est toujours inférieure de 20% lorsqu’elle se trouve placée dans une zone optimale. Ce rendement peut même descendre à 50% ou 60% de ce qui est prévu. 

Pour savoir si votre toit sera un bon « gisement éolien », vous devez effectuer des mesures avec un anémomètre. Une éolienne de toit va généralement commencer à produire avec un vent de 3 m/s. Elle atteindra sa pleine puissance avec un souffle à 18 m/s. 

Si vous vous reportez aux tableaux que nous avons réalisés plus haut pour les villes de Québec, Montréal et Gaspé, vous comprenez tout de suite que la ressource éolienne est rarement dans une production d’énergie de 100%. 

Étape 2 : Privilégier les bordures de toit

En anglais, cela s’appelle le « corner flow ». Il s’agit de l’accélération des vents sur les bâtiments au moment de la remontée de la façade par le flux d’air. Pour en profiter pleinement, vous devez installer votre éolienne de toit au centre du toit et suffisamment haut pour positionner les pales dans le flux. 

Là encore, effectuer des mesures préalables, à différentes hauteurs, avec un ou plusieurs anémomètres peut être particulièrement intéressant avant d’installer une éolienne. 

Étape 3 : Comprenez la géométrie du quartier

Mettre une éolienne sur un toit est une chose, la mettre au bon endroit en est une autre. Dans ce domaine, le « corner flow » n’est pas le seul élément à prendre en compte. Il y a aussi la rugosité du sol. C’est-à-dire le nombre d’obstacles que doit traverser ou contourner le vent avant d’arriver sur les pales de votre éoliennes. 

Ces obstacles peuvent autant être des arbres que des façades de maisons ou d’immeubles. Vous devez donc tenir compte de l’organisation des constructions autour de votre habitation, ainsi que de la forme de leur façade.   

L’ensemble de ces éléments jouent fortement sur la qualité du flux d’air. 

Petite ou une mini éolienne: comment choisir ?

Avantages et inconvénients de la mini éolienne

Commençons par voir les avantages des turbines. 

Tout d’abord, la ressource éolienne est exploitable par les particuliers dans la catégorie du petit éolien (1 à 36 mW). Cette puissance peut déjà permettre une certaine autonomie énergétique. 

La mise en place d’une éolienne domestique est relativement simple, et sa durée de vie est de 15 et 30 ans. Autrement dit, un retour sur investissement est possible. Mais nous verrons cela plus en détail un peu plus loin dans cet article. 

Autres avantages du petit éolien dans le jardin ou sur le toit de la maison : 

• Vous pouvez vendre l’électricité à Hydro-Québec, 

• Vous pouvez alimenter directement votre maison. 

Vous avez donc le choix d’envoyer directement votre courant continu sur le réseau ou de le stocker dans des batteries pour faire fonctionner votre chauffage et votre électroménager.

Poursuivons par les inconvénients.  

Le premier problème repose sur le bruit que fait une éolienne en fonctionnement. Selon les modèles, vous aurez entre 41.2 dB(A) et 55,6 dB(A) à entendre nuit et jour. A quoi cela correspond-il  ? Au bruit d’une rue résidentielle en permanence dans le jardin. Voici pourquoi l’accord des voisins, même s’il n’est, selon les circonstances pas nécessaire, est tout de même important.

Ensuite, l’éolienne domestique possède un autre inconvénient majeur : sa productivité. Nous en reparlerons dans le calcul de la rentabilité, mais une éolienne ne produit que 50% à 80% de sa puissance théorique. Vous avez bien compris que cela dépend de l’orientation de votre terrain, des éléments qui vous environnent, etc. 

Le gouvernement de l’Ontario souligne avec justesse que, pour être rentable, une éolienne doit bénéficier d’une vitesse de vent d’au moins 4 m/s à 4.5 m/s. A Québec, nous sommes à moins de 3 m/s. A Montréal, le seuil théorique de rentabilité est tout juste atteint, avec un vitesse de vent à 4.1 m/s. A Gaspé, la moyenne annuelle de 4.7 m/s laisse une certaine marge entre la théorie et la réalité.

Le mieux est donc d’opter pour une éolienne de type Savonius ou hybrid Savonius-Darrieus. Ce sont des éoliennes verticales capables de produire de l’électricité à un vent de 3 m/s. Elles sont donc adaptées aux conditions de vent de la province. 

Pourquoi opter pour une petite éolienne ?

Parce que vous ne pouvez pas installer une éolienne de plus de 36 mW dans votre jardin, et que de nombreuses municipalités limitent même la hauteur de l’éolienne à 15 mètres, pales comprises. 

Vous devez donc opter pour une éolienne qui respecte les standards du schéma d’aménagement local de votre commune. 

L'éolienne domestique est-elle rentable ?

Analyse du coût d'installation versus économie réalisée

Bien qu’il existe des éoliennes domestiques à 3 000$, une Bergey Excel 10kW coûte environ 60 000$ avec deux batteries ou connection au réseau et avec les taxes, mais sans le montage.  

On parle ici d’une éolienne à axe horizontal. Le fabricant indique que son éolienne peut produire annuellement 13 800 kWh avec un vent de 5 m/s, et qu’elle se coupe sous un vent de 2.5 m/s.

Pour simplifier, disons que vous habitez à Gaspé, et que vous profitez d’un vent moyen annuel de 4.7 m/s, arrondi à 5 m/s.

Nous avions déjà calculé la rentabilité d’une installation de modules photovoltaïques, en prenant en compte une maison individuelle avec climatisation et piscine (ou spa). Un tel bien consomme 29 000 kWh par an, d’après les données d’Hydro-Québec. Le coût est donc de 2 911.89$ par an avec un tarif D de 10.041 cents le kWh.

Si chaque année, l’éolienne produit 13 800 kWh, vous économisez 1 385.66$ sur le prix de votre facture. Rapporté sur 15 ans, cela fait une économie de 20 784.87$.  

Sur 30 ans, durée de vie maximale des éoliennes, vous économisez 41 569.8$ sur le prix de vos factures. Par conséquent, si vous investissez dans une éolienne domestique modèle Bergey Excel 10kW, votre retour sur investissement sera négatif de 39 215$ à 18 431$.

Le retour sur investissement d'une éolienne domestique

A l’heure actuelle, il reste négatif. Comme nous venons de le voir, la perte sèche est comprise entre 39 000$ et 18 500$, selon que l’évaluation est faite sur 15 ou 30 ans. Elle pourrait même être plus élevée à Montréal et à Québec, où le vent est moins soutenu qu’à Gaspé. 

Evidemment, ce calcul dépend entièrement de l’évolution du prix de l’électricité, mais aussi du changement climatique. En effet, si au Québec la vitesse du vent semble être stable, des pays comme la France connaissent déjà une augmentation de cette vitesse laissant entrevoir un accroissement de la production éolienne de 37% en 5 ans.

La tendance est mondiale. De 2010 à 2017, les éoliennes ont produit 17% d’électricité supplémentaire grâce à l’accélération des flux d’air. Par conséquent, investir dans la ressource éolienne est comme tous les investissements : un pari sur l’avenir.   

Au Québec, peut-être plus qu’ailleurs, la ressource éolienne peut vous permettre de disposer d’électricité en cas de coupure de courant. Nous savons qu’elles sont régulières dans les difficultés de l’hiver. 

Ainsi, en vous rendant sur le site d’Hydro-Québec, vous pouvez savoir au jour le jour combien de clients se trouvent sans électricité. Par exemple, le jour de Noël 2023, 18 clients se trouvaient sans électricité en Gaspésie, à Lanaudière et au Nord-du-Québec. Une éolienne aurait-elle pu les aider ? 

En réalité non, car le 25 décembre, l’aéroport Jean-Lesage de Québec enregistrait une vitesse de vent de 0 kts à 7 heures, avec quelques rafales à 10 kts vers 22 heures, soit un vent de 5.1 m/s. Donc, avec ou sans éolienne, c’était Noël sans électricité. 

Où acheter une éolienne domestique au Québec ?

Acheter une éolienne domestique en ligne : les meilleurs sites

Les géants Mano-Mano ou Amazon sont largement utilisés pour acheter une éolienne domestique. Mais, vous pouvez aussi vous tourner directement vers les sites des principaux fabricants qui commercialisent des éoliennes en Amérique du Nord : 

• Bergey Windpower (Etats-Unis), 

• Kestrel Wind Turbines (Afrique du Sud), 

• Kingspan (Singapore), 

• Endurance Wind Power (Colombie-Britannique),

• BritWind (Royaume-Uni), 

• Xzeres (Etats-Unis).

Pour être sûr d’avoir affaire à un revendeur certifié, nous vous conseillons soit de demander un devis à différents installateurs d’éoliennes via notre plateforme, soit de prendre contact avec ces fabricants en leur demandant la liste de leurs revendeurs officiels à Québec. 

Cela vous évitera de faire un achat sur un site internet mis en place par un escroc, si vous achetez en dehors des grandes plateformes comme Amazon. 

Les magasins spécialisés dans la vente d'éoliennes au Québec

De plus en plus de magasins se mettent à vendre des éoliennes domestiques, et pas uniquement des enseignes spécialisées : 

• Batteries Expert, 

• Canadian Tire, 

• Energir. 

Entre ces 3 vendeurs, il y a de grandes chances qu’un magasin se trouve proche de chez vous. 

Brancher et entretenir son éolienne domestique

Comment brancher correctement son éolienne domestique ?

Une éolienne domestique possède normalement 3 câbles, qui partent de la turbine jusqu’au sol, au travers du mât. Il est nécessaire de les brancher à un domino pour tirer le câble à l’intérieur du mât. 

A la sortie, vous devez enterrer les câble pour ne les faire ressortir qu’au niveau de votre réseau, qui peut être : 

• Un réseau autonome (votre maison n’est alimentée que par l’énergie éolienne), 

• Un réseau temporaire (utilisation des batteries puis du réseau Hydro-Québec), 

• Un réseau parallèle (passage d’un réseau à l’autre en fonction des besoins).

Pour créer ces réseaux, et surtout pour choisir la meilleure option en fonction de votre situation, faites appel à un électricien disposant du certificat de qualification en électricité. 

Conseils pour l'entretien et la durabilité de l'éolienne

Comme pour tous les matériels, le secret de la longévité d’une éolienne repose dans un entretien annuel réalisé par un professionnel. Ce dernier va : 

• Nettoyer l’éolienne, 

• Vérifier ses pièces (démultiplicateur, pales, alternateur).

Un bruit anormal, un ralentissement de la rotation des pales ou un rendement moins élevé qu’à l'accoutumée, sous des vents de force équivalente, doit immédiatement vous alerter. 

Si le vent est trop violent et votre éolienne ne dispose d’aucun système de freinage, pensez à l’arrêter en cas de tempête ou à changer son orientation. 

Éolienne domestique : une solution pour la transition énergétique ?

Oui et non. A l’échelle individuelle, une éolienne peut être vue comme un moyen de réduire sa facture d’électricité, et donc l’usage du réseau classique d’Hydro-Québec. Toutefois, au Québec, l’électricité produite est très majoritairement hydraulique. C’est-à-dire qu’elle provient d’une énergie propre. Aucun programme provincial de démocratisation de l’éolien domestique ne permettra de faire l’économie de la centrale Diesel des Îles-de-la-Madeleine, qui alimente 13 000 foyers avec 11 000 kW d’électricité. L’éolien domestique ne peut donc être qu’un appoint. 

Du point de vue de la transition écologique, la ressource éolienne reste une source d’énergie intermittente, puisqu’elle dépend d’une source d’énergie inconstante qui est le vent. 

Par conséquent, le grand éolien ne peut être qu’une source d’énergie mineure dans le bouquet énergétique. Pourquoi ? Parce que pour fonctionner, un réseau électrique doit être constant. Un déséquilibre entre la demande et la production entraîne immédiatement une chute du réseau, et donc son arrêt. A l’heure actuelle, les seules sources d’énergie constante sont : 

• L’hydroélectrique, 

• Le thermique nucléaire, 

• Le thermique classique (gaz, fioul, Diesel).

Les recherches dans le domaine de la fusion nucléaire, si elles aboutissent, pourront remplacer les centrales thermiques avec cette même capacité à produire de l’électricité de manière continue. Ce ne sont malheureusement ni les éoliennes, ni les panneaux solaires, qui y parviendront, car ils sont intermittents.

L'énergie du futur à domicile : L'éolienne personnelle

L'adoption d'une éolienne domestique représente un pas important vers une autonomie énergétique durable et respectueuse de l'environnement. Elle permet non seulement de générer sa propre électricité, mais elle incarne également un engagement envers un mode de vie écoresponsable. Les bénéfices à long terme pour les particuliers et pour la planète sont indéniables. En intégrant l'énergie éolienne dans les foyers, nous ouvrons la voie à une ère d'énergie propre, accessible et renouvelable pour tous. Ainsi, les éoliennes domestiques ne sont pas seulement une source d'énergie, elles symbolisent un avenir où le développement durable et l'autosuffisance énergétique sont à la portée de chacun.