Une éolienne capte l'énergie cinétique du vent et la convertit en un couple qui fait tourner les pales du rotor. Trois facteurs déterminent le rapport entre l'énergie du vent et la puissance restituée par le rotor: - la densité de l'air - la surface balayée par le rotor - la vitesse du vent

• Densité de l'air

L'énergie cinétique contenue dans un objet en déplacement est proportionnelle à sa masse volumique. Elle dépend donc de la densité de l'air, c'est-à-dire, la masse de l'air par unité de volume. Autrement dit, plus l'air est dense, plus la partie de l'énergie récupérable par l'éolienne est importante.

A une pression atmosphérique normale et à une température de 15 degrés Celsius, l'air pèse environ 1,225 kg par mètre cube. Cependant, la densité diminue un peu lorsque l'humidité de l'air augmente.
De même, l'air froid est plus dense que l'air chaud, tout comme la densité de l'air est plus faible à des altitudes élevées (dans les montagnes) à cause de la pression atmosphérique plus basse qui y règne.

• Surface balayée par le rotor

L'énergie récupérable par une éolienne dépend de la surface balayée par son rotor.

En réalité, une éolienne dévie le vent même avant que celui-ci atteigne la surface balayée par le rotor. Il en résulte qu'une éolienne ne pourra jamais récupérer l'énergie cinétique totale transportée par le vent.
Une éolienne freine obligatoirement le vent lorsqu'elle capte son énergie cinétique et la convertit en énergie rotative. Pour cette raison, la vitesse du vent à l'avant du rotor (à droite) est toujours supérieure à celle à l'arrière (à gauche).

• La production varie avec la vitesse du vent

La quantité d'énergie susceptible d'être convertie en électricité par une éolienne dépend avant tout de la vitesse du vent. La production de l’éolienne varie avec le cube de la vitesse moyenne du vent. Ainsi, un doublement de la vitesse du vent entraine une augmentation de production de 2³ , soit une production 8 fois plus importante.

En effet, une éolienne capte l'énergie en freinant le vent. Un doublement de la vitesse du vent entraînera donc le passage de deux fois plus de disques d'air à travers le rotor par seconde, chaque disque transportant quatre fois plus d'énergie.

Si à une vitesse de vent de 8 m/s, la puissance (quantité d'énergie par seconde) dégagée est de 314 Watt par mètre carré, alors à 16 m/s, nous obtiendrons une puissance augmentée de 8 fois, soit 2.509 W/m 2.

• Puissance restituée

Une éolienne produit une quantité de courant variable en fonction de la vitesse du vent. Suivant le type d’éolienne (diamètre des pales, profil des pales, rendement du générateur, etc.), la performance maximale ou puissance nominale sera atteinte à des vitesses de vent différentes. Cette puissance s’exprime en Watts.
En principe, plus fort est le vent, plus la production augmente, jusqu’au seuil nominal du type d’éolienne choisi.

La puissance du vent contenue dans un cylindre de section S est définie par la formule suivante :
P cinétique = 1/2 p.S.V³

avec :
p : masse volumique de l'air (environ 1,23 kg/m3 à 15 °C)
V : vitesse du vent en m/s

Si la vitesse du rotor n’est pas contrôlée cela peut engendrer des dysfonctionnements et des dommages aux mécanismes de l’éolienne. Pour éviter ce risque, nos fabricants règlent la vitesse maximale de leurs rotors à une valeur sécuritaire. L’éolienne fonctionne ainsi a une plage de vitesse de vent qui se situe généralement entre 3 et 25 m/s.