L'éolienne
"Aérogénérateur" est le terme exact pour désigner une éolienne. Ce terme évoque l'association d'un rotor, qui est la partie aérodynamique et d'une génératrice, qui est la partie électrique. Dans cette première partie nous allons présenter l'éolienne ainsi que son fonctionnement.
- La force du vent :
Les éoliennes sont montées à une hauteur de 60 mètres pour les plus petites d'entre elles, certaines, situées dans des fermes offshores mesurent plus de 100 mètres de haut pour être exposées à un vent plus fort qu'au sol. Pour qu'une éolienne atteigne une production convenable elle doit étre placée à des endroits bien précis. Par exemple pour bénéficier de l'effet Venturi les éoliennes seront placées dans des régions montagneuses, ou le relief est important car lorsque le vent va s'engouffrer dans un passage plus étroit, afin de garder le même débit il va subir une accélération. Ce phénomène de la dynamique des fluides a été découvert par Giovani Battista Venturi, un physicien italien. Les pales, lorsqu'elles tournent, transforment directement l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Le moyeu au centre du rotor, entraîne alors une génératrice qui va produire du courant alternatif. Ce courant alternatif à défaut de pouvoir être stocké, va être converti en courant continu puis reconverti en courant alternatif pour ensuite être reversé à EDF qui garde l'entière exclusivité de distribuer ce courant aux habitants.
- Les composants d'une éolienne :
Les pales : elles sont composées de fibres de verre et de matériaux composites. Les pales ont le rôle de capter l'énergie du vent pour le transférer ensuite au rotor. Le diamètre des pales est en fonction de la puissance désirée. Pour une puissance de 10kW, le diamètre est de 7 mètres. Pour 0,2 MW, le diamètre est de 27 mètres. Et pour une puissance de 2MW, le diamètre de la pale sera de 72 mètres.
Le moyeu : cet élément permet d'orienter les pales pour réguler la prise du vent. Par vent faible, le vent résultant monte et la pale est quasi verticale. Alors que par vent fort, le vent résultant s'incline et la pale doit faire de même.
Le rotor : il est constitué des pales et du moyeu. Il permet la transformation de l'énergie cinétique, en énergie mécanique. Le diamètre du rotor détermine la puissance de l'éolienne :
P = 0,15.D2,15
P = Puissance (en W)
D = Diamètre du rotor (en m)
Le frein : ce composant permet à l'éolienne de s'arrêter en cas de vent trop violent.
Le multiplicateur : c'est une boîte à engrenage, il sert à augmenter la fréquence de rotation pour garder un bon rendement au générateur électrique.
La génératrice : elle est située dans la nacelle de l'éolienne et est précédée par un arbre mécanique. L'énergie mécanique transmise par le multiplicateur est transformée en énergie électrique par le générateur.
Le mat : il est tubulaire et creux. Une échelle permet d'accéder par l'intérieur à la nacelle. Le plus grand du monde atteint 120 mètres. A partir d'une certaine hauteur (60 mètres), un ascenseur doit être installé dans le mât pour des raisons de sécurité, pour pouvoir accéder à la nacelle. A sa base se trouve l'équipement électrique qui injecte le courant produit dans le réseau.
Schéma d'une éolienne
Intérieur creux du mât
- Formule de l'énergie cinétique :
L'énergie du vent est appelée énergie cinétique. Le vent est un fluide, une masse d'air qui se propage à une vitesse donnée. L'énergie cinétique d'une masse est égale à la moitié du produit de cette masse par le carré de la vitesse de déplacement. On écrit donc cette formule comme tel :
E = 1/2.m.V2
E = Energie cinétique (en J)
m = Masse du volume de fluide (en kg)
V = Vitesse du fluide (m/s)
- Un type différent d'éolienne : éolienne à axe vertical :
Les éoliennes à axe vertical possèdent généralement un rendement plus faible qu'une éolienne classique à pales. Mais ces éoliennes sont utilisés car elles peuvent tourner malgré un vent supérieur à 220km/h et même s'il vient dans n'importe quelle direction, à l'inverse d'une éolienne à axe horizontal. Ce type d'éolienne réduit également le bruit, par rapport à une éolienne traditionnelle. Le principe de fonctionnement est un rotor qui tourne autour d'un strator à ailettes.
Les éoliennes à axe vertical de type Darrieus :
Il existe trois types d'éoliennes Darrieus.
Le premier est un simple rotor cylindrique, avec deux profils de part et d'autre de l'axe. Ce type de déclinaison s'appelle : Le Rotor Darrieus.
Le second type est un rotor parabolique. Les profils sont recourbés et sont accrochés au sommet et à la base de l'axe vertical. Cette éolienne s'appelle : Le Rotor Hélicoïdale.
Et le troisième type est un rotor simple, mais les profils sont accrochés uniquement au sommet et sont au nombre de trois. Comme une éolienne classique à trois pales. Cette déclinaison s'appelle : Le Rotor Darrieus H.
Les éoliennes à axe vertical de type Savonius :
Ces éoliennes commencent à tourner même avec des vents très faibles mais la rentabilité est plus faible qu'une éolienne de types Darrieus ou avec une éolienne à axe horizontal. Elle est constituée d'un rotor avec deux demi-cylindres qui tournent sur un même axe.
