Éolienne
Une éolienne est un dispositif composé d'une roue métallique et en plastique à hélices située au sommet d'un pylône. Elle est employée pour capter l'énergie motrice du vent et l'utiliser de différentes manières. Elle peut servir par exemple à faire tourner un moulin ou à pomper de l'eau. Aujourd'hui, elle est surtout importante pour produire de l'électricité, grâce à un générateur électrique alternateur qui transforme l'énergie du vent en une énergie électrique.
Le nom « éolienne » vient du nom du dieu du vent grec Éole.
L'avantage de l'énergie éolienne est qu'elle est une énergie renouvelable (inépuisable qui vient du soleil). Cette production est gratuite une fois installée (son prix est en fonction de la durée de vie de l'éolienne pour amortir le prix de la construction), encombrante, et la quantité d'énergie électrique qu'elle peut produire dépend de la vitesse du vent.
- La transformation en énergie mécanique : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (voilier ou char à voile), pour pomper de l’eau (éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d’un moulin ou produire de l'électricité ;
- La production d'énergie électrique : l’éolienne est couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne au sein d'un système « autonome » avec un générateur d’appoint (par exemple un groupe électrogène), un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie. Une éolienne est parfois qualifiée d’aérogénérateur dès lors qu'elle produit de l'électricité.
Puissance du vent et énergie produite[modifier | modifier le wikicode]
La puissance des éoliennes est variable. Il existe des petites éoliennes pour alimenter un site non relié au réseau électrique ou un voilier, dont la puissance est de 100 à 500 watts.
La puissance est déterminée par celle du vent disponible par m2, la taille de l'éolienne et de son rendement.
La puissance de l'éolienne dans le vent est celle de la force utile (Fu) du vent dans le sens de rotation multipliée par la vitesse V des pales en mouvement.
Pour des anciens moulins à vent très lents avec des voiles cette méthode est assez simple car le vent est stoppé quasiment et la vitesse des pales est lente, ce qui donne un faible rendement, même si la force (F) est élevée, car la puissance est le produit de la force par la vitesse. Si la vitesse augmente, la force diminue car le vent n'est plus stoppé.
Pour une éolienne moderne, le vent n'est pas stoppé, mais dévié comme sur une aile d'avion avec des forces de portance (Fp) et trainée (Ft), mais pas stoppé, ce qui diminue la force utile (Fu) fortement. On cherche à profiter de la portance (Fp) très élevée sur une aile pour augmenter cette force Fu utile dans la direction de la vitesse V.
En contrepartie, la vitesse de la pale est élevée, même il est possible qu'elle dépasse la vitesse du vent en bout de pale et donc il faut prendre la composante Fu de la force F dans le sens de déplacement de la pale avec vitesse V, ce qui assez compliqué.
Donc la force Fu dans la direction de la vitesse est bien plus faible, mais en contrepartie la vitesse des pales est bien plus élevée, en cherchant à avoir un compromis pour un bon rendement.
Force et puissance du vent[modifier | modifier le wikicode]
Puissance utile d'une éolienne performante[modifier | modifier le wikicode]
Il est impossible de stopper complètement le vent, car alors devenu immobile, bloqué, il s'accumule sans fin, exactement comme un flot continu de voitures qui se tamponnent et s'empilent dans une première voiture bloquée en panne sur une route. Il faut pouvoir évacuer l'air et donc le rendement est bien inférieur.
L'ingénieur allemand Albert Betz a calculé cette limitation en 1920, avec un modèle similaire à un péage d'autoroute qui s'élargit car la vitesse des voitures diminue et prend beaucoup plus de place en largeur.
Pour de très grandes puissances, il faut une très grande surface avec d'immense pales très rapides.
Ces éoliennes puissantes sont donc immenses et elles sont placées aux endroits avec un vent fort et régulier, comme aux sommets de collines ou en mer.
Les éoliennes performantes freinent fortement le vent derrière elles et donc les autres éoliennes doivent être fortement éloignées pour avoir un vent régulier et fort sans tourbillons.
Les éoliennes produisant pour vendre l'électricité sont beaucoup plus puissantes : une éolienne terrestre des années 2010 a une puissance maximale d'environ 2 000 000 watts soit 2 mégawatts (MW). Les plus récentes, et en particulier celles qui sont implantées en mer atteignent 6 mégawatts. Néanmoins, leur puissance moyenne au cours de l'année n'est que de 15 à 25 % de leur puissance maximale, parce qu’il n'y a pas toujours un vent suffisant pour les faire tourner ou pour leur faire produire à pleine puissance.
Une éolienne de 2 mégawatts produisant 20 % de sa puissance maximale au cours de l'année (c'est son facteur de charge ou taux de charge) produit une énergie annuelle de 3 500 000 kilowatts-heures par an (soit 3 500 mégawatts-heures).
Le vent provoqué par la chaleur solaire inégale est la ressource de départ utilisée.
Les éoliennes en France[modifier | modifier le wikicode]
Les éoliennes ne sont pas beaucoup utilisées en France : au début de l'année 2005, ce pays comptait six cent vingt-neuf éoliennes. Cependant, l'énergie éolienne est en pleine expansion.
L'inconvénient de l'énergie éolienne est que cette énergie n'est pas souple d'emploi. Aux grands froids en France, donc lorsque la demande d'énergie est plus forte, les vents sont relativement faibles. L'usage important de l'énergie éolienne demande d'avoir d'autres systèmes de production d'énergie disponibles sur demande pour prendre le relais quand le vent est insuffisant1.
En France et en 2023, les éoliennes représentaient 10,2% de la production électrique annuelle. 2
Physique de fonctionnement des éoliennes pour un bon rendement[modifier | modifier le wikicode]
Une éolienne utilise la force du vent sur les pales pour les faire tourner.
Les vieux moulins à vent étaient simples, avec des pales comme des voiles qui coupent beaucoup le passage du vent presque perpendiculaires au vent.
Pour un bon rendement, il faut une grande force sur les pales multipliée par une grande vitesse des pales même plus rapides que la vitesse du vent.
Les vieux moulins à vent ne tournaient pas vite et donc leur rendement était faible, tout en étant très fragiles lors des tempêtes (il fallait tout démonter quand il y en avait, sinon les pales étaient emportées par le vent).
Aussi les éoliennes modernes ont très peu de prise au vent avec des pales très fines et très étudiées qui tournent très vite et qui sont très efficaces sans bloquer le passage du vent lors des tempêtes.
Les pales ont un profil d'aile d'avion avec une grande portance et une faible traînée, avec une finesse d'aile très élevée (longueur très grande par rapport à leur largeur très faible qui diminue la prise au vent des tempêtes et assure une finesse élevée avec un rapport grand de la portance sur la traînée).
Ainsi, les pales résistent aux tempêtes sans être détruites ou bonnes à changer et ont un rendement très bon, comme si elles coupaient le vent sur toute leur surface de rotation lorsque le vent a la bonne vitesse.
Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]
Vidéos[modifier | modifier le wikicode]
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Vikidia possède une catégorie d’images sur les éoliennes. |
Sources et références[modifier | modifier le wikicode]
- ↑ Article du figaro du 11 février 2008
- ↑ Rapport d'activité 2023 RTE
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