L'énergie du vent: la vitesse du vent au cube
La quantité d'énergie susceptible d'être convertie en électricité par une éolienne dépend avant tout de la vitesse du vent. L'énergie transportée par le vent varie avec le cube de la vitesse moyenne du vent. Ainsi, un doublement de la vitesse du vent correspond à une augmentation de sa capacité énergétique de 2^3 , soit 2 x 2 x 2 = 8 fois.
Mais comment se fait-il que la capacité énergétique du vent varie avec le cube de sa vitesse? Prenons un exemple illustratif: vous avez peut-être déjà remarqué que si vous redoublez la vitesse d'une voiture, il faudra quatre fois plus d'énergie pour l'arrêter (la seconde loi de Newton).

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, comme nous venons de l'apprendre en étudiant l'exemple de la voiture, quatre fois plus d'énergie.
Le graphe ci-dessus montre que, à une vitesse de vent de 8 m/s, la puissance (quantité d'énergie par seconde) sera de 314 Watt par mètre carré, si le vent souffle d'une direction perpendiculaire à la surface balayée par le rotor.
A 16 m/s, nous obtiendrons une puissance augmentée de 8 fois, soit 2.509 W/m² . Le tableau figurant dans notre manuel de référence vous montrera la capacité énergétique du vent par mètre carré en fonction de la vitesse du vent.

La formule de la puissance du vent
La puissance du vent traversant perpendiculairement une surface circulaire est égale á:

v ^3 r²

Où P = la puissance du vent mesurée en W
= la densité de l'air sec = 1,225 mesurée en kg/m3 (à pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, à 15° C)
v = la vitesse du vent mesurée en m/s
r = le rayon du rotor mesuré en m


2: L'action du vent sur les pales

Ce qui est dit sur l'action du vent est vrai quelque soit le nombre de pales de l'éolienne à axe horizontal.
La résultante des actions du vent sur les pales d'une éolienne à axe horizontal peut être décomposée en 2 forces :

-> P : perpendiculaire à la direction du vent
-> T : appelée traînée, qui a la même direction que le vent



Dans le cas présent, on obtient :

- 2 forces T1 et T2 parallèles et de même sens, qui déplacent le rotor par un mouvement de translation dans le sens du vent
- 2 forces P1 et P2 parallèles et de sens opposé, elles sont toutes deux perpendiculaire à la direction du vent
Les résultantes des forces qui s'exercent sur chacune de ces pales, notées R1 et R2, appliquent une force qui permet de faire tourner le rotor. Il faut donc que les pales puissent s'incliner et soient torsadées afin de capter un maximum de vent.
En théorie, la puissance récupérable par un dispositif, ici une éolienne, de surface S (en m²) est, si l'on considère que la vitesse du vent est constante en tout point de cette surface et que le volume d'air VS en m-3 est celui qui traverse la surface S en 1 seconde ;

P = ½ ( VS x p )V²

V : en m/s-1
S : en m²
p : en kg/m-3
P : la puissance récupérable en Watts

Donc P = ½ x p x S x V^3
Mais si toute cette énergie était captée, il n'y aurait plus de vent derrière les pales de l'hélice, ce qui n'est jamais le cas. Betz, un scientifique allemand, a montré dans son livre Wind-Energie de 1926 que le maximum d'énergie récupérable est égal à 16/27 de la puissance théoriquement récupérable, c'est-à-dire environ 59%.

Si l'on prend comme pour le calcul de l'énergie théoriquement produite,

p = 1,25 kg/m-3
S = 3217 m²
V = 16,6 m/s-1

L'énergie réellement récupérable sera donc :

P = 16/27 x ½ x 3217 x 16,6^3 x 1.25 = 16/27 x 9,197 MJ
= 5,45 MJ = 1515 Wh

Ouai j'ai taper ça à l'arrache sans faire gaffe aux accords et à l'ortho. Désoler pour Mme Carrey xD

I/ Le fonctionnement d’une éolienne :


Introduction :

Le but d’une éolienne est très simple, il s’agit de transformer l’énergie cinétique produite par le vent en énergie mécanique de translation dans le but de produire de l’électricité. On trouve deux types d’éoliennes, les éoliennes à axe horizontal et les éoliennes à axe vertical mais ces dernières étant beaucoup plus courantes, nous nous intéresserons uniquement à elles.
Une éolienne est opérationnelle 95 à 98% de son temps. Elle commence à produire de l'électricité avec un vent faible de 11km/h. A compter des 40km/h, elle est au maximum de sa puissance. Dès que le vent dépasse 90km/h, l'éolienne s'arrête par sécurité en mettant ses pâles en "drapeau", c'est à dire en n'offrant plus de prise au vent.
Mais comment ça marche ? Quel mécanisme assure la fiabilité d'un tel fonctionnement ?


1/ Les différents types d’éolienne
Il existe deux principaux types d’éoliennes pour produire de l’électricité : l’éolienne à axe horizontal et l’éolienne à axe vertical.

1.1/ L’éolienne a axe horizontal :
L’éolienne à axe horizontal est la plus répandue. Son concept, qui est simple, comprend généralement trois pales de 48 mètres de longueur qui forme une immense hélice. Ce type d’éolienne peut atteindre 100 mètres de hauteur, ce qui équivaut à la hauteur d’un édifice de quinze étages. Les éoliennes possédant trois pales sont appelés « tripales » et celles à 2 pales « bipales ». Il en existe même à une seule pale que l’on nomme « monopale ». L’éolienne à axe horizontal peut fonctionner de manière autonome lorsqu’elle est soumise à des vents de plus de 15 km/h. Pour atteindre une production maximale d’énergie, l’éolienne à axe horizontal est munie d’une nacelle. La nacelle permet de modifier l’orientation des hélices selon la direction du vent.
Puissance récupérable

La puissance du vent contenue dans un cylindre de section S est :

, avec :

: masse volumique de l'air (environ 1,23 kg/m3 à 15 °C)
: vitesse du vent en m/s
La puissance récupérable est inférieure, puisque l'air doit conserver une énergie cinétique résiduelle pour qu'il subsiste un écoulement. Albert Betz, physicien allemand a démontré que la puissance maximale récupérable est :

Le rendement maximal théorique d'une éolienne est ainsi fixé à 16/27, soit environ 59,3 %. Ce chiffre ne prend pas en compte les pertes d'énergie occasionnées lors de la conversion de l'énergie mécanique du vent en énergie électrique.
1.2/ L’éolienne a axe vertical :
De son côté, l’éolienne à axe vertical conçue au Canada ne possède aucune hélice. L’hélice a été remplacée par deux longues pales recourbées qui se rejoignent aux extrémités de l’axe (comme celle sur la photo). Ce type d’éolienne peu atteindre 110 mètres de hauteur, ce qui fait d’elle la plus haute et la plus puissante au monde (4 MW). Même si la construction d’une éolienne à axe vertical est plus onéreuse, elle comporte cependant quelques avantages. Par exemple, la génératrice est située au pied de l’éolienne, ce qui facilite son entretien, tout en permettant d’augmenter la hauteur de l’éolienne étant donné que le poids de la génératrice se trouve pratiquement au sol. Autre avantage : aucun mécanisme n’est nécessaire pour orienter les pales en direction du vent. L’éolienne à axe vertical a été conçue pour tirer profit de la vitesse maximale du vent, peu importe la direction d’où il vient.

Remarque :
En plus de ces deux types d’éoliennes, il en existe un autre type appelé « éolienne multipale ». Ces éoliennes servent uniquement à produire de l’énergie mécanique et non électrique. Les producteurs agricoles l’utilisent pour faire fonctionner leur pompe à l’eau. Comme son nom l’indique, l’éolienne multipale est munie de plusieurs pales, ce qui rend sa rotation plutôt lente. On peut voir ce type d’éolienne en campagne, particulièrement sur les fermes ou dans les champs servant à l’agriculture.

2/ Principe de fonctionnement d’une éolienne
Nous nous intéresseront donc principalement a l’éolienne a axe horizontal.
2.1/ Les composants d’une éolienne :
Une éolienne se voit de loin, et pour cause : c’est une machine de grandes dimensions, perchée très haut. Cette haute taille est la conséquence des progrès techniques accomplis dans les dix dernières années afin d’améliorer la puissance électrique et la compétitivité des éoliennes.
Une éolienne est composée de trois parties principales : le mât, la nacelle et le rotor.

Le mât, généralement en métal, supporte l’ensemble des équipements permettant de produire l’électricité (nacelle + rotor). Il est fixé sur une fondation implantée dans le sol, une lourde semelle en béton qui assure l’ancrage et la stabilité de l’éolienne. Le mât des éoliennes atteint aujourd’hui 80 m de haut pour les plus puissantes (exceptionnellement jusqu’à 100 m). Pourquoi les éoliennes sont-elles si haut perchées ? C’est parce que le vent souffle plus fort à quelques dizaines de mètres de hauteur, où il n’est pas perturbé par l’effet des obstacles : relief, arbres, maisons…

Le rotor est composé du nez et de l’hélice, qu’on désigne le plus souvent sous le nom de pales de l’éolienne, construits avec des technologies dérivées de l’aéronautique. Le rotor possède en général 3 pales, plus rarement 2. Les pales sont aujourd’hui faites de matériaux composites à la fois légers et assurant une rigidité et une résistance suffisantes. Leur longueur atteint actuellement entre 30 et 55 mètres, soit un diamètre du rotor compris entre 60 et 110 mètres. Pourquoi de telles dimensions ? La puissance d’une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par ses pales (un cercle), donc au carré de son diamètre rotor. Le rotor transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique.

La nacelle comprend tous les éléments mécaniques qui permettent de transformer l'énergie mécanique produite par les pales en énergie électrique. Les pales, l'anémomètre et le rotor sont fixés dessus. A l'intérieur se trouvent la boîte de vitesse, la génératrice, les systèmes de contrôles, le capteur de température (huile de la boite de vitesse afin de distinguer une usure prématurée), le capteur de vibration et le capteur de vitesse (une éolienne commence à tourner à partir de 20km/h, est à sa pleine puissance à 60km/h, et les pales arrêtent de tourner lorsque le vent dépasse 90km/h). La nacelle se situe à environ 60 mètres au dessus du sol et les pales mesurent (sur une éolienne de 100 mètres) environ 32 mètres.
Les éoliennes sont également dotées d’un système de supervision et de contrôle très performant, élaboré autour d’un calculateur qui permet notamment :
· d’orienter le rotor de l’éolienne perpendiculairement à la direction du vent ;
· de modifier l’angle d’incidence des pales par rapport au vent, afin de maximiser la récupération d’énergie.
Grâce à ce système de supervision et contrôle, l’éolienne peut être arrêtée automatiquement et très rapidement en cas de nécessité. La sécurité du fonctionnement des éoliennes est ainsi assurée en continu.

Je peux pas caser d'images, sinon firefox plante, donc il manque la moitier des trucs dont les formules :/

Il reste la derniere partie sur les composants de la nacelle, je revoie ca et je la mets

Au moment de réécrire, reformuler la partie "coùts de production, d'installation, d'entretien", j'ai un paragraphe qu'il faudra caser dans la rubrique couts d'installation, pour souligner la complexité du travail et donc les couts élevés. le voici :

Citation:

Le montage sur site d’une éolienne est une opération courte (une à deux semaines) mais complexe. Les principales étapes sont les suivantes : - l’aménagement des accès et de la plate-forme d’une surface d’environ 1 000 m² (soit 10 ares) située au pied de l’éolienne et servant à son montage ; - la construction de la fondation en béton d’une profondeur de 2,5 à 3 mètres et d’un volume - total de 250 m³ au minimum ; - le raccordement au réseau électrique : celui-ci est entièrement enterré jusqu’au poste-source EDF le plus proche ; - le montage de l’éolienne : tous les éléments sont transportés sur place par une quinzaine de camions semi-remorques. Une grue automotrice d’une capacité de levage de 500 tonnes est utilisée pour mettre en place les différents tronçons de la tour, la nacelle et les trois pales du rotor.

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"Un objet laché d'une certaine hauteur choisit toujours de retomber." Gnié?

Voilà donc deux belles images: on devra en choisir une à mettre dans le chapitre "Facteurs d'optimisation", au paragraphe "placement stratégique des parcs éoliens..."

http://www.francaisedeoliennes.com/fr/carte-eolien.htm

http://www.windpower.org/fr/tour/wtrb/rotor.htm

http://www.windpower.org/fr/tour/wtrb/stall.htm

http://209.85.135.104/search?q=cache:nja-3zsJif0J:www.inp-toulouse.fr/edyf/sujets_th05/Saintlos_Harran.pdf+mod%C3%A9lisation+d%27une+pale+d%27%C3%A9olienne&hl=fr&ct=clnk&cd=1&gl=fr&safe=vss


Là, si on arrive à comprendre ça... on a la possibilité de dénicher des informations potables et sûres...

Léo a récupéré un TPE chez Simon sur les énergies. Dedans, il y a 16 pages sur les éoliennes.