A-Présentation

1-Historique

On estime que le principe de l'éolienne était déjà connu en 200 avant J-C, chez les Perses qui utilisaient alors des moulins à vents afin de moudre le grain. Il faut attendre le XII° siècle pour voir les premiers moulins apparaître en Europe. Les paysans les utilisèrent pour échapper aux impôts taxant l'utilisation des cours d'eau sur les terres seigneuriales.

Moulin à vent du XIVème siècle

Mais c'est surtout au Moyen Age que les moulins à vent se sont considérablement développés notamment aux Pays Bas qui s'en servaient (encore aujourd'hui) pour pomper l'eau des rivières et des canaux. La fabrication de l'huile et du papier a alors connu un véritable essor pendant cette période.

La première éolienne destinée à produire de l'électricité fut construite par Charles F. Brush en 1887. Composée de 144 pâles et d'un diamètre de 17 m, elle ne produisait que 12 kW.

Première éolienne crée par Charles F. Brush

Première éolienne crée par Charles F. Brush (dessin dans un journal)

Le météorologiste danois Poul La Cour (1846-1908) qui voyait dans l'électricité une des techniques qui auraient le plus d'importance dans l'avenir, fit des recherches pour améliorer l'efficacité des moulins à vent et améliorer l'invention de Charles F. Brush . Il découvrit qu'une éolienne à rotation rapide ayant un nombre de pales limité produisait plus d'électricité. Il découvrit ceci grâce à ses recherches dans une soufflerie aérodynamique.

Poul la Cour (1846-1908)

Il mit au point une éolienne plus performante que Charles F. Brush doté de moins de pales et tournant beaucoup plus vite ce qui augmenta les rendements d'électricité produit.

Éolienne de Poul La cour

La crise économique de la seconde guerre mondiale va se révéler une aubaine pour le marché de éolienne, en effet la pénurie de charbon et de pétrole va présenter l'énergie éolienne comme une véritable alternative et permettre à l'éolien de trouver des fonds pour se développer. Johannes Juul, un des élèves de Poul la Cour, va construire en 1956 la première éolienne à produire du courant alternatif. Composée de 3 pâles et d'une puissance de 200 kW, c'est elle qui a inspiré les éoliennes d'aujourd'hui.

Eolienne datant de la seconde guerre mondiale.

Plus tard, Darrieus, un ingénieur français fit construire en 1983 la première éolienne à axe vertical. Il l'avait fait breveté en 1931, cette éolienne dite de type Darrieus dont le fonctionnement repose sur l'effet de portance subit par un profil soumis à l'action d'un vent relatif (effet qui s'exerce sur les ailes d'un avion). Cette configuration présente un important avantage sur les éoliennes classiques: sa capacité à fonctionner quelle que soit la direction du vent. Des recherches sont en cours actuellement visant à améliorer ce système qui reste fragile en cas de vents trop violents.

Éolienne de type Darrieus.

Puis il y a aussi l'éolienne classique de que l'on voit couramment.

2-Intérêt de la société pour les éoliennes

Grâce à son processus de conversion de l’énergie cinétique du vent en d’autres formes d’énergie plus utiles comme l’énergie mécanique ou l’électricité,et en raison de sa nature(pas de pollution et pas de mesure ou elle n’utilise pas de gaz a effet de serre de déchets toxiques ou radioactifs), l’éolien constitue une forme d’énergie indéfiniment durable,d’ou l’intérêt que lui porte notre société. Celui-ci provient du besoin d’élaborer des systèmes d’énergie propre durables et efficaces à long terme. améliorer des nouvelles technologies comme l’aérodynamique et l’ingénierie, les éoliennes offrent maintenant une énergie fiable, rentable et non polluantes pour des applications des particuliers, des communautés ou ou les applications nationales.

   B- Fonctionnement

     1- Composants

Une éolienne est composée de trois parties : le mat, la nacelle et le rotor :

-le mat peut être considéré comme un poteau en métal supportant l’ensemble des équipements permettant de produire l’électricité (nacelle et rotor). Fixé sur une fondation implantée dans le sol (une dalle en béton) assurant l’encrage et la stabilité de l’éolienne, il atteint 80 mètres de haut pour les éoliennes plus puissantes.

-le rotor se compose du nez de l’hélice, plus souvent désignée sous le nom de pales de l’éolienne. Construite avec des technologies dérivées de l’aéronautique l’hélice possède en général trois pales plus rarement deux. Celle ci aujourd’hui construite avec des matériaux composites a la fois léger et assurant une rigidité et une résistance suffisante au bon fonctionnement de l’éolienne tels que du polyester renforcé de filtres de verre ou de filtres de carbone. Elles mesurent généralement entre 30 et 55 mètres, pour un diamètre du rotor compris entre 60 et 110 mètres.

-La nacelle abrite les équipements produisant de l’électricité a partir de l’axe du rotor. Le transport de l’électricité produite dans la nacelle est effectuée par des câbles électriques descendant a l’intérieur du mat de l’éolienne jusque sous terre. Grace à un système de supervision de contrôle dont sont dotées les éoliennes, il est maintenant possible :

-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.

2-Production d’énergie

Le principe de fonctionnement d’une éolienne est proche de celui d’une dynamo. Ce dernier repose sur la loi de Faraday.

Loi de Faraday: e= -d*flux magnétique/ d*temps

d=dérivé

Le champ magnétique est créé par l’aimant au milieu du système. Toutefois si l’aimant ne bouge pas, le champ magnétique est stationnaire. La loi de Faraday fait intervenir la dérivée du flux magnétique ce qui suppose un champ magnétique pour obtenir une tension et un courant non nul. Les hélices en tournant grâce au vent donne un mouvement de rotation de l’axe sur lequel l’aimant est fixé. Le champ n’est alors plus stationnaire. Ce champ créé par l’aimant en rotation induit un flux variable dans les bobines.

Flux= b*s

b= valeur du champ

s= surface traversé 

C -L’influence de l’environnement dans le choix des lieux d’implantation

1. a)Le vent
   

Lors de la construction d’un parc éolien, le potentiel d’exposition de l’éolienne à des vents et la vitesse des vents sont donc les deux facteurs essentiels à connaître, afin de savoir si l’implantation du parc éolien est réellement rentable. Les vents les plus puissants se trouvent en mer, il est donc plus facile de comprendre le fort emploi de l’éolien offshore près des côtes maritimes ou en mer. Ce type d’implantation est d’autant plus rentable que le vent ne rencontre aucun obstacle en mer d’où son importante vitesse. C’est ce même fait qui peut en partie expliquer l’impressionnante taille des éoliennes. A basse altitude, les immeubles et autres bâtiments de grande taille diminuent de manière considérable la vitesse du vent, ce qui n’arrive pas à haute altitude, d’où cette taille d’environ 80 mètres en moyenne.

b) Limites techniques

Même si le rendement éolien est en forte amélioration, quelques limites n’ont pas encore été surmontées ou en partie seulement. Nous pouvons d’abord dire que le vent est fondamental a la fabrication d’électricité , mais seulement si celui-ci a une vitesse inférieure à 90 km/h, ce qui réduit les possibilités de produire beaucoup d’électricité en peu de temps. Lorsque le rotor d’une éolienne n’est pas freiné, risque, en cas de vent trop violent, une usure prématurée. C’est pourquoi une éolienne est dotée d’un, voire deux systèmes de freinage, ce qui permet une régulation de la vitesse de rotation du rotor. A l’inverse, il faut que le vent ait une vitesse supérieure à 20 km/h sans quoi il n’est pas rentable de faire tourner l’éolienne, même si un petit moteur peut parfois compléter la vitesse insuffisante du vent en augmentant celle de l’axe dans la nacelle.

un sérieux problème au développement de l’éolien, celui du stockage de l’énergie, pendant plusieurs années, mais de nouveaux procédés en pleine expansion peuvent nous permettre de dire que le stockage ne devrait plus limiter l’électricité d’origine éolienne à une utilisation directe.