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L'éolienne


A) Description et caractéristiques
B) Production, différentes sortes d'éoliennes


Etymologie : Le terme « éolienne » vient du grec Eole (Dieu du vent). Il signifie également vif, rapide, inconstant.
Une éolienne est tout d'abord un aérogénérateur. Il s'agit plus précisément d'un moulin à vent moderne produisant de l'électricité grâce à l'énergie mécanique.



A) Description, caractéristiques



1) Fonctionnement d'une éolienne

Une éolienne est constituée de plusieurs éléments.
Tout d'abord, le mât : c'est une tour cylindrique qui peut dépasser 120 m de hauteur. Les câbles électriques de raccordement au réseau et l'échelle d'accès sont situés à l'intérieur.

La nacelle est située en haut du mât et contient la plus grande partie de l'installation électrique :

- Le générateur, qui produit de l'électricité grâce à la rotation des pales.
- Le multiplicateur , qui sert à augmenter le nombre de tours effectués par les pales de l'éolienne.
- Les équipements servant à freiner les éoliennes et à l'orienter.

Le rotor est constitué de plusieurs pales (construites en matéraiux composites, polyester, époxy, fibres de verre, fibres de carbone ou bois) de longueur environ égale aux 2/3 de celle du mât. Les alliages d'aluminium et d'acier, trop lourds, servent uniquement aux petites pales.

L'éolienne est reliée au réseau électrique par des câbles souterrains.

schema d'une eolienne

La construction d'une éolienne est rapide (environ une à deux semaines) et le démantèlement aussi. Il est toutefois regrettable que le bloc de béton soit souvent laissé sur place lors du démantèlement. Les éoliennes sont installées pour une durée d'environ vingt ans.

L'éolienne utilise la force motrice du vent pour produire de l'électricité. Sous l'effet du vent, les pales tournent, ce qui entraîne le rotor. Le multiplicateur de vitesse augmente la vitesse de rotation du rotor (de 12-15 tours/min à 1 500 tours/min). Dans la nacelle, l'alternateur produit de l'électricité. L'électricité est transportée à l'aide du transformateur de puissance. Elle est ensuite véhiculée par chacune des éoliennes à partir d'une centrale éolienne jusqu'au point de raccordement au réseau électrique public.

La vitesse minimale du vent pour faire fonctionner une éolienne est d'environ 4 m/s, soit 14.5 km/h. L'éolienne s'arrête automatiquement à partir de vents soufflant à plus de 25 m/s, soit 90 km/h. La vitesse optimale du vent pour l'éolienne est d'environ 12 m/s, soit 43 km/h.

La force du vent influe sur la production d'une éolienne, donc sur l'endroit où elle doit être construite. La vitesse du vent doit être optimale et il faut également que le vent ne souffle pas dans tous les sens, autrement l'éolienne ne pourrait pas tourner correctement.
Entre les cols, au sommet des collines, près de la mer, les éoliennes sont particulièrement efficaces.

Betz a prouvé par la loi qui porte son nom que les éoliennes ne peuvent transformer que 60 % de l'énergie totale du vent en énergie mécanique au maximum. Actuellement, les éoliennes arrivent à transformer plus de 55 % de l'énergie du vent pour les plus modernes. On se rapproche donc des limites.

Les éoliennes modernes et industrielles ont généralement 3 pales, car une éolienne à une pale ne pourrait pas tourner, les éoliennes ayant un nombre pair de pales sont soumises à des contraintes importantes car deux pales se retrouvent à la verticale l'une de l'autre et plus l'éolienne possède de pales, plus elle coûte cher. Les éoliennes ayant plus de pales sont également moins performantes car la masse d'air déplacée par une pale gêne la pale suivante. Trois est donc le chiffre qui a été en général reconnu par les constructeurs d'éoliennes.


2) Fiche technique de l'éolienne d'Iffendic (Ille-et-Vilaine, Bretagne)

Caractéristiques opérationnelles :

Puissance maximale : 2 MW

Production annuelle estimée : 3 960 MW (1 500 foyers hors chauffage)

Vitesses :

Rotor :

Diamètre : 82,0 m

Surface balayée : 5 281 m²

Nombre de pales : 3

Vitesse de rotation : 8,5 à 17,1 tours/min

Poids : 17 tonnes

Pales :

Longueur : 41 m

Matériaux : composite résine, fibre de verre et de carbone

Poids unitaire : 6,5 tonnes

Nacelle :

Elément fixé au sommet de la tour, contenant la génératrice.

Poids : 68 tonnes

Système d'orientation :

Type : quatre motoréducteurs

Stabilisation : frein à disque

Multiplicateur :

Type : étages parallèles et planétaires

Rapport de réduction : 1/105,4

Génératrice :

Type : quatre pôles, asynchrone, à double alimentation

Puissance nominale : 2 000 kW

Vitesse de rotation : 900 à 1 800 tours/min

Tension nominale : 690 V

Mât :

Type : Tubulaire en acier

Hauteur du moyeu : 80 m

Poids de la virole : 10 tonnes

Résistance au froid :

Supporte jusqu'à -40°C, la neige, le givre et la glace. Certains éléments possèdent leur propre chauffage (génératrice, armoires électriques).

Cette fiche technique peut donner une idée générale de l'éolienne car cette éolienne est une éolienne industrielle standard.


éolienne d'Iffendic

B) Production et différentes sortes d'éoliennes


1) Production

La construction d'une éolienne est rapide (environ une à deux semaines) et le démantèlement aussi.

Une éolienne produit environ 1/5 de sa puissance nominale, c'est à dire qu'une éolienne de 5 MW produira en réalité l'équivalent d'1 MW car elle ne produit pas en permanence. La mise en exploitation d'une éolienne de 1 MW permet d'éviter un rejet de 2 000 tonnes de CO2 par an, en comptant les dépenses d'énergie liées à la construction. Une éolienne de 5 MW produit 10 millions de kWh. Une éolienne produit en 2 à 3 mois l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication, transports compris.

On distingue deux sortes d'éoliennes :
- Les petites éoliennes, dédiées aux particuliers, qui ne sont pas très grandes et produisent peu (quelques kW). Elles sont installées au fond d'un jardin, ou sur le toit d'une maison.
- Les éoliennes industrielles, qui produisent beaucoup d'énergie (plusieurs MW), qui mesurent parfois plus de 120 m et qui coûtent très cher. Le diamètre de leur rotor peut atteindre 100 m. On les trouve généralement par groupes : on parle alors de fermes éoliennes ou de parcs éolien.

Un site avec des vents d'environ 30 km/h de moyenne sera environ 8 fois plus productif qu'un site avec des vents de 15 km/h de moyenne. La régularité du vent et la constance de la direction sont également des facteurs importants pour la production d'énergie, car des vents trop forts arrêtent l'éolienne pour qu'elle ne soit pas abîmée. De plus, l'éolienne doit se trouver face au vent, donc un vent changeant très souvent de direction obligerait l'éolienne à pivoter, ce qui ferait baisser la production.

2) Différentes sortes d'éoliennes

Les éoliennes terrestres

Une éolienne terrestre est constituée d'un rotor, d'un mât, de pales, de dynamo, d'un multiplicateur. Les plus puissantes produisent actuellement 5 MW, soit de quoi alimenter environ 1 600 foyers. Elles transforment près de 60 % de l'énergie et ne pourront pas en transformer plus d'après la loi de Betz.

On les construit dans des zones où le vent est fort et régulier (plus de 11km/h, dans les côtes, vallées...). Elles sont moins efficaces en altitude car la densité de l'air est plus faible. Elles sont automatiquement arrêtées quand le vent est trop fort (plus de 90 km/h). La production est variable selon les jours, mais on peut néanmoins calculer la production totale de l'éolienne sur une année.

La construction d'une éolienne coûte 1 million d'euros par mégawatt installé. L'électricité produite par les éoliennes est vendue à 0,073 Euros/kWh au début, puis 0,032Euros/kWh ensuite. Ce surcoût au début devrait disparaître d'ici quelques années. L'électricité est d'abord envoyée dans le réseau électrique, puis à un consommateur.

Les éoliennes en pleine mer

Les éoliennes en pleine mer dites « off-shore » sont construites de la même manière que les éoliennes terrestres, mais elles présentent des avantages : elles produisent de l'énergie presque en continu et ont un impact beaucoup moins important sur le paysage. Cependant, l'installation de ces éoliennes est coûteuse (les mâts doivent résister aux vagues), leur protection contre la corrosion doit aussi être plus importante, la maintenance est chère tout comme le raccordement au parc électrique, qui est sous-marin. Les conditions météorologiques y sont plus difficiles qu'en pleine terre.

A plein rendement, ces éoliennes peuvent produire jusqu'à 5 MW (au lieu de 3 MW pour une éolienne terrestre). On trouve ces éoliennes en particulier au Danemark. En France, une quarantaine de ces éoliennes pourrait produire de l'énergie électrique pour une ville d'un million d'habitants, soit 400 000 foyers. Il suffirait de 1 800 éoliennes off-shore pour produire 15 % de la totalité de l'électricité consommée par notre pays, et ainsi atteindre la proportion d'électricité produite par l'énergie hydraulique. La France s'est engagée à produire 21 % de sa production d'énergie totale grâce aux énergies renouvelables d'ici 2010 (protocole de Kyoto).

éoliennes offshore

Les éoliennes aériennes :

Les éoliennes volantes sont envisagées très sérieusement par les constructeurs d'éoliennes, car les vents les plus forts se situent à 300 m d'altitude. Nous avons ici deux exemples d'éoliennes.

L'éolienne développée par l'entreprise canadienne Magenn Power est en fait un gros ballon gonflé à l'hélium, comportant des pales, qui tourne sur lui même à 300 m de hauteur, ce qui produit de l'énergie. Pour éviter tout risque de collision avec un avion, ces éolienne doivent être équipées d'un matériel de détection. Cette éolienne est conçue pour les particuliers, elle n'a en effet qu'une faible puissance (quelques kW). Cette solution est permettrait d'obtenir un gain de place, moins de bruit, et plus d'esthéticité. De plus, il y aurait possibilité d'emporter son éolienne en cas de déménagement. Cette éolienne possède aussi un avantage : elle ne coûte que 8 400 Euros.

éolienne développée par Magenn Power

Un autre type d'éolienne est en développement : celle-ci serait une éolienne de puissance moyenne ( environ 1,5 MW). Elle est constituée de plusieurs rotors, et volerait à la manière d'un hélicoptère. Ici, nous pouvons voir une représentation artistique de cette éolienne.

éolienne volante représentée par un artiste


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