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Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 1 / 10 Chapitre IV L’énergie Eo

Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 1 / 10 Chapitre IV L’énergie Eolienne. 1. Introduction L’énergie éolienne est l’énergie du vent et plus spécifiquement, l’énergie tirée du vent au moyen d’un dispositif aérogénérateur comme une éolienne ou un moulin à vent. L’énergie éolienne est une énergie renouvelable, elle tire son nom d’Eole (en grec ancien Aiolos), le nom donné au dieu du vent dans la Grèce antique. L’énergie éolienne peut être utilisée de deux manières : • Conservation de l’énergie mécanique : le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (Navire à voile ou char à voile), pour pomper de l’eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage pour irriguer ou abreuver le bétail) ou pour faire tourner la meule d’un moulin. • Transformation en énergie électrique : l’éolienne est couplée à un générateur électrique pour générer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien fonctionne de manière autonome avec un générateur d’appoint (par exemple un groupe électrogène) et/ou un parc de batteries ou un autre dispositif de stockage d'énergie. 2. Le vent Le vent est la principale source énergétique de l’éolienne. Une explication brève mais efficace va ici nous permettre de mieux comprendre l’origine du vent. D'où vient le vent ? Le soleil réchauffe inégalement l'air à la surface de la terre. Il chauffe l'air et l'eau, et la chaleur produite est ensuite diffusée dans l'air. Cela entraîne l'apparition de zones de haute pression (air chaud) et de basse pression (air froid). En effet, l'air chaud s'élève, ce qui génère des zones de basse pression au niveau du sol et, au-dessus, une zone de haute pression. Dans l'atmosphère, l'air se déplace des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Le vent est cet air en mouvement. L'énergie éolienne est issue du vent produit continuellement sous l'action du rayonnement solaire. Il s'agit donc bien d'une énergie renouvelable. Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 2 / 10 Les premiers savants à avoir pu expliquer l'origine du vent sont Evangelista Torricelli (1608-1647) et Blaise Pascal (1623-1662). Le premier mit en évidence la pression atmosphérique de l'air grâce à son baromètre tandis que le second décrivit le vent comme de l'air en mouvement, un courant d'air plus ou moins puissant, et il expliqua aussi la diminution de pression avec l'altitude. Connaître la direction du vent Depuis la Grèce Antique, on peut déterminer la direction du vent grâce à une girouette. Si la girouette indique le Nord, cela signifie que le vent va du Nord vers le Sud. On parle alors de vent du Nord. Mesurer la vitesse du vent Pour mesurer la vitesse du vent, on utilise un anémomètre. Il s'agit d'un petit instrument composé de coupelles tournant autour d'un axe grâce à la force du vent. Girouette Anémomètre La vitesse du vent se mesure en km/h, en m/s ou en nœud. Un nœud équivaut à 1,852 km/h. La vitesse du vent ainsi que sa direction sont deux paramètres essentiels si l'on veut exploiter le vent comme source d'énergie. 3. Histoire de l'énergie éolienne  Les bateaux à voile Durant l'Antiquité, l'énergie éolienne issue du vent n'a servi qu'à la propulsion des bateaux. On retrouve les premières traces des bateaux à voile de papyrus ou de coton en Égypte. Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 3 / 10  Les moulins à vent Le moulin à vent n’est connu qu’à partir du VIIe siècle après Jésus-Christ et apparaît en Perse. Il est constitué d'un axe vertical avec des pales disposées verticalement confinées à l'intérieur du bâtiment du moulin. Des orifices dans les parois du moulin permettent à l'air de s'engouffrer pour actionner l'éolienne. L'arbre vertical était directement relié à la meule courante, sans transmission. Il servait à l'irrigation des terres cultivées et pour écraser du grain.  Les éoliennes Les premières éoliennes apparaissent au XIXe siècle aux États-Unis et sont utilisées pour le pompage de l'eau. Elles sont constituées d'un pylône surmonté d'un axe horizontal autour duquel sont fixées plusieurs pales. Le vent fait tourner les pales et grâce à un système de bielle-manivelle, le mouvement de rotation est transformé en mouvement de va-et-vient ce qui permet d'actionner un piston qui aspire l'eau.  En 1887-1888, aux États-Unis, Charles F. Brush construit la première éolienne qui produit de l'électricité. Cette éolienne d'une puissance de 12kW a permis de charger des batteries pour alimenter sa maison en électricité pendant 20 ans.  En 1891, le danois Poul La Cour (1846–1908) met en place une éolienne plus efficace permettant de produire 25 kW grâce à des rotors à 4 pales. Il met en évidence que les turbines à rotation rapide composées d'un nombre moins grand de pales apportent un meilleur rendement. Cette éolienne sera la première utilisée à l'échelle industrielle.  Au XXe siècle, les éoliennes vont se développer petit à petit. Dans les années 1920, Georges Darrieus (1888-1979) imagine une éolienne à axe vertical.  En 1957, Johannes Juul (1887-1969) crée une turbine appelée Gedser qui sert encore de modèle aux éoliennes actuelles. Les éoliennes utilisant ce type de turbine produisaient jusqu'à 1000 kW. Le développement des éoliennes sera freiné par la suite en raison de la grande consommation en énergies fossiles telles que le pétrole et le charbon. Dans ces dernière l’intérêt pour l’énergie éolienne est revenu vu le développement technologiques des machines électriques (moteurs et génératrices) qui a conduit à améliorer le rendement des éoliennes. Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 4 / 10 4. Les éoliennes L’éolienne est un dispositif destiné à convertir l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, elles sont généralement utilisées pour produire de l'électricité et entre dans la catégorie des énergies renouvelables. 4.1. Principe général : Les éoliennes permettent de convertir l’énergie du vent en énergie électrique. Cette conversion se fait en deux étapes :  Au niveau de la turbine (rotor), qui extrait une partie de l’énergie cinétique du vent disponible pour la convertir en énergie mécanique, en utilisant des profils aérodynamiques. Le flux d’air crée autour du profil une poussée qui entraîne le rotor et une traînée qui constitue une force parasite.  Au niveau de la génératrice, qui reçoit l’énergie mécanique et la convertit en énergie électrique, transmise ensuite au réseau électrique ou à des batteries de stockage. 4.2. Les différent types d’éoliennes : Les éoliennes se divisent en deux grandes familles : celles à axe vertical et celles à axe horizontal : 4.2.1. Les éoliennes à axe vertical Dans ce type d’éolienne, l’axe de rotation est vertical et perpendiculaire à la direction du vent, et sont les premières structures développées pour produire de Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 5 / 10 l’électricité. Elles possèdent l’avantage d’avoir les organes de commande et le générateur au niveau du sol, donc elles sont facilement accessibles. Elles sont adaptées à tous les vents et ne nécessitent pas de dispositif d'orientation. Deux d'entre elles sont particulièrement remarquables : Savonius et Darrieus. L'éolienne Savonius comporte principalement deux demi cylindres dont les axes sont décalés l'un par rapport à l'autre. Comme les machines à aubes, elle utilise essentiellement la traînée pour tourner. Cette machine présente deux avantages : • Elle est simple à fabriquer • Elle démarre avec des vitesses de vent de l'ordre de 2 m/s. L'éolienne inventée par le Français Darrieus est un rotor dont la forme la plus courante rappelle vaguement un fouet à battre les œufs. Cette machine est bien adaptée à la fourniture d'électricité. Malheureusement, elle ne peut pas démarrer seule. Ce type de machine, qui peut offrir les puissances les plus fortes n'a pas connu le développement technologique qu'il méritait à cause de la fragilité du mécanisme encore mal maîtrisée. Toutefois, cela devrait pouvoir être résolu si des efforts supplémentaires étaient faits dans la recherche sur ce sujet. 4.2.2. Les éoliennes à axe horizontal Elles sont appelées éoliennes à axe horizontal car l’axe de rotation du rotor est horizontal, parallèle à la direction de vent. Elles comportent généralement des hélices à deux ou trois pales, ou des hélices multi-pales pour le pompage de l’eau. Ce sont les machines les plus répandues actuellement du fait de : • Leur rendement est supérieur à celui de toutes les autres machines. • Les éoliennes à axe horizontal (ou à hélice) sont de conception simple. Sur la base du nombre de pales que compte l’hélice, on peut distinguer deux groupes: Cours Energies Renouvelables Mr. S. Haroun Page 6 / 10 a) les éoliennes à rotation lente “multi-pales” Elles existent depuis longtemps, relativement répandues dans les campagnes, et servent quasi exclusivement au pompage de l’eau. b) Aérogénérateurs Les éoliennes à rotation rapide, bi- ou tripales en général, constituent actuellement la catégorie des éoliennes en vogue, et sont essentiellement affectées à la production d’électricité, d’où leur nom le plus courant “d’aérogénérateurs“. Parmi les machines à axe horizontal parallèle à la direction du vent, il faut encore différencier l’aérogénérateur dont l’hélice est en amont de machine par apport au vent « hélice au vent » uploads/Industriel/ chapitre-4-l-nergie-eolienne.pdf