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Mémoire présenté en vue de l’obtention Du diplôme de Magister en : Génie Mécani

Mémoire présenté en vue de l’obtention Du diplôme de Magister en : Génie Mécanique Option : Construction Mécanique Conception par la CAO des parties fixes d’une éolienne et les solutions technologiques de liaisons de l’installation. Présenté par : Hamza Soumia Soutenu publiquement le …… /……/…… Devant le jury composé de : Pr. HECINI Mabrouk Président Université de Biskra Dr. HADID Mohamed Rapporteur Université de Biskra Pr. MOUMMI Noureddine Examinateur Université de Biskra Dr. TATI Abdelouahab Examinateur Université de Biskra اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاطﯿﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة اﻟﺘﻌﻠﯿﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Génie Mécanique Ref :……………… ﺟﺎﻣﻌﺔ ﻣﺤﻤﺪ ﺧﯿﻀﺮ ﺑﺴﻜﺮة ـﻛﻠﯿ ﺔ اﻟﻌ ـﻠـ ﻮم و اﻟﺘﻜﻨﻮﻟﻮﺟﯿ ـﺎ ﻗﺴ ــ:ﻢ اﻟﮭﻨﺪﺳﺔ اﻟﻤﯿﻜﺎﻧﯿﻜﯿ ﺔ اﻟﻤﺮﺟ ـــ:ﻊ…………… I Remerciements Nous remercions ALLAH le tout Puissant qui nous a éclairé le bon chemin Nous remercions notre encadreur Dr HADID Mohamed de m’avoir encadré pour la préparation de mon projet de fin d'étude et de m’avoir dirigé pour mener à bien ce travail et pour me donner le gout d’une initiation dans la recherche. Nous remercions également les membres de jury Monsieur HECINI Mabrouk et Monsieur MOUMMI Noureddine et Monsieur TATI Abdelouahab d’avoir accepter d’examiner ce manuscrit. Sans oublier de remercier l'ensemble des enseignants de département de génie mécanique de l’université Mohamed Khider de Biskra pour avoir contribuer dans notre formation. Dédicace A mes parons. A ma famille. A mes enseignants. A tous les membres de département du génie mécanique d’université de Biskra. A tous les membres de laboratoires de génie mécanique d’université de Biskra. Table des matières II Remerciements et dedicace:…………………………………………………………………..I Table de matiere……………………...………………………………………………………II Index des figures………………………………………………………..……………..……..VI Index des tableaux………………………………………………………………………… VIII Index des symboles………………………………..…………………….…………………….1 Introduction générale………. .................................................................................................. 3 Chapitre I : Généralités sur l’energie éolienne I.1. L'énergie éolienne ........................................................................................................................ 6 I.2. Historique ........................................................................................................................... 6 I.3. L’éolien dans le monde ............................................................................................................... 8 I.3.1. En Usa et en Chine .......................................................................................................... 9 I.3.2. En Europe ...................................................................................................................... 11 I.3.3. En Asie et en Afrique............................................................................................................ 12 I.4. Les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne ................................................. 12 I.4.1. Les avantage .................................................................................................................. 12 I.4.2.les inconvénients............................................................................................................. 14 I .5. Ressources éoliennes ............................................................................................................... 15 I.5.1.Origine des vents ............................................................................................................ 15 I.5.2.La force de coriolis ................................................................................................................. 16 I.5.3. Les directions dominantes du vent .................................................................................... 17 Table des matières III I.6. Critères de choix d’un site éolien .......................................................................................... 17 I.6.1. Conditions climatiques ......................................................................................................... 18 I.6.1.1. Vent ............................................................................................................................. 18 I.6.1.2. Turbulence.................................................................................................................. 20 I.6.2.conditions sur les sites d’implantation .............................................................................. 21 I.7. Potentiel du vent en algérie .................................................................................................... 21 I.8.l'avenir de l'énergie éolienne ................................................................................................... 24 I.9.Le stockage………….…………………….…………………………………….…..……25 Chapitre II : les systèmes éoliens II.1. Définition du système éolien ................................................................................................. 28 II.2. Classification des Aérogénérateurs .................................................................................... 28 II.2.1. Eoliennes à axe vertical ...................................................................................................... 29 II.2.1.1. Le rotor de savonius ........................................................................................................ 29 II.2.1.2 le rotor de darrieus .......................................................................................................... 30 II .2.2. Eoliennes à axe horizontal ................................................................................................ 30 II.2.2.1.eoliennes sous le vent (aval) ............................................................................................. 31 II.2.2.2. Eoliennes face au vent (amont) ..................................................................................... 32 II.3. Caractéristiques technologiques des éoliennes à axe horizontal .................................. 33 II.3.1. La nacelle ..................................................................................................................... 33 II.3.1.1. Le rotor ...................................................................................................................... 34 Table des matières IV II.3.1.2. La girouette et l’anémomètre ........................................................................................ 34 II.3.1.3. Le dispositif d’orientation .............................................................................................. 35 II.3.1.4. Le système de freinage .................................................................................................... 35 II.3.1.5. L’arbre principal .............................................................................................................. 35 II.3.1.6.Le multiplicateur ............................................................................................................... 36 II.3.1.7. L’arbre secondaire ........................................................................................................... 37 II.3.1.8. La génératrice ........................................................................................................... 37 II.3.2. Le mat ........................................................................................................................... 38 II.3.2.1.type du mat de l'éolienne ................................................................................................. 38 II.3.2.1.1. Autoportante ou Guy-cablé ........................................................................................ 38 II.3.2.1.2. Mat en treillis ................................................................................................................. 39 II.3.2.1.3. Mat tubulaire ......................................................................................................... 39 II.3.2.1.4. Mat hybride ........................................................................................................... 40 II.3.2.2.Tendance conception de tour .......................................................................................... 41 II.3.2.3.Hauteur de tour l'eolienne ............................................................................................... 41 II.3.3. La fondation ................................................................................................................. 42 II.4. Le principe de fonctionnement d'une éolienne…......………………………...……..42 Chapitre III: Recherche bibliographie III.1: recherche bibliographie ....................................................................................................... 45 Table des matières V Chapitre IV: cas d’application IV.1. Introduction ................................................................................................................... 52 IV.2. Géométrie de la tour ..................................................................................................... 52 IV.3. Modélisation des chargements ........................................................................................... 54 IV.3.1. Le poids ....................................................................................................................... 54 IV.3.2. Action du vent sur le mat ................................................................................................. 54 IV.3.3. Action du vent sur les pales ............................................................................................ 57 IV.3.4. Le couple moteur ....................................................................................................... 62 IV.4. Résultants et discussion........................................................................................................ 62 IV.4.1. Calcul des déplacements ................................................................................................... 63 IV.4.2. Calcul des contraintes de Von mises .............................................................................. 63 IV.4.3.Réactions au niveau de la fondation ............................................................................... 65 Conclusion générale ............................................................................................................... 68 Références ............................................................................................................................... 69 Annexe ..................................................................................................................................... 71 Index Des Figures VI Chapitre I Figure I.1 : Moulins à vent (éoliennes classique). .................................................................. 8 Figure I.2 :Classement d’énergie dans le monde ................................................................... 9 Figure I.3 :capacité éolienne installé dans le monde ........................................................... 10 Figure I.4 :Développement d’énergie éolienne dans le monde ........................................... 11 Figure I.5 : La force de Coriolis. ........................................................................................... 16 Figure I.6 : Effet de tunnel. ................................................................................................... 19 Figure I.7 :Effet de colline. .................................................................................................... 20 Figure I.8: Atlas de la vitesse moyenne du vent de l’Algérie estimé à 10m d’altitude du sol . ... 22 Figure I.8: Atlas de la vitesse moyenne du vent de l’Algérie estimé à 25 m d’altitude du sol . .. 22 Chapitre II Figure II.1 : Conversion de l'énergie cinétique du vent. .................................................... 28 Figure II.2: éoliennes à axe vertical de type SAVONIUS ................................................... 30 Figure II.3: éoliennes à axe vertical de type DARRIEUS ................................................... 30 Figure II.4: Eolienne à axe horizontal .................................................................................. 31 Figure II.5 : éolienne sous le vent, tripale flexible. .............................................................. 32 Figure II.6 : Eolienne face au vent (amont) . ....................................................................... 32 Figure II.7 : les principales composantes de la nacelle ...................................................... 33 Figure II.8 :Rotor d’une turbine. .......................................................................................... 34 Figure II.9 : La girouette et l’anémomètre. ......................................................................... 35 Index Des Figures VII Figure II.10 : L’arbre principal d’une éolienne . ................................................................ 36 Figure II.11 : Le multiplicateur . .......................................................................................... 36 Figure II.12 : Type du mat (tour) de l'éolienne .................................................................. 38 Figure II.13 : Les fondations de grandes éoliennes ............................................................ 42 Chapitre IV Figure IV.1 : Dimensions de la tour d’éolienne et sa disposition ....................................... 53 Figure IV.2 : Détails à la base de la tour de l'éolienne Vestas............................................ 54 Figure IV.3 : Coefficient de trainée en fonction de nombre de Reynolds ......................... 56 Figure IV.4 : Distribution de l’intensité du vent le long de la tour.................................... 57 Figure IV.5 : Section d’une pale en situation de rafale. ..................................................... 58 Figure IV.6 : Le Profile considérer de la pale...................................................................... 60 Figure IV.7 :Evolution des valeurs de Fn le long de pale à 45 m. ..................................... 61 Fig IV.8 :Déflexion maximale le long de la tour. ................................................................. 63 Fig IV.9.Contrainte de Von mises le long de la tour sur la ligne face au vent. ................. 64 Figure IV.10 :Contrainte de Von mises en échelle colorée à la base de la tour. ............... 65 Figure IV.11 :Contrainte de Von mises en échelle colorée à la base de latour..…………65 Liste De Tableaux VIII Chapitre I Tableau I.1 : Les directions du vent suivant leurs latitudes. ........................ 17 Tableau I.2 : Vitesses du vent en Algérie ....................................................... 23 Chapitre IV Tableau IV.1. Valeurs de Fn le long de la pale 45 m ................................... 61 Tableau IV.2 :Valeurs des réactions au niveau de la base de la tour.......... 66 Index des symboles 1 u : la charge du vent (N/m2). D : diamètre extérieur (mm). Pd : la pression dynamique. Cd : le coefficient de traînée. ρ : la masse volumique de l’air (kg/m3). V : la vitesse moyenne du vent (m/s). Cr : est le coefficient de rugosité. Ct : est le coefficient de topographie. Vréf : la vitesse de référence (m/s).  : est la viscosité cinématique de l’air (m2 /s). Re : du nombre de Reynolds. V : La vitesse du vent (m/s). U : la vitesse linière de rotation (m/s). W : la vitesse du vent relatif (m/s). C : Le couple moteur (N.m). P : la puissance de la génératrice (w). ω : la vitesse de rotation (rad/s). Cn: Coefficient aérodynamique. Cz: Coefficient aérodynamique de portance. Cx: Coefficient aérodynamique de trainé. Fn: La force aérodynamique (N). l: Largeur de profile (m). r: Rayon élémentaire (m). R : Rayon de disque crée par les pales (m). α : Angle de calage. Index des symboles 2 i : l’angle d’incidence. β : l’angle que fait l’axe de l’éolienne avec le vent réel. I: l’angle d’inclinaison. λ0 : vitesse spécifique. Introduction Générale 3 Introduction générale Au cours des dernières décennies, la demande sur la production d'énergie durable a conduit à une multitude de solutions technologiques innovantes. La pénurie prévisible des carburants conventionnels dans un avenir proche combiné aux impacts négatifs sur l'environnement causés par les techniques traditionnelles de production d’électricité, a créé une situation qui a forcé les acteurs impliqués dans le domaine de la production d'énergie à explorer de nouveaux horizons pour la production d'énergie. Ils se sont donc penchés surtout sur des sources dites propres, en l’occurrence le solaire et l’éolien qui sont devenus les sources de substitution par excellence dans ces recherches. La conversion de ces nouvelles sources d’énergies nécessite l’utilisation de certaines installations spécifiques. Dans le cas d’éoliennes la partie fonctionnelle étant la turbine composée uploads/Ingenierie_Lourd/ conception-par-la-cao-des-parties-fixes-d-une-eolienne.pdf