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Le fonctionnement d'une éolienne

Dossier - Éolienne : l'énergie éolienne et son fonctionnement
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Ce dossier est consacré à l'énergie éolienne et son fonctionnement, plus particulièrement au travers des fermes éoliennes de la Champagne Pouilleuse.

  
DossiersÉolienne : l'énergie éolienne et son fonctionnement
 

Les éoliennes sont des machines dont l'objectif est de transformer l'énergie du vent en énergie utilisable par l'homme, soit en énergie mécanique comme dans les moulins ou les éoliennes de pompage, soit en énergie électrique comme dans les éoliennes modernes.

Vue rapprochée du haut d'une éolienne. © Thomas Barrat, Shutterstock

Ces dernières sont maintenant des systèmes très complexes et évolués. Ils sont composés des éléments suivants :

  • une assise de béton, la fondation, qui permet de fixer de façon rigide l'ensemble de la structure de l'éolienne ;
  • le mât, qui place l'hélice dans une zone de vent plus fort et régulier et permet d'avoir une grande longueur de pale ;
  • la nacelle, dont les dimensions approchent celles d'un container, et qui contient toute la machinerie qui sert d'une part à transformer le mouvement des hélices en électricité, et d'autre part à orienter au mieux l'éolienne ou à la mettre en position de repos ; 
  • l'hélice, le plus souvent à 3 pales, parfois à 2 seulement ;
  • et enfin la cabine de dispersion qui réalise l'adaptation du courant électrique produit par la nacelle en un courant injectable sur le réseau électrique local.
Eolienne de la Chaussée sur Marne

Les éoliennes ont le plus souvent 3 pales, car il s'agit d'un compromis entre différents paramètres :

  • le nombre pair de pales entraîne des effets mécaniques indésirables (forces dites de "précession" trop élevées),
  • le rendement décroît si le nombre de pales augmente (une pale étant perturbé par la précédente).

Ainsi, le choix de 3 pales offre à la fois des contraintes mécaniques réduites et un rendement élevé.

Les petites éoliennes ont toutefois des rotors qui ont parfois deux pales. Celles-ci sont en effet suffisamment petites pour supporter les contraintes de précession et elles peuvent alors profiter du rendement meilleur des rotors bipales par rapport aux rotors tripales.

Les rotors bipales sont de plus, plus simples à concevoir et à réaliser.

Les éoliennes n'ont pas toujours une géométrie constante. En effet, elles doivent être capables de supporter les tempêtes et cette résistance aux vents violent peut-être obtenue par une modification de la forme du rotor.

Eolienne des Côtes de Champagne

En effet, les pales peuvent tourner le long de leur axe principal, ce qui permet d'adapter la géométrie du rotor à la force du vent pour obtenir le meilleur rendement, mais surtout de les basculer totalement pour réduire leur prise au vent. Le rotor ne cherche alors plus à tourner et l'effort axial est réduit.

D'autres modèles possèdent des "volets". Il s'agit de l'extrémité de la pale qui est capable de tourner sur elle-même le long de son axe principal et ainsi d'opposer une force à celle due au vent sur le reste de la pale.