Mécanique de l'éolienne: La base

Bon matin à tous,

Pour poursuivre l'article de Gabriel écrit plus tôt dans le mois, je vais parler du fonctionnement d'une éolienne, mais sous un angle mécanique plutôt que sous un angle électrique.

Le principe de base d'une éolienne est de réussir à capter l'énergie cinétique du vent en effectuant une rotation des pales de l'éolienne. Cette rotation produira de l'énergie électrique comme l'a expliqué Gabriel qui pourra être ultérieurement acheminée aux consommateurs.

Pour revenir à la mécanique, deux facteurs sont cruciaux pour qu'une éolienne optimise au maximum sa production d'énergie. Ceux-ci sont la force du vent(limite de Betz) et le pas des pales de l'hélice.

Une loi physique concernant la mécanique des fluides intitulée la limite de Betz stipule que la puissance maximale produite par une éolienne se retrouve au point où le rapport de la vitesse du vent après le passage sur les pales sur la vitesse avant le passage sur le passage est égal à 1/3.
Démonstration

Alors, sachant cela, on peut conclure qu'il faut une vitesse de vent très importante afin d'avoir une puissance très élevée. Cependant, si le vent est trop fort, il y a des risques de bris de l'éolienne. Donc, il suffit de savoir trouver un juste milieu entre productivité et sécurité afin de rentabiliser les éoliennes.

Le second point est le pas des pales de l'éolienne. Comme la plupart d'entre vous avez suivi le cours NYB-Électricité et magnétisme, le pas d'une hélice est la distance transversale entre un point A situé au début de la rotation 3D d'une particule, et un point B situé à la fin d'un tour complet de la circonférence de rotation(zone en pointillés).

Dans le cas d'une éolienne, il faut prendre en considération le plus petit angle entre les pales et le vecteur de la vitesse du vent. En effet, pour obtenir un petit pas, il faut que l'angle de calage( angle entre l'inclinaison de la pale et la surface de contact du vent), soit relativement faible, mais sans être égale à zéro degrés. Pourquoi? Parce que les pales bloquent totalement le vent, et lorsqu'il y a obstruction, il n'y a pas de forces extérieures qui viennent faire tourner l'éolienne.

Le maximum d'énergie survient lorsque le pas des pales est faible, mais plus le pas est faible, plus il y a de risques pour qu'un facteur externe vienne influencer la rotation de l'éolienne, la rendant plus susceptible de se retrouver à zéro degrés, stoppant ainsi sa rotation.

J'espère que vous avez réussi à comprendre ne serait-ce qu'un peu du fonctionnement mécanique d'une éolienne.

Samuel B.

Sources: Les deux facteurs principaux, Supplément sur le moment de force