Les moulins à vent : de la Perse antique à l'énergie renouvelable moderne

Contexte

Un moulin à vent est un dispositif qui exploite l'énergie éolienne en faisant tourner des pales ajustables. Historiquement, les moulins à vent actionnaient des moulins à grain et des pompes à eau, et aujourd'hui ils constituent la base des éoliennes modernes qui produisent de l'électricité propre.

Histoire

Les humains utilisent le vent depuis des siècles, initialement pour propulser des voiliers. La première conception de moulin à vent enregistrée remonte à la Perse (500-900 ap. J.-C.) et était à l'origine une machine de pompage d'eau à axe vertical avant d'être adaptée pour le broyage du grain. Bien que les premiers moulins à vent chinois datent de 1219 ap. J.-C., la Perse est créditée de la première utilisation documentée.

À la suite des croisades, le concept s'est répandu en Europe, où les premières conceptions survivantes (1270 ap. J.-C.) comportaient des axes horizontaux, probablement inspirées par la technologie existante des roues hydrauliques et pour une plus grande efficacité. Les charpentiers de moulins européens, en particulier les Hollandais et les Anglais, ont affiné la conception, introduisant le moulin-tour, les moulins à étages multiples et les contrôles automatisés.

Les moulins à vent ont servi de « moteurs électriques » de l'Europe préindustrielle, actionnant des scieries, la teinture textile et le traitement du tabac. L'essor de la puissance à vapeur au 19e siècle, couplé à la nature intermittente du vent, a entraîné un déclin des grands moulins à vent, bien que les petits moulins à vent de type ventilateur aient continué à prospérer — particulièrement en Amérique où plus de six millions ont été construits entre 1850 et 1970.

Conception

Les moulins à vent sont classés en types à axe horizontal et à axe vertical. Le premier, comprenant les moulins sur pivot, les moulins à jupe, les moulins-tour et les moulins à ventilateur, est devenu dominant en raison de son efficacité supérieure.

Les moulins sur pivot comportent un seul poteau vertical qui soutient tout le corps, permettant au moulin de pivoter pour faire face au vent. Les moulins à jupe améliorent cela en ayant un corps fixe et un chapeau rotatif, permettant des voiles plus grandes et une construction plus robuste. Les moulins-tour étendent ce concept avec une tour permanente, souvent ronde, en pierre ou en brique, offrant une résistance supérieure aux intempéries.

Les moulins de type ventilateur — unités compactes et individuelles — se composent d'un mât, d'une roue, d'un ensemble de queue et d'une pompe. Les mâts mesurent de 10 à 15 pieds (3-4,5 m) de haut, avec des pales entre 6 et 16 pieds (1,8-4,9 m) de diamètre.

Matières premières

Les moulins sur pivot sont principalement en bois, utilisant du balsa léger pour les pales et du bois dur plus robuste pour la structure, finis avec de la peinture ou de la résine. Les moulins à jupe et les moulins-tour utilisent du bois, des briques et de la pierre. Les moulins de type ventilateur comportent de l'acier galvanisé pour la tour, des pales en acier léger ou en aluminium, et des pompes en bronze ou laiton pour résister au gel. Du cuir ou des polymères synthétiques sont utilisés pour les rondelles et joints toriques.

Le processus de fabrication

Les moulins à vent sont construits sur site à partir de composants préfabriqués. La description suivante concerne la construction d'un moulin de type ventilateur :

Fabrication des pièces de la tour

• Des bobines d'acier galvanisé sont redressées, coupées et, si nécessaire, soudées. Les pièces finies sont percées avec des trous de précision et revêtues avant l'emballage.

Fabrication de la boîte de vitesses

• Des engrenages, axes et rotors moulés sous pression sont assemblés à la main dans un boîtier résistant aux intempéries qui supporte la roue et l'ensemble de queue.

Fabrication de l'hélice

• Un jante en acier est roulée en anneau, percée et équipée d'un axe central et de rayons. Les pales, découpées dans de la tôle, sont pliées et fixées au jante avec des boulons et des colliers.

Préparation du site

• Localiser un site avec un vent dominant d'au moins 24 km/h (15 mph). Dégager les obstacles, et surélever la fondation avec une dalle de béton ou une butte pour améliorer le flux d'air.

Assemblage final

• Assembler la tour au sol, puis la dresser verticalement. Boulonner la tour à la base, tendre les haubans et tester la stabilité. Fixer la boîte de vitesses, l'arbre principal, l'hélice, la queue et la pompe en séquence pour rendre le moulin opérationnel.

Contrôle qualité

Des inspections visuelles à chaque étape de fabrication détectent les défauts. La construction sur site exige un travail minutieux ; un entretien régulier assure une efficacité à long terme.

L'avenir

Bien que les conceptions traditionnelles de moulins à vent restent largement inchangées, les avancées dans les matériaux et la technologie des éoliennes redessinent l'industrie. Les investissements gouvernementaux dans les parcs éoliens — particulièrement en Californie — démontrent une évolution vers des éoliennes à grande échelle, connectées au réseau, qui offrent une alternative durable aux combustibles fossiles.

Pour en savoir plus

Livres

Baker, T. Lindsay. North American Windmill Manufacturers' Trade Literature. University of Oklahoma Press, 1998.

Clegg, Alan John. Windmills. Horseshoe Publications, 1995.

Hills, Richard L. Power from Wind: A History of Windmill Technology. Cambridge University Press, 1994.

Hooker, Jeremy. In Praise Of Windmills. Circle Press Pubns, 1990.

Watts, Martin. Water and Wind Power. Shire Publications, 2000.