L'énergie éolienne par éoliennes : comment le vent produit une énergie propre

Pour comprendre comment l'énergie éolienne est convertie en autres formes d'énergie, il faut connaître le terme éolienne (windmill). L'énergie éolienne est l'une des formes les plus propres de production d'électricité. L'éolienne est un dispositif captant l'énergie du vent au moyen de voiles (ailettes ou pales) montées sur son arbre rotatif. Ces voiles sont aussi appelées aubes ou pales. Cet article couvre la définition, applications, composants, schémas, types, fonctionnement de l'éolienne, ainsi que ses avantages et inconvénients.

Qu'est-ce qu'une éolienne ?

Une éolienne est une structure convertissant la puissance du vent en énergie rotative par ses voiles, utilisée spécifiquement pour le broyage de grain, le pompage (éoliennes de pompage) et la production d'énergie (éoliennes de production). De nombreuses autres applications peuvent être conçues pour utiliser l'énergie éolienne. L'éolienne a ses voiles montées à un angle ou avec une légère torsion pour que la force du vent contre elles se divise dans le plan des voiles et imprime la rotation.

Une éolienne peut être définie comme une machine convertissant l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique car toutes les pales tournent toujours dans le sens horaire. L'énergie éolienne a d'abord été exploitée par les marins, capables de connaître la portance et d'exploiter la puissance du vent par les voiles. Cette connaissance a mené au développement de l'éolienne à axe vertical à voiles. Utilisée par les anciens Perses et Chinois pour pomper l'eau et moudre le grain.

Applications

Comme énoncé, les applications des éoliennes sont le broyage de grain, le pompage d'eau, l'extraction d'huile de graines. Le but principal des éoliennes aujourd'hui est de convertir l'énergie éolienne en énergie électrique, elle-même utilisée pour alimenter les applications finales.

Composants de l'éolienne

Les composants incluent : pales, rotor, anémomètre, tour.

• Les pales sont composants essentiels, elles contrôlent le fonctionnement de la vitesse du rotor.
• Le rotor — environ 20 % du coût, incluant pales convertissant l'énergie éolienne en énergie rotative à bas régime.
• Générateur — environ 34 % du coût, incluant générateur électrique, électronique de contrôle, et probablement multiplicateur (ex: réducteur planétaire), entraînement à vitesse variable ou transmission continue. Ces composants convertissent la rotation entrante à bas régime en rotation à haut régime pour générer l'électricité.
• Structure environnante — environ 15 % du coût, incluant tour et mécanisme d'orientation du rotor (yaw).
• Anémomètre — mesure la vitesse du vent.

Schéma d'une éolienne :

Types d'éoliennes

Les types sont : éoliennes à axe vertical et éoliennes à axe horizontal.

L'éolienne panemone est la première éolienne pratique utilisant des voiles tournant dans un plan horizontal. Un type similaire horizontal à pales rectangulaires sert pour l'irrigation. L'axe horizontal ou vertical est dû au plan de mouvement des voiles. Voici les quatre types d'éoliennes à axe horizontal :

• Moulin sur pivot (Post mill)
• Moulin à tour (Smock mill)
• Moulin-tour (Tower mill)
• Moulin à vent (Fan mill)

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement est simple à comprendre. Conventionnellement, les éoliennes sont conçues avec trois pales après recherches sur le nombre optimal. Les pales entrent en contact avec le vent, ce qui les fait bouger avec l'arbre. C'est ce qui produit l'énergie par le générateur. Ce générateur convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement de l'éolienne :

Avantages et inconvénients des éoliennes

Avantages :

Pour éoliennes à axe horizontal (HAWT) avec tour haute :

• La base donne accès aux vents plus forts sur sites avec cisaillement de vent
• Rendement élevé car pales se déplacent perpendiculairement au vent, recevant puissance sur toute la rotation

Pour éoliennes à axe vertical (VAWT) :

• Produisent de l'électricité dans n'importe quelle direction du vent
• Coût de production inférieur comparé aux éoliennes à axe horizontal
• Tour de support robuste non requise
• Faciles à transporter
• Coût de maintenance faible
• Installables en zones urbaines

Inconvénients

Pour éoliennes à axe horizontal :

• Construction de tour massive requise
• Composants (multiplicateur, arbre rotor, frein) doivent être levés en position
• Variantes sous le vent (downwind) souffrent de fatigue et rupture structurelle

Pour éoliennes à axe vertical :

• Rendement très faible comparé aux HAWT
• Forte vibration ressentie
• Pollution sonore créée
• À cause des vibrations, usure des roulements augmentée = coûts maintenance élevés
• Poussée initiale pour démarrer requise

Conclusion

Les éoliennes sont le moyen le plus pur et propre de générer de l'énergie électrique. Structure convertissant la puissance du vent en énergie rotative par ses voiles, pour broyage, pompage (éoliennes de pompage) et production d'énergie (éoliennes de production). Cet article a couvert la définition, applications, composants, schémas, types, fonctionnement de l'éolienne, ainsi que ses avantages et inconvénients.

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