Présentation
Auteur(s)
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Philippe LECONTE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers et de l’École Supérieure des Techniques Aérospatiales - Ingénieur recherche et essais en aéroélasticitéOffice national d’études et de recherches aérospatiales (ONERA)
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Marc RAPIN : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers - Ingénieur d’études en aéroélasticitéOffice national d’études et de recherches aérospatiales (ONERA)
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Edmond SZECHENYI : Directeur de l’Institut AérotechniqueConservatoire national des arts et métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les éoliennes sont une forme très ancienne d’exploitation du vent. Toutefois, les années 1970-2000 ont vu une importante évolution à la fois de leur utilisation de par le monde et de leur conception. Cet article s’attache principalement à décrire le principe de fonctionnement des machines à axe horizontal qui sont maintenant les plus répandues.
Le lecteur se reportera utilement aux articles de ce traité sur les Énergies éoliennes et les Hélices aériennes.
Les éoliennes ont bénéficié des progrès technologiques et scientifiques qui ont été apportés dans différents domaines de l’ingénieur : aérodynamique, structure, matériaux, électrotechnique, etc. (figure 1). Les principes qui gouvernent les rotors de ces machines s’apparentent ou sont issus de ceux des hélices et rotors d’hélicoptère. Cet article permet de donner une vision globale des aspects liés à l’éolien, d’appréhender, sans être exhaustif, les thématiques impliquées et ses spécificités.
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VERSIONS
- Version archivée 2 de avr. 2009 par Marc RAPIN, Philippe LECONTE
- Version archivée 3 de janv. 2017 par Marc RAPIN, Philippe LECONTE
- Version courante de août 2024 par Marc RAPIN
DOI (Digital Object Identifier)
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Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques
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Différents types d’éoliennes et leurs utilisations1. Contexte actuel
Bien que ne pouvant envisager de remplacer totalement les sources traditionnelles d’énergie, l’énergie éolienne peut toutefois proposer une alternative intéressante et renouvelable. Elle s’inscrit parfaitement dans l’effort global de réductions des émissions de CO2 , etc.
Son développement s’est fortement accéléré depuis 1995 avec une progression moyenne de 20 % par an dans le monde. Cette progression s’accompagne par une évolution de la fiabilité, de la taille des éoliennes et de leur rendement (tableau 1). Le coût de production du kilowattheure a progressivement baissé pour atteindre un niveau compétitif par rapport aux autres sources d’énergie.
Dans l’ensemble de la puissance installée, l’Europe est le leader (figure 2), suivi par l’Amérique du Nord. Le développement du marché américain (en particulier la Californie et ses immenses fermes éoliennes) s’est effondré dans la période 1986-1990 et a provoqué une profonde réorganisation du monde industriel éolien. Les pays européens (Danemark, Pays-Bas, Allemagne, Angleterre et maintenant Espagne) ainsi que l’Inde ont entrepris une politique volontariste d’aide et ont donc pris le relais. Cela explique la part prédominante de ces pays dans la production actuelle d’électricité ou de machines.
L’utilisation de la force du vent pour suppléer l’énergie humaine ou animale n’est pas nouvelle. On peut ainsi trouver la trace d’ancêtres des éoliennes modernes jusque dans la Perse ancienne. Plus près de nous, certains pays ont, depuis le Moyen Âge, largement fait usage de ce type d’énergie par le biais des moulins à vent (moulins hollandais) ou des éoliennes dites américaines que ce soit pour moudre le grain ou pomper l’eau.
Au cours des siècles, on a vu ainsi la technologie des moulins évoluer grâce à l’apparition de toits orientables permettant une utilisation plus intensive, puis de moulins complets montés sur pivot. Enfin, la dernière évolution marquante a été l’adoption de profils semblables à des ailes d’avion, en lieu et place de la toile tendue sur une structure en bois, du fait de la compréhension des phénomènes aérodynamiques, acoustiques et aéroélastiques impliqués. Parallèlement, les progrès technologiques, tant...
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