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)
Cet article fait partie de l’offre
Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques
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Principe de fonctionnement2. Différents types d’éoliennes et leurs utilisations
On peut aisément classer les éoliennes en deux grandes familles : celles à axe vertical et celles à axe horizontal. D’autres configurations plus anecdotiques (profils oscillants [3], aubes mobiles, profils en translation) ont vu le jour mais n’ont jamais débouché sur une quelconque industrialisation.
2.1 Machines à axe vertical
Deux principes différents sont utilisés pour ce type de machines, à savoir la traînée différentielle ou la variation cyclique d’incidence.
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Traînée différentielle
Le principe de mise en mouvement de ce type de machine est identique à celui d’un anémomètre : les efforts exercés par le vent sur chacune des faces d’un corps creux sont d’intensités différentes (figure 3). Il en résulte donc un couple moteur, que l’on peut utiliser pour entraîner un générateur électrique ou un autre dispositif mécanique tel qu’une pompe.
L’illustration la plus courante de ce type d’éolienne est le rotor de Savonius (figure 4), du nom de son inventeur, un ingénieur finlandais qui l’a breveté à la fin des années 1920. Le fonctionnement est ici amélioré par rapport à l’anémomètre par la circulation de l’air rendue possible entre les deux demi-cylindres, ce qui augmente le couple moteur. On peut aisément imaginer que, lors du démarrage de ce type de machine (phase d’établissement du vent), les cylindres soient orientés par rapport au vent de telle manière que le couple résultant soit nul. L’éolienne ne pourra donc pas démarrer spontanément. La superposition de plusieurs rotors identiques, mais décalés d’un certain angle l’un par rapport à l’autre, permet de remédier à ce problème, rendant ainsi la machine totalement autonome.
Il est intéressant de noter que ce type de rotor peut être construit à partir de fûts industriels découpés, ce qui rend son implantation aisée dans les pays en voie de développement.
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Variation...
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