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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Génération de puissance5. Pales
5.1 Dimensionnement
La pale d’une éolienne est en réalité le véritable capteur de l’énergie présente dans le vent. De ses performances dépend la production d’énergie de l’installation, puis par conséquent l’intérêt économique de la machine.
La conception d’une pale doit faire appel à un compromis délicat entre le rendement aérodynamique, la légèreté, la résistance statique, la tenue en fatigue.
Ainsi le choix des profils, leur répartition en envergure, la forme en plan (évolution de la corde en fonction de l’envergure) et le vrillage de la pale doivent être soigneusement étudiés. Par exemple, selon le type de régulation choisi et selon la taille de l’éolienne, le vrillage pourra différer significativement d’une machine à l’autre. Pour une machine de grande taille à pas variable, on pourra envisager de démarrer la rotation en s’aidant du générateur utilisé en moteur. Par contre, pour une petite éolienne régulée au décrochage, le vrillage, notamment au pied de la pale, devra permettre un démarrage autonome de la machine. À ces contraintes s’ajoutent bien évidemment les critères relatifs au vent que la machine devra « utiliser ». Les constructeurs sont ainsi amenés à proposer différents types de pales pour une même puissance en fonction de la vitesse moyenne rencontrée sur les sites d’implantation.
Après le choix d’une première configuration aérodynamique, il faut concevoir une structure résistante et légère. Là encore, les conditions de vent (vitesses, taux de turbulence) influent sur la conception (charges extrêmes, tenue en fatigue).
On s’aperçoit donc aisément que la conception d’une pale est en fait un procédé itératif avec de nombreux paramètres et de nombreuses contraintes. Il est indéniable que l’apparition de logiciels de calcul évolués associés à des optimiseurs facilite grandement la tâche du concepteur.
HAUT DE PAGE5.2 Construction
Du fait de la ressemblance entre une pale d’éolienne et une aile d’avion, il n’est pas étonnant que les techniques de construction et les matériaux utilisés pour les pales soient relativement proches de l’aéronautique.
Les...
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