Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L'intérêt premier d'une éolienne se situe dans la récupération de l'énergie cinétique présente dans le vent. Ce dispositif, qui a su évoluer considérablement depuis ses premières utilisations très anciennes, fait appel à des compétences dans des domaines variés, comme l’aérodynamique, la mécanique, les matériaux, la météorologie. Cet article s’attache à exposer le contexte actuel des différents types d’éoliennes (à axe vertical et à axe horizontal), à travers les aspects et les caractéristiques liés à leur utilisation. Leur principe de fonctionnement, et notamment la conception du rotor (indispensable à la récupération d’énergie), les pâles mais encore leur implantation sur site sont des paramètres importants, également abordés dans cet article.
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The main interest of a wind turbine is the recovery of kinetic energy from the wind. This device, which has massively evolved since its first outdated uses, involves competences in varied sectors such as aerodynamics, the mechanical sector, materials and meteorology. This article presents the current context of the various wind turbine types (with a vertical or horizontal axis) through the aspects and characteristics linked to their use. The functioning principle and in particular the design of the rotor (essential to the recovery of energy), the blades and their implantation are important parameters which are also presented in this article.
Auteur(s)
-
Marc RAPIN : Diplômé de l'ENSAM - Expert Éolien - Ingénieur d'études au Département Aéroélasticité et Dynamique des Structures de l'Onera, The French Aerospace Lab
-
Philippe LECONTE : Diplômé de l'ENSAM et de l'École Supérieure des Techniques Aérospatiales - Chef du Service « Bureaux d'Études Centraux » de la Direction des Grands Moyens Techniques de l'Onera, The French Aerospace Lab
INTRODUCTION
Les éoliennes représentent une forme très ancienne d'exploitation du vent. Toutefois, le vingtième siècle et, en particulier, les années 1970-2000, ont vu se développer les éoliennes actuelles avec une importante évolution à la fois de leur utilisation de par le monde et de leur conception. On est ainsi passé de la petite machine isolée pour le pompage de l'eau aux grands parcs d'aérogénérateurs multimégawatts connectés sur le réseau.
Les progrès technologiques et scientifiques réalisés dans différents domaines de l'ingénieur, dont l'aérodynamique, les structures, les matériaux, l'électrotechnique, la météorologie et le contrôle, ont permis d'améliorer l'efficacité et la fiabilité de ces machines. Les éoliennes à axe horizontal se sont progressivement imposées et représentent la quasi-totalité du marché actuel.
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. Il s'attache en particulier à décrire le potentiel de conversion d'énergie que l'on peut obtenir grâce au rotor d'une éolienne, dont les principes s'apparentent ou sont issus de ceux des hélices et rotors d'hélicoptère.
Le lecteur se reportera utilement à l'article de ce traité sur les hélices aériennes et à celui du traité Génie éléctrique sur les aérogénérateurs électriques pour les aspects électrotechniques.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2001 par Philippe LECONTE, Marc RAPIN, Edmond SZECHENYI
- 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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Conception du rotor3. Principe de fonctionnement
Avant de considérer le fonctionnement propre de la machine, il convient de définir la source d'énergie de l'éolien : le vent. Sa modélisation est primordiale que ce soit pour :
-
définir les conditions de fonctionnement de l'éolienne ;
-
définir les sollicitations qui s'appliquent sur les pales ;
-
développer et affiner la modélisation du rotor.
3.1 Modélisation du vent
Dans la couche atmosphérique qui nous intéresse, le vent est hautement fonction de la topographie naturelle du sol ainsi que de tous les obstacles rencontrés (végétation, construction, etc.). Sa composante turbulente est anisotrope, horizontalement homogène, mais non homogène verticalement.
Le vent peut donc être représenté simplement sous la forme d'une valeur moyenne
, dépendante de l'altitude, ou par des distributions spectrales et spatiales très complexes qui rendent compte de sa phénoménologie turbulente (figure 19).
La caractérisation du vent (§ 6.1) sur différents sites a permis de réaliser les bases de données nécessaires à la validation des modèles et au développement de règles de certification (IEC 61400-1 de l'International Electrotechnical Commission). Celles-ci définissent les cas de chargements à prendre en compte pour la conception des machines.
Cela a conduit à la définition de plusieurs classes de vent (I à IV) définies par leurs valeurs de vitesse moyenne annuelle, de vitesses moyennes et de rafale maximale rencontrées sur 50 ans ainsi que les formes et intensités de rafales et/ou de changements de directions associés.
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Principe de fonctionnement
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GWEC - Global Wind 2007 Report, - avr. 2008.
-
(2) - RTE - Bilan prévisionnel de l'équilibre offre-demande d'électricité en France. - Édition (2007).
-
(3) - LE GOURIERES (D.) - Énergie éolienne, théorie, conception et calcul pratique des intallations. - Eyrolles (1982).
-
(4) - GIPE (P.) - Wind Energy. - Comes of Age. Wiley (1995).
-
(5) - RAPIN (M.), DEGOBERT (P.) - Éoliennes, compréhension et développement (titre provisoire). - Dunod (2009).
-
(6) - HAU (E.) - Wind Turbines. - Springer (2000).
-
(7) - EGGLESTON...
Logiciels : WASP, WindPRo, Wind Farm, GéoWind...
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-
Normalisation et certification
Véritas, France
Garrad et Hassan, Royaume-Uni
Germanischer Lloyd, Allemagne
IEC (International Electrotechnical Commission)
MEASNET (Réseau Européen d'Instituts de Mesure)
-
Principaux constructeurs de grandes éoliennes
VESTAS, Danemark
ENERCON, Allemagne
GAMESA, Espagne
SIEMENS, Allemagne
REpower-Suzlon, Allemagne-Inde
GE Wind, États-Unis
-
Centres de recherche
RISØ National Laboratory, Danemark
ECN et Université de Delft, Pays-Bas
DEWI, Allemagne
NREL, États-Unis
3 Données statistiques et économiques
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