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Auteur(s)
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Jean MARTIN : Ingénieur de l’École nationale supérieure des arts et métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’énergie éolienne est probablement la plus ancienne énergie utilisée par l’homme en dehors de son énergie musculaire. Ce fut, sans doute, d’abord une énergie captée par la voile pour la navigation, voilà quelques millénaires. Par la suite, sans date précise, quelque inventeur de génie, sédentaire, pense faire tourner indéfiniment la voile autour d’un axe fixe : le moulin était né. Les plus anciens connus, chinois ou perses, sont en effet constitués par des mâts verticaux entraînés par des voiles. C’est seulement plus tard que l’axe devient sensiblement horizontal, avec des ailes, pour prendre la disposition bien connue des moulins à vent.
L’énergie éolienne joue un rôle économique important jusqu’au début du XIX e siècle. Ensuite, ce rôle diminue par suite de l’accroissement rapide de l’utilisation des énergies fossiles.
Les éoliennes subsistent pourtant surtout dans des pays de vastes steppes (ex-URSS, Argentine, etc.) ou le long de façades maritimes (Baléares, Crète, Portugal, etc.) ; toutes sont de modèles fabriqués depuis longtemps.
Toutefois au XX e siècle, s’appuyant sur les progrès de l’aérodynamique, certaines tentatives de réalisation de nouvelles machines sont faites. Aux États-Unis, en ex-URSS, en Angleterre et en France par Électricité de France autour de 1960, des éoliennes puissantes, jusqu’à 1 000 kW environ, sont essayées. Malgré des résultats encourageants, c’est de nouveau l’abandon, le pétrole bon marché se substituant à toutes les autres formes d’énergie. L’augmentation brutale du prix du pétrole relance l’énergie éolienne. La crainte de n’utiliser qu’une seule énergie, dont l’approvisionnement peut être aléatoire, les idées écologiques orientent certains pays vers cette forme inépuisable et nationale !
Des progrès importants dans l’aérodynamique, l’arrivée de nouveaux matériaux vont permettre d’exploiter ce gisement mondial estimé à 4 TWh à partir de nouvelles machines fiables et diminuer le prix de l’énergie produite, qui ne devient plus marginale dans certains pays comme le Danemark ou certaines contrées comme la Californie.
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Développement des machines éoliennes5. Données économiques. Intérêt
Deux faits essentiels dominent le problème de l’utilisation de l’énergie du vent : d’une part, la grande dilution de cette énergie dans l’espace et, d’autre part, son irrégularité à la fois considérable et imprévisible.
La séduisante gratuité de cette énergie donne toute son importance à l’économie de construction.
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En production d’électricité, le générateur éolien peut fonctionner isolément ou en parallèle avec une autre source d’énergie électrique, qui doit d’ailleurs être pratiquement beaucoup plus puissante que lui. Dans ces deux cas, les considérations économiques seront différentes. Le générateur isolé est, le plus souvent, de puissance assez faible (jusqu’à 10 ou 20 kW), le prix de revient de l’énergie produite, quoique important, peut être relativement secondaire par rapport aux possibilités de disposer de cette énergie. Dans ce cas, le groupe éolien est très voisin, du point de vue conception, de l’éolienne entraînant une pompe centrifuge et les organes de stockage jouent un rôle très important.
Pour un fonctionnement en parallèle avec d’autres sources d’énergie électrique, les puissances sont beaucoup plus importantes (100 kW et plus) ; le prix de revient minimal du kilowattheure produit est l’objectif qui imposera le dimensionnement, le choix et la disposition des différents composants.
Dans ce cas, et pour des éoliennes à axe horizontal, il est intéressant de donner des ordres de grandeur relatifs à chacun des principaux composants, en précisant la variation de leur poids au kilowatt installé, par rapport au diamètre D du capteur :
Si, en première approximation, l’on veut établir une variation de l’ordre de grandeur du prix, en partant de la variation de poids, il faut noter que le poids de la machine varie sensiblement comme la puissance 0,7 de la vitesse moyenne du vent vm pour laquelle elle est construite.
À puissance constante, cette variation ne suit pas la loi en carré comme on pourrait s’y attendre [relations [6] et ...
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