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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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Organes capteurs1. Le vent
1.1 Causes
Le vent est un sous-produit de l’énergie primaire provenant du soleil. La terre et son atmosphère constituent une vaste machine thermique dont la source chaude, constamment variable, est l’hémisphère irradié par le soleil, et la source froide, également variable, l’hémisphère obscur. Le fluide de travail, l’air, passe chaque jour de l’un à l’autre. Ce cycle produit une énergie mécanique qui est l’énergie cinétique de l’air ou vent. Par suite du faible écart de température, de l’ordre d’une dizaine de degrés, le rendement est peu élevé. Néanmoins, étant donné la quantité de chaleur, l’énergie éolienne, pour l’ensemble du globe, est considérable. Elle se situe entre 2,5 × 1015 et 5 × 1015 kWh /an. Toutefois, une petite partie seulement est vraiment récupérable.
HAUT DE PAGE1.2 Caractéristiques
La puissance du vent est sensiblement constante à chaque instant pour l’ensemble du globe, en un lieu donné et sur une période solaire, mais elle varie considérablement en tout lieu et suivant les jours. La vitesse du vent est très variable. Le tableau 1 donne, en fonction de sa vitesse, les différents effets que l’on peut constater.
HAUT DE PAGE
Le vent est, en moyenne, faible dans la zone polaire nord et dans la zone intertropicale ; il est maximal vers ± 55o de latitude. Il est fort en mer. En Eurasie, il décroît d’ouest en est. À ces évolutions à grande échelle, se superposent de nombreuses irrégularités à échelle beaucoup plus petite, parfois de quelques dizaines de kilomètres carrés.
La vitesse du vent est une fonction croissante avec la hauteur au-dessus du sol et avec l’altitude (par rapport au niveau de la mer).
La loi de répartition de la vitesse suivant une verticale dépend, d’une part, du relief local et, d’autre part, de la rugosité de la région. Au sommet d’une colline...
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