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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 de stockage3. Organes annexes
3.1 Organes de supportage
Le supportage est calculé pour résister aux vents les plus forts du site. Les forces qui s’exercent sur lui sont :
— la poussée sur le capteur qui est maximale lorsqu’il est arrêté (cas du grippage de l’axe notamment) ; sa valeur P, d’après la relation [6], est donnée par :
avec S surface frontale des pales.
Dans le cas de l’arrêt du rotor, Cf est pratiquement toujours égal à 1,5 ;
— la traînée du supportage qui s’exprime avec une relation de forme analogue à la relation [6], le coefficient de traînée Cx du support dépendant de la géométrie de la section du supportage. Elle est répartie sur toute la hauteur du pylône.
Pour les rotors à axe horizontal, ce rapport de la hauteur du pylône au diamètre du capteur le plus économique est égal à 1 pour les sites à faible gradient vertical de vitesse et à 1,35 pour ceux à fort gradient.
Les différents types de supportage à axe horizontal sont donnés dans le tableau 6. Les pylônes peuvent être réalisés en acier (poutre treillis ou structure type caisson) ou en béton armé. Ils peuvent être autoporteurs et autorésistants ou haubanés. Si le haubanage permet de réduire les dimensions du mât, par contre il pénalise l’emprise au sol. Actuellement les mâts en caisson, souvent en acier et fortement ancrés au sol, sont très courants pour les éoliennes de forte puissance.
Les pylônes des machines à axe vertical sont courts, entre 0,1 et 0,5 fois la hauteur du rotor. Ils sont le plus souvent du type haubané.
Les problèmes de corrosion et de montage sont les paramètres principaux dans le choix de la solution à...
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