Energie renouvelable : L’énergie éolienne

QU’ EST-CE QUE L'ENERGIE ÉOLIENNE ? L’énergie éolienne est l’énergie du vent et plus spécifiquement, l’énergie tirée du vent au moyen d’un dispositif aérogénérateur ad hoc comme une éolienne. L’énergie éolienne est une énergie renouvelable, elle tire son nom d’Eole (en grec ancien Αἴολος / Aiolos) le nom donné au dieu du vent dans la Grèce Antique.

QU’ EST-CE QU’ UNE ÉOLIENNE ? Une éolienne ou un aérogénérateur est un dispositif permettant d’utiliser l’énergie éolienne pour produire de l’électricité.   Son utilisation a débuté à la fin du XIXe siècle, au Danemark.

Fonctionnement : L'éolienne est accouplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. Le générateur est relié à un réseau électrique ou bien il fonctionne de manière autonome avec un générateur d'appoint, par exemple un groupe électrogène, et/ou un parc de batteries, ou un autre dispositif de stockage d’énergies.   Une éolienne produit de l’électricité grâce aux éléments suivants qui la composent :

Une hélice, montée sur l’axe du rotor de l’alternateur, constitué de trois pales en matériaux composites mesurant entre 5 et 80 mètres de diamètre, servant à convertir de façon aérodynamique l’énergie éolienne en énergie mécanique sur un arbre tournant lentement. Le centre du rotor est à 40,7 mètres de hauteur et son diamètre de 29,7 mètres. Une boîte de vitesses servant à accroître la vitesse de l’arbre du rotor pour le générateur. Un générateur produisant de l’électricité.

Un système de commande et de protection servant à optimiser le rendement et à conserver la machine en état de fonctionnement dans des limites sécuritaires. Une tour cylindrique en acier d’une hauteur comprise entre 60 et 100 mètres qui permet de placer le rotor à une hauteur élevée au-dessus du sol, où la vitesse du vent est supérieure et les effets des obstacles locaux sont moindres. Une cabine de dispersion à la base de l’éolienne, permettant de se connecter au réseau d’électricité existant, afin de pouvoir y injecter l’énergie produite et non consommée directement.

Une nacelle située en haut de la tour et qui comporte toute l’installation de production d’électricité : le multiplicateur de vitesse, le (ou les) générateur(s), les systèmes de frein et d’orientation de l’éolienne et les composants électriques, pneumatiques et électroniques, nécessaires pour convertir le mouvement de rotation du rotor en énergie électrique à la sortie de l’alternateur.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Le rotor entraîne un générateur par l’intermédiaire d’un multiplicateur de vitesse à engrenages. L’ensemble est monté sur une nacelle placée au sommet d’une tour tubulaire en acier, la nacelle s’orientant automatiquement au vent. L’éolienne utilise la force du vent pour actionner les pales d’un rotor. L’énergie mécanique produite par la rotation des pales est transformée en énergie électrique grâce un générateur.

Une éolienne se compose d’un mât pouvant mesurer de 10 à 100 mètres de haut selon la puissance de la machine. Sur le mât est installée une nacelle renfermant la génératrice électrique qui est entraînée par un rotor de 2 ou 3 pales mesurant entre 5 et 80 mètres de diamètre.

Le générateur est équipé de deux bobinages lui permettant de produire de l’électricité à deux vitesses de rotation (750 et 1000 tr/mn). Le petit générateur (45 kW) est utilisé dans les faibles vitesses de vent et permet d’optimiser la production. Dans les deux cas, la vitesse de rotation est fixe quelque soit la vitesse du vent, liée à la fréquence fixe du réseau EDF, 50 Hz. Cette fréquence constante passe par une vitesse de rotation constante des pâles. Cette dernière est obtenue par régulation notamment avec l’orientation des pâles.

Une éolienne fonctionne uniquement quand il y a du vent Une éolienne fonctionne uniquement quand il y a du vent. Elle tourne en effet lorsque la vitesse du vent s’établit entre 15 et 90 Km/h, vitesse au-delà de laquelle l’éolienne s’arrête automatiquement pour des raisons de sécurité. Dans la plupart des cas, l’électricité ainsi produite est acheminée par un câble électrique souterrain jusqu’au poste de livraison EDF.

Production énergétique L’énergie est transmise par un réseau de fils reliant les éoliennes à un poste de transformation. En augmentant le voltage de l’électricité, le poste permet de transférer directement l’énergie sur la ligne de transport de 230 kilovolts d’Hydro Québec.

Puissance fournie par une éolienne : Les éoliennes de taille moyenne sont équipées de rotors mesurant entre 15 et 30m de diamètre, avec des puissances comprises entre 100 et 400kW. La puissance d’une éolienne peut aller jusqu’à 3 MW. Ces aérogénérateurs sont parfois regroupés, et ces groupes d'éoliennes appelés “centrales éoliennes” peuvent représenter une puissance jusqu'à 1200MW. Les aérogénérateurs produisent différentes quantités d’électricité. Des rotors de 1 m de diamètre environ produisent quelques centaines de watts d’électricité. Les rotors d’un diamètre de près de 75 m produisent un mégawatt.

Les éoliennes actuelles ont besoin d’un vent dans la gamme de 11 à 90 Km/h (3 à 25 m/s). Les futures éoliennes accepteront des vents de moins de 4 à plus de 200 Km/h (1 à 60 m/s).   Formule La puissance P (en kW) fournie par une éolienne interceptant une section S (en m2) d'un vent soufflant à une vitesse V (en m/s) est donnée par la formule   P = k x S x V3  (le coefficient k valant 0,37 pour une éolienne idéale).

Les avantages L’énergie éolienne est une énergie renouvelable et non polluante. Une installation éolienne est prévue pour durer au moins 20 ans et son achat est amorti au bout d’environ dix années. Parmi les énergies renouvelables, l’énergie éolienne a le plus fort potentiel de développement.

Les éoliennes à axe horizontal (EAH) et à axe vertical (EAV).

Différents types d'éoliennes :

A l’intérieur d’une éolienne

1 : Rotor 2 : Pales 3 : Nacelle 4 : Mât 5 : Dispositif d’orientation de la nacelle 6 : Boîte de vitesse 7 : Frein 8 : Système de désenclenchement 9 : Boîtier électronique de contrôle 10 : Générateur électrique 11 : Anénomètre et contrôle de la direction du vent

1 : Rotor 2 : Pales 3 : Nacelle 4 : Mât 5 : Dispositif d’orientation de la nacelle 6 : Boîte de vitesse 7 : Frein 8 : Système de désenclenchement 9 : Boîtier électronique de contrôle 10 : Générateur électrique 11 : Anénomètre et contrôle de la direction du vent

Bibliographie http://domsweb.org/ecolo/eolien.php http://www.fnh.org/naturoscope/Energie/Eolienne/Eole1.htm http://canren.gc.ca/tech_appl/index_f.asp?CaId=6&PgId=286 http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_%C3%A9olienne http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89olienne