Destruction et la chute d’éléments composant l’éolienne

Destruction et la chute d’éléments composant l’éolienne

Aspects économiques de l’énergie éolienne 

L’énergie éolienne réalise aujourd’hui le plus fort taux de croissance de toutes les filières énergétiques au monde. En dix ans, cette énergie a accompli une croissance moyenne de 29% par an. Elle ne représentait que 5000 MW en 1995, aujourd’hui l’électricité produite par cette filière à l’échelle mondiale dépasse les 60 000 MW.
C’est actuellement la source d’énergie la plus coté. Sur la même période, l’utilisation de charbon n’a progressé que de 2,5% /an, le nucléaire de 1,8%, le gaz de 2,5% et le fuel de 1,7%. L’industrie éolienne a vraisemblablement pris son envol, grâce à la sophistication croissante des technologies éoliennes. Aujourd’hui une éolienne moderne produit, par an, 200 fois plus d’électricité que son équivalent il y a 20 ans.
Ces gains technologiques se sont traduits, en gains économiques, le coût du kW a baissé d’un rapport remarquable grâce au progrès des technologies éoliennes.
L’électricité éolienne qui coûtait entre 70 – 80 (US$) le kWh au début des années 80, coûte actuellement entre 4 et 6 (US$) le kWh, soit une baisse de l’ordre de 90%.
Dans certaines régions l’électricité éolienne revient moins cher que celle produite par des sources traditionnelles.

Aspect écologique de l’énergie éolienne 

L’approvisionnement énergétique est sans aucun doute l’un des enjeux majeurs du 21ème siècle. En effet, les sources d’énergie actuellement utilisées présentent de grands risques environnementaux et sociaux. Le nucléaire a montré ses limites et ses dangers et l’utilisation des combustibles fossiles entraîne des changements climatiques.
Seul un développement rapide des énergies renouvelables peut nous permettre de relever le défi.
À la suite de la conférence de Kyoto en décembre 1997, la majorité des pays ont décidé de réduire leurs émissions de gaz responsables de l’augmentation de l’effet de serre. Cette décision devrait aboutir à une diminution de la consommation en énergie fossile (pétrole, gaz naturel, charbon…) au profit des énergies renouvelables, dont fait partie l’éolien.
L’énergie éolienne, qui est devenue actuellement économiquement rentable, a aussi l’avantage d’être écologiquement très propre puisqu’un parc d’aérogénérateurs n’émet ni polluants ni gaz à effet de serre et ne génère pas de déchets. Enfin les aérogénérateurs en fin de vie peuvent être recyclés aisément et le site peut être remis à l’état naturel ou agricole sans dépenses notables.
Si l’énergie éolienne est considérée comme l’une des sources les plus propres, cette énergie comporte encore des risques mineurs sur l’environnement

Principe de fonctionnement d’une éolienne 

L’énergie d’origine éolienne fait partie des énergies renouvelables. L’aérogénérateur utilise l’énergie cinétique du vent pour entraîner l’arbre de son rotor : celle-ci est alors convertie en énergie mécanique elle-même transformée en énergie électrique par une génératrice électromagnétique accouplée à la turbine éolienne. Ce couplage mécanique peut être soit direct si la turbine et la génératrice ont des vitesses du même ordre de grandeur, soit réalisé par l’intermédiaire d’un multiplicateur dans le cas contraire . Enfin, il existe plusieurs types d’utilisation de l’énergie électrique produite : soit elle est stockée dans des accumulateurs, soit elle est distribuée par le biais d’un réseau électrique ou soit elle alimente des charges isolées .

La protection contre les vents importants 

C’est un aspect fondamental. En effet, en présence de vents importants ou de rafales, il s’agit d’éviter les contraintes mécaniques trop importantes et les vitesses de rotation excessives, c’est-à-dire d’éviter la casse, d’assurer l’intégrité du matériel.
On distingue d’une part les stratégies de contrôle par l’aérodynamique. On joue sur l’orientation des ailes pour modifier leurs propriétés aérodynamiques et donc réduire la force exercée par le vent.
Soit on réduit l’angle d’attaque des pales qui présentent alors un rendement plus faible. On peut aller jusqu’à mettre les pales face au vent où elles seront soumises à une force nulle.
Soit on augmente l’angle d’attaque jusqu’au décrochage du profil (« stall control » en anglais).
Une autre manière de procéder est de placer directement un frein aérodynamique sur l’aile (mais cela est physiquement équivalent à chercher le décrochage).
Ces modifications des propriétés aérodynamiques peuvent être réalisées sur la totalité de l’aile ou sur seulement une fraction de celle-ci, par exemple sur le bout d’aile.
À noter que l’on peut jouer sur l’orientation de l’éolienne à axe horizontal. Dans ce cas de figure, il s’agit de réduire la surface présentée au vent par le rotor de l’éolienne en la décalant par rapport à la direction du vent. Comme cette surface est réduite, la puissance du vent est directement réduite. Typiquement, on décale l’éolienne à gauche ou à droite suivant son axe vertical, soit on place l’éolienne en « hélicoptère » en tirant le rotor vers l’arrière.

Notions de base en aérodynamique 

Est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la compréhension et l’analyse des écoulements d’air, ainsi qu’éventuellement sur leurs effets sur des éléments solides qu’ils environnent.
L’aérodynamisme (terme non scientifique) qualifie l’apparence d’un corps en mouvement dans l’air et sa résistance à l’avancement.
L’aérodynamique s’applique aux véhicules en mouvement dans l’air (aérodynes, automobiles, trains), aux systèmes de propulsion (hélices, rotors, turbines, turboréacteurs), aux installations fixes dans un air en mouvement subissant les effets du vent (bâtiments, tours, ponts) ou destinés à la production d’énergie (éoliennes), aux systèmes mécaniques transformant une énergie aérodynamique en énergie mécanique et vice-versa (turbines, compresseurs).

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Les éoliennes
I.1 Introduction 
I.1.1 Energie éolienne
I.1.2 Aspects économiques de l’énergie éolienne
I.1.3 Aspect écologique de l’énergie éolienne
I.1.3.1 Destruction et la chute d’éléments composant l’éolienne
I.1.3.2 Le bruit
I.1.3.3 Risque pour les oiseaux
I.1.3.4 Impact visuel
I.2 Eléments constitutifs d’une éolienne 
I.2.1 Mât
I.2.2 Nacelle
I.2.3 Rotor
I.2.4 Pales
I.2.4.1 Dimensionnement des pales
I.2.4.2 Construction et matériaux des pales
I.3 Principe de fonctionnement d’une éolienne 
I.4 Classification des éoliennes 
I.4.1 Classification selon la taille
I.4.2 Classification selon le principe de fonctionnement
I.4.2.1 Eoliennes à axe horizontal
I.4.2.2 Eoliennes à axe vertical
I.4.2.2.1 Familles des éoliennes d’axe vertical
I.4.3 Comparaison entre les deux modèles
I.5 Distinction entre les éoliennes 
I.5.1 Nombre de pales
I.6 Protection contre les vents importants
I.7 CONCLUSION 
Chapitre II : Aérodynamique
Introduction
II.1. Notions de base en aérodynamique 
II.1.1. Définition
II.2. Rappels de mécanique des fluides
II.2.1. Equations de Navier-Stokes
II.2.2. Equations d’Euler
II.2.3. Equation de Bernoulli
II.2.4. L’écoulement
II.2.4.1. Ecoulement laminaire
II.2.4.2. Ecoulement turbulent
II.2.4.3. Ecoulement tourbillonnaire
II.3. Forces et moments aérodynamiques 
II.3.1. Portance et traînée
II.3.1.1. Portance
II.3.1.2. Traînée
II.3.2. Coefficients aérodynamiques
II.3.2.1. Coefficient de portance et de traînée
II.3.2.2. Coefficient de pression (Le nombre d’Euler)
II.3.3. Définitions géométriques des profils
II.3.3.1. Classification géométrique des profils
II.3.3.2. Profils de type NACA
II.3.3.2.1.Classification les profils NACA
II.3.3.2.2.Profils NACA à quatre chiffres
II.3.3.2.3.Profils NACA à cinq chiffres
II.3.3.2.4.Profils NACA laminaire
II.4 Conclusion
Chapitre III : Calculs des efforts aérodynamiques agissant sur les pales
III.1.Introduction 
III.2.Théories aérodynamiques
III.2.1. Théorie de l’écoulement axial
III.2.2. Théorie de l’élément de pale
III.3.Remarque 
III.4.Dimensionnement optimal des pales pour une puissance maximale
III.4.1. Calcul de la forme optimale de la pale
III.4.2. Calcul des efforts aérodynamiques sur le rotor
III.5.Conclusion 
Chapitre IV : Résultats et interprétations
IV.1. Introduction
IV.2. Résultat et interprétation 
IV.2.1. Répartition de la corde et de l’angle de vrillage
pour une pale ayant un profil NACA 63-421
IV.2.2. Répartition de la corde et de l’angle de vrillage pour une pale ayant un profil. LS1-0417
IV.2.3. Distribution des charges aérodynamique sur une pale
IV.2.4. Distribution de la force axiale en fonction
de le long de la pale
IV.3. Conclusion
Conclusion générale

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