Etude sur les aérogénérateurs

ETUDE SUR LES AEROGENERATEURS

Description de l’aérogénérateur

L’aérogénérateur est une machine composée d’une turbine éolienne, d’une nacelle et d’un mât. Ainsi :

● La turbine éolienne : Elle est constituée par des pales fixées sur un moyeu. Elle convertit l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique de rotation. Les pales doivent être assez légères, parfaitement homogènes de façon à faciliter la reproductibilité. Elles sont non déformables, résistantes à la fatigue mécanique (effort), à l’érosion, à la corrosion et aux vibrations et sont fabriquées à partir des fibres de verre ou de carbone ou à partir des bois légers monoblocs ou collés. Le moyeu est une pièce en acier moulé supportant les pâles et relie le rotor à la nacelle. Il fait varier l’angle d’attaque des pâles simultanément.

● La nacelle : elle comporte l’arbre primaire, le multiplicateur, l’arbre secondaire, la génératrice, le frein, le refroidisseur et le contrôleur ayant pour rôles :

✔ L’arbre primaire : entrainé par la turbine éolienne avec une vitesse de rotation faible, il est relié à l’arbre secondaire par l’intermédiaire du multiplicateur.
✔ Le multiplicateur : sert à augmenter la vitesse de rotation de l’arbre primaire pour faciliter l’exploitation du générateur de manière optimale.
✔ L’arbre secondaire : ou arbre rapide équipé d’un frein à disque, il relie le multiplicateur à la génératrice.
✔ La génératrice : convertit l’énergie mécanique en énergie électrique. Elle peut être du type asynchrone (à cage ou à rotor bobiné) ou synchrone (à aimants permanents ou à excitation bobinée).
✔ Le frein : aussi appelé système de blocage mécanique du rotor, il empêche la rotation de l’hélice durant les opérations de maintenance.
✔ Le contrôleur électronique : il surveille le fonctionnement de l’éolienne et assure également la gestion des différentes pannes.

● La tour ou mât : il peut être en acier ou en béton ou mixte. C’est un élément rigide, vertical et réservé aux éoliennes horizontales. Il supporte l’ensemble rotornacelle à une hauteur suffisante afin d’éviter le vent turbulent. Sa structure doit résister à la rouille, aux champignons, à la moisissure, etc.

CONSTRUCTION DES DEUX EOLIENNES 

Face aux problèmes énergétiques qui persistent dans notre pays, il est intéressant d’étudier la réalisation des deux éoliennes, une éolienne à transmission directe et une éolienne qui utilise un multiplicateur de vitesse, et de procéder à leur comparaison. Les deux éoliennes construites à axe horizontal de type à hélice ont le même aéromoteur de puissance nominale 500W mais diffèrent de leur structure au niveau de la nacelle.

Les outillages que nous avons utilisés durant la réalisation sont dans l’annexe. Ces éoliennes ont été implantées à Bevalala sis à 12Km d’environ de la ville d’Antananarivo, dans la commune d’Ampanefy, Fokontany Malaho.

IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX

Cette étape consiste à déterminer tous les impacts, positifs et négatifs, qui se présentent à ces deux éoliennes.

Impacts positifs
Les éoliennes utilisent une source d’énergie gratuite (énergie du vent) pour produire de l’électricité. Lors de leur fonctionnement, il n’y a ni émission de gaz ni de particules. Les éoliennes aident effectivement à réduire le rejet de CO2 .

Impacts négatifs
Les impacts négatifs concernent le paysage et le bruit.
● Impact sur le paysage : les éoliennes ne conduisent pas à des mutations paysagères. En principe, ces trois pales de couleur gris-blanc assurent l’harmonie et l’équilibre visuel.
● Bruit : les éoliennes génèrent des bruits qui s’amplifient proportionnellement à la vitesse du ventet créent des nuisances sonores aux alentours. Il existe trois types d’émissions sonores :
✔ Le bruit aérodynamique, lié au frottement de l’air sur les pales : l’hélice en bois que nous avons construite émet un bruit aérodynamique très bas.
✔ Le bruit mécanique créé par les appareillages abrités dans la nacelle : l’« éolienne 1 » émet un bruit mécanique suffisamment faible car nous avons utilisé de l’huile lubrifiant sur les engrenages du multiplicateur.
✔ Une troisième source sonore est générée directement par les vibrations amplifiées du système en mouvement.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1 PRESENTATION DU CENTRE NATIONAL DE RECHERCHE INDUSTRIELLE ET TECHNOLOGIQUE
1.1.1 Description
1.1.2 Missions du Centre National de Recherche Industrielle et Technologique
1.1.3 Présentation et organisation du C.N.R.I.T
1.2 GENERALITES
1.2.1 Situation de l’éolienne dans le monde
1.2.2 Énergie à Madagascar
1.3 ETUDE SUR LES AEROGENERATEURS
1.3.1 Description de l’aérogénérateur
1.3.2 Théorie sur les éoliennes
1.3.2.1 Énergie disponible
1.3.2.2 Énergie récupérable
1.3.2.3 Théorie de BETZ
1.3.2.4 Limite de BETZ
1.3.3.1 Mode de détermination de la chaîne de conversion éolienne
1.3.3.2 Différents types de systèmes éoliens
CHAPITRE 2 : CONSTRUCTION DES DEUX EOLIENNES
2.1 CONCEPTION ET REALISATION DES DEUX TYPES DE NACELLE
2.1.1 Nacelle 1
2.1.2 Nacelle 2
2.2 CONSTRUCTION DE L’HELICE ET DE L’EMPENNAGE
2.2.1 Hélice
2.2.2 Empennage
2.3.1 Efforts agissant sur le mât
2.3.2 Réalisation du mât
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET INTERPRETATION
3.1 RELEVES DES MESURES
3.1.1 Appareils de mesure
3.1.2 Performance des deux éoliennes
3.1.2.1 Tension électrique produite
3.1.2.2 Courant électrique
3.1.2.3 Puissance électrique
3.2 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
3.2.1 Impacts positifs
3.2.2 Impacts négatifs
3.3 ANALYSES ECONOMIQUES
3.3.1 Hypothèses
3.3.1.1 Paramètres de valorisation économique
3.3.1.2 Données d’entrée
3.3.1.3 Coûts d’investissement
3.3.2 Méthodologie
3.3.3 Rentabilité
3.4 FONCTIONNEMENT DU SYSTEME EOLIEN
3.4.1 Description des divers composants du système installé
3.4.2 Analyse de fonctionnement
3.4.3 Avantages et inconvénients des deux éoliennes
3.5 RECAPITULATION
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES
ANNEXE

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