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L’énergie éolienne
L’énergie d’origine éolienne fait partie des énergies renouvelables. L‟aéro-générateur 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 foyers isolés. Le système de conversion éolien est également le siège de pertes : à titre indicatif, le rendement est de 59 % au rotor de l‟éolienne, de 96% au multiplicateur ; il faut de plus prendre en compte les pertes de la génératrice et des éventuels systèmes de conversion .
Historique
L‟utilisation de l‟énergie contenue dans le vent date de la plus haute antiquité orientale. Ainsi l‟emploi de la voile pour la navigation des bateaux qui remonterait à 5000 ans en Egypte et près de 4000 ans en Chine. C‟est environ au Vème siècle avant J.C que les éoliennes à axe vertical apparaissent dans quelques îles grecques et à la même époque, des éoliennes à axe horizontal auraient été utilisées en Egypte. Au IIIème siècle avant J.C, Héron d‟Alexandrie décrit une petite éolienne à axe vertical activant un compresseur d‟air qui permet le fonctionnement d‟un orgue, instrument de musique mu jusqu‟alors par l‟énergie hydraulique. Le moulin à vent à axe vertical fonctionne en Perse en 134 ans avant J.C, des murs protègent les pâles du vent au cours de leur retour. En Chine, au VIIème siècle, l‟irrigation se fait à partir d‟éolienne à axe vertical présentant la particularité d‟avoir des pâles mobiles qui s‟effacent pendant leur retour. Les éoliennes à axe horizontal ne semblent apparaitre que beaucoup plus tard, c‟est-à dire au XIIIème siècle. C‟est au XIIème siècle que l‟éolienne fait son apparition en Europe, on notera l‟existence d‟une éolienne en France en 1105 puis en 1191 en Angleterre. Les moulins à vent sont construits couramment en Hollande à partir de 1439. Léonard De Vinci dessine des éoliennes à six pales en 1500, c‟est le premier qui a eu l‟idée d‟étudier scientifiquement sur papier l‟énergie du vent. On a retrouvé récemment des dessins d‟éoliennes ressemblant étrangement à certains projets actuels. Il avait pensé au moulin à vent à axe vertical, aux venturis avec turbine au centre. Le perfectionnement des moulins à vent va se poursuivre tout au long du XVIème et XVIIème siècle. On perçoit déjà à cette époque des volets de bord d‟attaque et de bord de fuite, et la géométrie variable ; les constructeurs et les utilisateurs s‟occuperont déjà de la sécurité, de la fiabilité et automaticité de leurs appareils. En 1870 la roue éolienne inventée et construite par les américains va contribuer à l‟essor du pompage de l‟eau ; ce type d‟éolienne aurait été utilisé de par le monde jusqu‟à ces dernières années, plus d‟un million de ces éoliennes ont été utilisées. L‟aérogénérateur, association d‟une éolienne et d‟une génératrice est réalisé par Lord Kelvin, mais elle ne verra le jour qu‟en 1880.
C‟est au cours de la période de 1900-1960 que des éoliennes de grandes dimensions sont construites et la puissance des installations atteint et dépasse le mégawatt, mais ces prototypes ont vite été abandonnés parfois même avant leur mise au point définitive, face au faible coût des autres formes d‟énergies. Comme nous avons souligné plus haut c‟est en 1973 que l‟on s‟est retourné vers l‟énergie éolienne du fait des grands chocs pétroliers de l‟époque 1973-1975. Il y a eu donc à ce moment-là une orientation particulière pour un essor de l‟énergie éolienne notamment aux USA, Allemagne, Suède, Grande Bretagne et en France .
L’éolien dans le monde
Les nouvelles exigences sur le développement durable conduisent les Etats à remettre en cause des méthodes de production d’énergie et à augmenter la part des énergies renouvelables dans la production. Le protocole de Kyoto engage les pays signataires à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre.
Cet accord a participé à l’émergence de politiques nationales de développement de l’éolien et d’autres énergies également car les éoliennes n’émettent pas de dioxyde de carbone .
Trois facteurs ont contribué à rendre la solution éolienne plus compétitive :
• les nouvelles connaissances et le développement de l’électronique de puissance,
• l’amélioration des performances en aérodynamique pour la conception des turbines éoliennes,
• le financement des Etats pour l’implantation de nouvelles éoliennes.
Aux USA et en Chine
En 2010, la Chine cumule 42,3 GW d‟énergie éolienne et devient le premier pays en termes de capacité installée totale, dépassant les Etats-Unis qui figuraient à la première place depuis 2007. Le pays a installé 16,5 GW en 2010, ce qui constitue un nouveau record par rapport aux 13,8 GW de 2009. Cela met la Chine sur la bonne voie pour atteindre les 200 GW de puissance éolienne installée d‟ici 2020 et produire 15 % de son électricité à partir de sources renouvelables. Pour atteindre ce résultat, le gouvernement a identifié en 2008 les six régions les plus ventées et leur a affecté des objectifs de capacité installée (compris entre 10GW et 23 GW) à atteindre d‟ici 2020. Durant le même temps, la Chine est aussi devenue le premier producteur mondial d‟éoliennes avec 7 entreprises dans le top 15 mondial des fabricants. En 2010, le constructeur chinois Sino Vel (11 % du marché) se hisse à la deuxième place, derrière le danois Vestas mais devant l‟américain General Electric (10 %) qui est relégué au troisième rang, ex-aequo avec un autre chinois, Goldwind, qui détient lui aussi 10 % du marché. Aux Etats −Unis, un ensemble de mesures, prises en 2009, ont été très bénéfiques pour maintenir la dynamique dans le secteur lors du ralentissement économique de la période 2008-2009. À la fin de l‟année 2009, l‟industrie éolienne américaine employait 85 000 personnes .
En Europe
L‟Europe a pris une longueur d‟avance en matière d‟énergies renouvelables en affirmant son ambition d‟atteindre l‟objectif de 20 % d‟énergies renouvelables dans sa consommation finale d‟énergie en 2020. L‟éolienne contribuera à l‟essentiel de cet objectif, en ce qui concerne la production d‟électricité. Fin 2010, 84 278 MW éoliens sont installés en Europe, pour une production annuelle de 181 millions de MWℎ, soit 5,3 % de la consommation électrique européenne. Plusieurs pays ont annoncé des plans de développement massif : outre le Danemark (3 180 mW), l‟Allemagne (23 903 mW) et l‟Espagne (16 740 mW), locomotives historiques de l‟éolien en Europe, le Royaume-Uni a récemment annoncé un programme d‟investissement dans les énergies renouvelables de 100 milliards de livres d‟ici 2020, dont une importante partie consacrée à l‟énergie éolienne qui devra totaliser 28 000 mW en 2020. De son côté, la Norvège a dévoilé un programme d‟investissement à grande échelle visant à créer entre 5000 et 8 000 mW de capacités supplémentaires .
En Asie et en Afrique
L‟inde est le cinquième marché mondial de l‟éolien avec plus de 13 000 mW installés fin 2010. Selon l‟agence internationale de l‟Énergie, la puissance installée pourrait atteindre 65GW en 2020. Suzlon, son principal opérateur industriel, est devenu l‟un des premiers constructeurs mondiaux. De son côté, l‟Afrique bénéficie d‟un vaste potentiel pour le développement de l‟énergie éolienne, surtout dans le nord, le long des côtes et en Afrique du sud. À la fin de l‟année 2009, environ 96 % des installations éoliennes du continent (763 MW) se trouvaient en Egypte (430 MW), au Maroc (253 MW) et en Tunisie (54 MW). En Afrique du sud, 7 000 MW sont actuellement en développement .
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I GENERALITES SUR L’ENERGIE EOLIENNE
I.1. L’énergie éolienne
I.2. Historique
I.3. L’éolien dans le monde
I.3.1. Aux USA et en Chine
I.3.2. En Europe
I.3.3. En Asie et en Afrique
I.4. Les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne
I.4.1. Les avantages
I.4.2. Les inconvénients
I .5.Ressources éoliennes
I.5.1. Origine des vents
I.5.2 La force de Coriolis
I.5.3. Les directions dominantes du vent
I.6. Critères de choix d’un site éolien
I.6.1. Conditions climatiques
I.6.1.1. Vent
I.6.1.2. Turbulence
I.6.2.Conditions sur les sites d‟implantation
I.8.L’avenir de l’énergie éolienne
I.9. Le stockage
CHAPITRE II. LES SYSTEMES EOLIENS
II.1. Définition du système éolien
II .2. Classification des Aérogénérateurs
II.2.1. Eoliennes à axe vertical
II.2.1.1. Le rotor de SAVONIUS
II.2.1.2 Le rotor de DARRIEUS
II .2.2. Eoliennes à axe horizontal
II.2.2.1.Eoliennes sous le vent (aval)
II.2.2.1.Eoliennes face au vent (amont)
II.3. Caractéristiques technologiques des éoliennes à axe horizontal
II.3.1. La nacelle
I.3.1.1. Le rotor
II.3.1.2. La girouette et l’anémomètre
II.3.1.4. Le système de freinage
II.3.1.5. L’arbre principal
II.3.1.6. Le multiplicateur
II.3.1.7. L’arbre secondaire
II.3.1.8. La génératrice
II.3.2. Le mât
II.3.2.1.Type du mat de l’éolienne
II.3.3. La fondation
CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT D’UNE EOLIENNE DE 5KW DE PUISSANCE
III.1. Dimensionnement de l’hélice
III.1.1. Potentiel du vent à Madagascar et au Cameroun
III.1.2. Calcul du profil des vents
III.2. Etude de l’hélice d’une éolienne de 5 kW
III.2.1 L‟hélice
III.2.1.1. Composition de l’hélice
III.2.1.2. Le profil de pale
III.2.1.3. La vitesse de rotation de l’hélice
III.2. Dimensionnement de la machine synchrone à aimants permanents
III.2.1. Caractérisation géométrique de la génératrice
III.2.1.1. Définition des paramètres
III.2.1.2. Démarche de dimensionnement
III.2.1.3 Hypothèses de dimensionnement
III.3.1. Le vent
III.3.2 La turbine
III.3.3 L‟ensemble génératrice – redresseur
III.3.4 La batterie
CHAPITRE IV : REALISATION DE LA GENERATRICE
CONCLUSION
