Le vent, leur moteur

Entrons scientifiquement dans le sujet

  • Une éolienne transforme l'énergie mécanique du vent en énergie éléctrique grâce aux pales des éoliennes.sans-titre.png

 

  • Il est vrai que les éoliennes fonctionnent plus ou moins bien c'est-à-dire qu'elles ont un plus ou moins bon rendement en fonction de l'énergie cinétique qu'elles recoivent: le vent. Pour qu'une éolienne produisent correctement, il faut un vent modéré, ni trop faible puisque dans ce cas elle ne fonctionnera pas, ni trop forte sinon celle-ci s'endomagera plus rapidement.. De plus, une éolienne ne doit pas recevoir de grosse rafale de vent car elle se mettrait à l'arrêt donc plus aucun rendements d'électricité.

Quelques chiffres:

  • Pour qu'une éolienne fonctionne, le vent doit au minimum atteindre 12,5 km/h

  • Pour qu'une éolienne ait un rendement stable, le vent doit être compris entre 43,2 et 50,4 km/h

  • Pour qu'une éolienne ne soit pas endomagé, le vent ne doit pas dépasser les 90 km/h

  • Pour qu'une éolienne provoque la mise en drapeau, le vent doit souffler par rafale

      Par exemple lors d'une rafale à 110 km/h, les pales pivoteront afin de ne plus recevoir de vent ce qui provoquera sa mise en arrêt.


Cette vitesse du vent est calculée grâce à l'automate située dans l'éolienne qui effectue ces calculs tout les quarts d'heure (15minutes)

 

 Après avoir effectué le 1er calcul, c'est l'automate qui décide de la mise en fonction ou non de l'éolienne. Si elle est mise en service, le vent fait tourner les pales qui elles font tourner le rotor puis le multiplicateur (multipliant les tours des pâles par cent). Par la suite, la génératrice se met en marche en transformant l'énergie mécanique en électricité. A sa sortie, le courant est à une puissance de 690V et est caractérisé comme étant alternatif. Etant trop fort, le courant est après reconverti dans la nacelle de l'éolienne.

  Dans le tube de l'éolienne, se situe deux locaux permettant de transformer le courant du plus fort au plus faible et inversement. Il y a également un local EDF qui y abrite le compteur qui lui régule la consomation ainsi que la production.

 

  • Calculons l'énergie fournie par le vent (=énergie cinétique). Cette énergie varie en fonction de l'énergie et de la vitesse de l'air. Attention, la masse volumique de l'air est quand à elle toujours constante.


    Tout d'abord, commençons par mettre en place l'énergie cinétique grâce à la formule suivante:

 

 Ec = 1/2 . m . V² avec Ec : énergie cinétique en joules (J)

  m : la masse du volume d'air en kg 

 V: la vitesse du vent en m/s-1


Prenons l'exemple des éoliennes de Fécamp, ayant un diamètre de 52mètres.

NB*: Le volume en mètre cube (m^3) est la vitesse du vent multiplié par la surface S en mètre carré (m²) du cerle formé par les pâles.

S = 26² . multiplié par = 676multiplié par soit 2124 m²

 

Maintenant, admettons que le vent va a 45km/h-1 soit 12,5m/s-1. Nous pouvons donc établir le calcul suivant:

2124 x 12,5 = 26 550 soit 26,550.10^3 m^3

De plus, on sait que: 

ρ = m / V avec    ρ : la masse volumique de l'air en kg/m3

  m : la masse en kilogramme

V : le volume en mètre cube


Prenons pour la masse volumique de l'air ρ = 1,247 kg/m3 avec une température à 10°C et une condition de pression "normale".

On a donc: m = p . V = 1,247 x 26,550.10^3 = 33 107,85 kg

Or: Ec = 1/2 . m . V² = 1/2 x 33 107,85 x 26 550 = 4 395 067 J

Ce qui nous donne en convertissant, sachant qu' un méga joule (MJ) est d'environ 278 Wh.



Conclusion (pour les éoliennes de Fécamp):

  • L'énergie cinétique du vent est de 4,395MJ soit presque 1222Wh (arrondi à l'unité)

    => ceci avec un vent de 45km/h-1 ; et un diamètre d'éolienne de 52m.



+ Allons un peu plus loin, en calculant l'énergie qui est réellement récupérable:

D'après nos recherches, un physicien Allemand se nommant Albert Betz a démontré que seulement 16/27ième soit environ 59% de l'énergie cinétique du vent serait transformable en énergie mécanique.

Par conséquent, toujours avec l'exemple de l'éolienne de Fécamp, bien que l'énergie cinétique du vent soit de 1 222Wh, on ne récupère que 724Wh étant donné que (16/27) x 1 222 = 724,1481481.

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