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RÉSUMÉ
L'intérêt premier d'une éolienne se situe dans la récupération de l'énergie cinétique présente dans le vent. Ce dispositif, qui a su évoluer considérablement depuis ses premières utilisations très anciennes, fait appel à des compétences dans des domaines variés, comme l’aérodynamique, la mécanique, les matériaux, la météorologie. Cet article s’attache à exposer le contexte actuel des différents types d’éoliennes (à axe vertical et à axe horizontal), à travers les aspects et les caractéristiques liés à leur utilisation. Leur principe de fonctionnement, et notamment la conception du rotor (indispensable à la récupération d’énergie), les pâles mais encore leur implantation sur site sont des paramètres importants, également abordés dans cet article.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marc RAPIN : Diplômé de l'ENSAM - Expert Éolien - Ingénieur d'études au Département Aéroélasticité et Dynamique des Structures de l'Onera, The French Aerospace Lab
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Philippe LECONTE : Diplômé de l'ENSAM et de l'École Supérieure des Techniques Aérospatiales - Chef du Service « Bureaux d'Études Centraux » de la Direction des Grands Moyens Techniques de l'Onera, The French Aerospace Lab
INTRODUCTION
Les éoliennes représentent une forme très ancienne d'exploitation du vent. Toutefois, le vingtième siècle et, en particulier, les années 1970-2000, ont vu se développer les éoliennes actuelles avec une importante évolution à la fois de leur utilisation de par le monde et de leur conception. On est ainsi passé de la petite machine isolée pour le pompage de l'eau aux grands parcs d'aérogénérateurs multimégawatts connectés sur le réseau.
Les progrès technologiques et scientifiques réalisés dans différents domaines de l'ingénieur, dont l'aérodynamique, les structures, les matériaux, l'électrotechnique, la météorologie et le contrôle, ont permis d'améliorer l'efficacité et la fiabilité de ces machines. Les éoliennes à axe horizontal se sont progressivement imposées et représentent la quasi-totalité du marché actuel.
Cet article permet de donner une vision globale des aspects liés à l'éolien, d'appréhender, sans être exhaustif, les thématiques impliquées et ses spécificités. Il s'attache en particulier à décrire le potentiel de conversion d'énergie que l'on peut obtenir grâce au rotor d'une éolienne, dont les principes s'apparentent ou sont issus de ceux des hélices et rotors d'hélicoptère.
Le lecteur se reportera utilement à l'article de ce traité sur les hélices aériennes et à celui du traité Génie éléctrique sur les aérogénérateurs électriques pour les aspects électrotechniques.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2001 par Philippe LECONTE, Marc RAPIN, Edmond SZECHENYI
- Version archivée 3 de janv. 2017 par Marc RAPIN, Philippe LECONTE
- Version courante de août 2024 par Marc RAPIN
DOI (Digital Object Identifier)
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Caractérisation des différents types d'éoliennes et de leurs utilisationsArticle inclus dans l'offre
"Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques"
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1. Contexte actuel
L'utilisation de la force du vent pour suppléer l'énergie humaine ou animale n'est pas nouvelle. On peut ainsi trouver la trace d'ancêtres des éoliennes modernes jusque dans la Perse ancienne. Plus près de nous, certains pays ont, depuis le Moyen Âge, largement fait usage de ce type d'énergie par le biais des moulins à vent traditionnels. Au cours des siècles, leur technologie a évolué avec l'apparition d'un toit orientable ou de moulins complets montés sur pivot, permettant une orientation au vent plus facile, puis avec l'adoption de systèmes de pale plus performants.
Cette forme d'exploitation de l'énergie du vent tomba cependant en désuétude avec l'avènement de l'ère industrielle du XIXe siècle. On vit par la suite apparaître de petits systèmes destinés principalement au pompage de l'eau en Europe (figure 1) et beaucoup plus massivement aux États-Unis, d'où leur surnom de moulins dits américains. Avec le développement des sciences et techniques du début du XXe siècle, en particulier en aéronautique, ces machines se perfectionnèrent en réduisant par exemple le nombre de pales et en adoptant des profils semblables à ceux des hélices et évoluèrent vers la production d'électricité ( aérogénérateurs ) pendant l'entre-deux guerres.
Le véritable essor de l'éolien moderne coïncide avec le premier choc pétrolier de 1973, date à laquelle certains pays tels que le Danemark, les Pays-Bas et les États-Unis ont pris conscience de l'utilité de diversifier leurs sources d'approvisionnement électrique. Le dévelopemment du marché américain (avec ce que l'on a appelé le « rush californien » et ses immenses fermes éoliennes) a permis de lancer et structurer une filière industrielle. Suite à l'arrêt des subventions en 1986, une profonde réorganisation du monde éolien a lieu. Les entreprises danoises, qui avaient fourni la moitié des machines pour le marché américain, possédaient une gamme d'éoliennes prêtes à investir les marchés européens qui prirent alors le relais : c'est l'émergence du concept danois caractéristique des éoliennes tripales actuelles (figure 2). Vingt années d'efforts et de retours d'expériences plus tard, le travail effectué autour de la compréhension...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GWEC - Global Wind 2007 Report, - avr. 2008.
-
(2) - RTE - Bilan prévisionnel de l'équilibre offre-demande d'électricité en France. - Édition (2007).
-
(3) - LE GOURIERES (D.) - Énergie éolienne, théorie, conception et calcul pratique des intallations. - Eyrolles (1982).
-
(4) - GIPE (P.) - Wind Energy. - Comes of Age. Wiley (1995).
-
(5) - RAPIN (M.), DEGOBERT (P.) - Éoliennes, compréhension et développement (titre provisoire). - Dunod (2009).
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(6) - HAU (E.) - Wind Turbines. - Springer (2000).
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(7) - EGGLESTON...
Logiciels : WASP, WindPRo, Wind Farm, GéoWind...
HAUT DE PAGE
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Normalisation et certification
Véritas, France
Garrad et Hassan, Royaume-Uni
Germanischer Lloyd, Allemagne
IEC (International Electrotechnical Commission)
MEASNET (Réseau Européen d'Instituts de Mesure)
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Principaux constructeurs de grandes éoliennes
VESTAS, Danemark
ENERCON, Allemagne
GAMESA, Espagne
SIEMENS, Allemagne
REpower-Suzlon, Allemagne-Inde
GE Wind, États-Unis
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Centres de recherche
RISØ National Laboratory, Danemark
ECN et Université de Delft, Pays-Bas
DEWI, Allemagne
NREL, États-Unis
3 Données statistiques et économiques
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