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Jean MARTIN : Ingénieur de l’École nationale supérieure des arts et métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’énergie éolienne est probablement la plus ancienne énergie utilisée par l’homme en dehors de son énergie musculaire. Ce fut, sans doute, d’abord une énergie captée par la voile pour la navigation, voilà quelques millénaires. Par la suite, sans date précise, quelque inventeur de génie, sédentaire, pense faire tourner indéfiniment la voile autour d’un axe fixe : le moulin était né. Les plus anciens connus, chinois ou perses, sont en effet constitués par des mâts verticaux entraînés par des voiles. C’est seulement plus tard que l’axe devient sensiblement horizontal, avec des ailes, pour prendre la disposition bien connue des moulins à vent.
L’énergie éolienne joue un rôle économique important jusqu’au début du XIX e siècle. Ensuite, ce rôle diminue par suite de l’accroissement rapide de l’utilisation des énergies fossiles.
Les éoliennes subsistent pourtant surtout dans des pays de vastes steppes (ex-URSS, Argentine, etc.) ou le long de façades maritimes (Baléares, Crète, Portugal, etc.) ; toutes sont de modèles fabriqués depuis longtemps.
Toutefois au XX e siècle, s’appuyant sur les progrès de l’aérodynamique, certaines tentatives de réalisation de nouvelles machines sont faites. Aux États-Unis, en ex-URSS, en Angleterre et en France par Électricité de France autour de 1960, des éoliennes puissantes, jusqu’à 1 000 kW environ, sont essayées. Malgré des résultats encourageants, c’est de nouveau l’abandon, le pétrole bon marché se substituant à toutes les autres formes d’énergie. L’augmentation brutale du prix du pétrole relance l’énergie éolienne. La crainte de n’utiliser qu’une seule énergie, dont l’approvisionnement peut être aléatoire, les idées écologiques orientent certains pays vers cette forme inépuisable et nationale !
Des progrès importants dans l’aérodynamique, l’arrivée de nouveaux matériaux vont permettre d’exploiter ce gisement mondial estimé à 4 TWh à partir de nouvelles machines fiables et diminuer le prix de l’énergie produite, qui ne devient plus marginale dans certains pays comme le Danemark ou certaines contrées comme la Californie.
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7. Navigation éolienne
La forme première de l’utilisation du vent a sans doute été dans la navigation et cette énergie a été pendant des siècles la seule, grâce aux voiles, à propulser les navires. Utilisée actuellement pour la seule navigation de plaisance, elle semble devoir être redécouverte pour certains paquebots, voire des navires marchands. La différence vient que ces voiles vont être actionnées, au moins en grande partie, automatiquement et à partir d’une gestion par ordinateur.
Des tentatives ont été faites au début du siècle pour utiliser d’autres éléments que les voiles et un navire allemand a même été construit et a navigué équipé de rotors tournants à effet Magnus (rotors de Flettner). La force de propulsion peut s’expliquer de la façon suivante : un cylindre placé dans un fluide en mouvement, de la gauche vers la droite (figure 20a ), offre une résistance représentée par la force F. La création de cette force est liée au sillage qui apparaît derrière le cylindre. Elle est d’autant plus importante que le corps est moins profilé. Dès que le cylindre entre en rotation (figure 20b ), la force F change de direction ; elle se décompose en une force de portance P perpendiculaire à l’écoulement et en une force de traînée R dans le sens de l’écoulement. L’intensité de la portance dépend de la vitesse de rotation du cylindre, de la vitesse du vent et des dimensions du cylindre. L’inconvénient est la difficulté de faire tourner des cylindres hauts et de gros diamètres.
Pour éviter les inconvénients liés à la rotation du cylindre, l’équipe de la Fondation Cousteau eut l’idée d’empêcher le décollement des filets d’air au point de décrochage en aspirant une partie de la couche limite. Un volet placé dans la partie arrière inférieure du profil permet de séparer les écoulements d’intrados et d’extrados (figure 20c ).
Le cylindre induit une portance exceptionnelle égale à plusieurs fois celle d’une voile classique de même surface projetée ; ses dimensions seront donc relativement réduites. La symétrie exige que deux zones d’aspirations soient prévues, vers l’arrière et de part et d’autre du...
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