Chaque fois que vous sentez une brise, une énergie potentielle vous frôle le visage. L’énergie éolienne est une source ancienne. Vous pouvez même toujours voir des moulins à vent en bois utilisés dans de petites fermes ou les restes de ceux-ci. Mais comment cette énergie est-elle capturée et utilisée comme source d’électricité ? Jetons un coup d’œil à l’éolienne.
Quand le vent souffle
En substance, lorsque le vent souffle, une énergie cinétique potentielle est générée. Plus il souffle fort, plus la rotation des pales peut générer de la puissance. Certains endroits sont plus ventés que d’autres, il est donc logique de voir des éoliennes et des parcs éoliens dans certaines zones, généralement à l’écart des centres-villes.
Mais comment ça se passe ? Que vous utilisiez une seule turbine chez vous pour générer une autre forme d’énergie ou un parc d’éoliennes pour alimenter votre usine, le processus est sensiblement le même.
De quoi est fait une éolienne
De la route, cela ressemble à un très grand moulin à vent moderne en rotation. Le fait qu’il n’y a que trois pales fait que l’on se demande si tout fonctionne bien. Regardons les pièces.
* Tour : les turbines modernes utilisent une construction en acier tubulaire. La structure entière doit être suffisamment haute pour capturer les meilleurs vents sans obstruction. Elle doit également être suffisamment solide pour loger le câblage, ainsi que pour supporter le poids du rotor et de la nacelle (voir ci-dessous). Les vents peuvent être assez forts dans certaines régions et la tour doit être suffisamment forte pour résister aux forces.
* Rotor et pales : alors que les pales tournent en réponse au vent, elles (avec le rotor) sont conçues pour le convertir en énergie mécanique. Les pales ressemblent à une vieille hélice d’avion. Elles sont fabriquées en fibre de verre légère ou en fibre de carbone. La pale inférieure génère une pression élevée de l’air tandis que la pale supérieure génère une traction qui fait que le rotor tourne bien.
* Nacelle : le rotor et les pales sont fixés à un objet de forme rectangulaire appelé nacelle. C’est là que « vit » la machine qui transforme l’énergie en une forme plus utilisable. À l’intérieur se trouvent une boîte de vitesses, un générateur, une coupure et divers autres composants électroniques permettant de contrôler la vitesse et de convertir le mouvement mécanique en électricité injectée dans un réseau.
La forme d’éolienne la plus répandue est le modèle à trois pales. Il existe également une conception d’axe vertical utilisée en Europe. La plupart des éoliennes sont à terre, mais elles peuvent être aussi construites au large des côtes. La taille des éoliennes varie en fonction de la quantité d’énergie à générer. Dans les maisons en particulier, la plupart sont utilisées conjointement avec un réseau pour compenser les coûts de l’électricité.
Histoire des éoliennes
Les premières éoliennes ont été utilisées en Perse, dès 200 avant notre ère, pour moudre le grain. En 250 après notre ère, les Romains ont commencé à utiliser le même processus dans le même but. Les Néerlandais ont commencé à utiliser des moulins à vent pour drainer l’eau des zones situées dans le delta du Rhin.
Les moulins à vent ont commencé à être utilisés pour la production d’électricité en 1888, et le premier moulin à vent, ce qui signifie que la première éolienne a été construite par Charles F Brush à Cleveland, Ohio. En 1908, quelque 72 éoliennes étaient utilisées pour produire de l’électricité entre 5 et 25 kilowatts. Les moulins à vent pour produire de l’électricité étaient couramment trouvés dans les fermes dans les années 1930 aux États-Unis.
Éoliennes à axe horizontal
Les éoliennes à axe horizontal abritent un générateur électrique et l’arbre principal du rotateur au sommet d’une tour. Les deux doivent être pointés vers le vent, pour la production d’électricité. Une girouette est généralement suffisante à cet effet dans le cas des petites turbines, mais dans le cas des grandes turbines, un servomoteur couplé à un capteur de vent est utilisé pour pointer dans le vent. La rotation des lames est contrôlée par une boîte de vitesses qui augmente la vitesse de rotation des lames selon les besoins.
La turbine est généralement pointée dans le sens du vent afin de la protéger des turbulences créées par la tour. De nombreuses machines sous le vent sont également construites dans le but de lutter contre le problème des turbulences. De telles machines empêchent l’utilisation d’un mécanisme supplémentaire pour maintenir la turbine en ligne avec le vent; ceci est dû au fait que les pales peuvent être pliées lors de vents violents.
Éoliennes à axe vertical
Les éoliennes à axe vertical ont un alignement vertical de l’arbre. L’un des avantages les plus importants de ces turbines est qu’il n’est pas nécessaire que la turbine soit dirigée vers le vent pour être efficace. Ces éoliennes sont généralement utilisées sur des sites où la direction du vent est variable. Une force de vent de n’importe quelle direction peut être utilisée par les éoliennes à axe vertical.
La présence d’un axe vertical signifie que la boîte de vitesses et le générateur peuvent être placés à proximité du sol car il n’est pas nécessaire que la tour lui offre un support. Cela signifie également que la boîte de vitesses et le générateur sont accessibles lorsqu’il s’agit de l’entretien des éoliennes.
Éoliennes – Conception et construction
C’est le travail des éoliennes d’exploiter l’énergie éolienne existant à un endroit particulier. Les concepteurs et les constructeurs utilisent la modélisation aérodynamique pour déterminer les différents systèmes de contrôle à utiliser, le nombre de pales, les formes de la pale et la hauteur optimale de la tour.
L’éolienne moderne est principalement utilisée pour la conversion de l’énergie éolienne en énergie électrique. Conformément à cet objectif, l’éolienne comporte trois composants principaux, à savoir le composant rotor, le composant générateur et le composant structurel. Près de 20% du coût de l’éolienne est pris en charge par le composant rotor, tandis qu’environ 34% du coût est consommé par le composant générateur. 15% du coût de l’éolienne est absorbé par la composante structurelle.
Les militants écologistes de nos jours défendent l’utilisation des éoliennes, pour la production d’électricité, car elles sont respectueuses de l’environnement et, le cas échéant, ne rejettent qu’une quantité minime de polluants. Découvrez quels sont les inconvénients de l’énergie éolienne.