Les progrès des éoliennes.

          J’ai fait plusieurs articles sur le climat et les moyens de production d’électricité, mais je n’ai rien dit sur l’évolution des éoliennes terrestres depuis 15 ans. Je vais essayer de réparer cet oubli.

         Le plus visible de leur évolution, c'est leur croissance en taille et en énergie.
         Les puissances ont considérablement augmenté passant de 10 kw, à 100 kw puis à 1 MW voire 10 à 15 mégawatts.
         Cela a été obtenu avec une course au gigantisme dans le diamètre des pales, qui conditionne ensuite la hauteur de l’éolienne.
         La figure ci-dessous représente l’évolution dans le temps du diamètre des pales 

         Les trois pales actuelles mesurent chacune 120 mètres de long et pèsent plusieurs tonnes, bien qu’elles soient faite en composite carbone.
         Le vent sur terre est changeant. Il lui arrive de modifier sa direction et l’éolienne n’est plus entrainée normalement. А partir de 2 MW de puissance, l’éolienne est équipée d’un anémomètre couplé à un ordinateur qui analyse en permanence l’état du vent.
         Quand la machine n’est plus alignée avec le vent, une alarme est lancée et l’ordinateur va faire tourner l’éolienne
         L’ensemble du moulin pèse plus de 10 tonnes, et tourne à quelques dizaines de tours par minute, et présente une inertie énorme. Le frein à disque dans la nacelle va mettre vingt minutes pour mettre à l’arrêt les pales  Puis l’automate fait tourner la nacelle pour aligner l’éolienne sur le nouveau vent. Il faut compter au total presque une heure pour repartir.
         Si le vent change souvent en moins d’une heure, la machine passe son temps à s’aligner et fonctionne au ralenti. C’est une des raisons pour lesquelles le rendement réel est nettement inférieur au rendement attendu.

         Pourtant l’aérodynamique des pales est très étudiée en soufflerie et je recopie une explication du fonctionnement :
          « Le profil de la pale (sa section) est celui d’une aile d’avion. Il est formé par la réunion de deux courbes, l’une cintrée, l’autre plus rectiligne, qui dessinent ensemble comme une virgule.
           La pale offre son bord dit « d’attaque » au vent qui s’écoule le long des deux courbes. La conformation induit une différence de vitesse d’écoulement entre la courbe la plus cintrée (extrados) et celle qui est plus plane (intrados) ; cela engendre d’une part des forces de pression inégales, mais surtout une circulation de l’air autour du profil, nommée « tourbillon de portance », qui « aspire » le rotor.
          Une section de pale d’éolienne, laquelle varie entre l’axe du rotor et l’extrémité, est aussi complexe à concevoir et à réaliser qu’une aile d’Airbus ! »
          Les pales d’éolienne sont les éléments qui vieillissent le plus vite, mais leur changement est tellement difficile (il faut une grue plus un hélicoptère), que ce n’est pas jugé rentable, et c’est la raison pour laquelle on voit des « cadavres » d’éolienne à l’arrêt.
          Ces pales s’usent car les dilatations de l’âme en acier ne sont pas les mêmes que le plastique composite qui l’entoure (c’est pour cela qu’on passe , pour les grandes pales aux composites de fibres de carbon). Le plus fragile est le collage des deux demi-profils cités ci-dessus. La durée de vie probable est de l’ordre de 20 ans.

         Les ingénieurs s’intéressent à des éoliennes à axe vertical, car leur rotor ne s’arrête jamais, même lorsque le vent change de direction en permanence et ont donc une production annuelle meilleure.

         Un phénomène curieux : sur un parc d’éoliennes au Danemark, douze rangées de machines se succèdent, espacées les unes des autres d’environ 5 diamètres de rotors. On mesure, avec surprise que la douzième rangée reçoit exactement la même quantité de vent que la première. Des études ont fourni l’explication :  avec leurs hélices, les éoliennes de la première rangée perturbent le vent et y injectent de la turbulence. L’effet de cette turbulence est d’aller chercher de l’énergie cinétique en altitude pour la ramener au niveau du sol. Tout se passe comme si cette deuxième rangée a été installée en altitude au-dessus de la première, et ainsi de suite.

           Les éoliennes de moyenne puissance tournent de 10 à 60 tours / minute, alors que la génératrice électrique a besoin de tourner à plusieurs milliers de tours par minute : la multiplication est assurée par un train d’engrenages disposé dans la nacelle.
         Sur les éoliennes récentes, un dispositif électrotechnique un bon rendement aux vitesses de rotation du rotor, sans multiplication.

         Le problème des éoliennes est la perturbation qu’elle apporte dans le paysage et le bruit qu’elle fait dans le vent. Les habitants sont favorables aux éoliennes, à condition qu’elles soient installées chez le voisin !