COMMENT FONCTIONNENT LES éOLIENNES?

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Vous les avez peut-être vus en conduisant à travers la campagne. Ou peut-être que vous les avez vus juste au large de la côte, se profilant à l'horizon avec leurs lames en rotation. Là encore, vous les avez peut-être vus sur le toit de quelqu'un ou dans le cadre d'une opération urbaine à petite échelle. Quel que soit l'emplacement, les éoliennes et l'énergie éolienne deviennent une caractéristique de plus en plus courante dans le monde moderne.

Une grande partie de cela a à voir avec la menace du changement climatique, la pollution de l'air et le désir de sevrer l'humanité de sa dépendance aux combustibles fossiles. Et en ce qui concerne les énergies alternatives et renouvelables, l'énergie éolienne devrait occuper la deuxième plus grande part du marché à l'avenir (après l'énergie solaire). Mais comment fonctionnent exactement les éoliennes?

La description:

Les turbines à air sont des dispositifs qui transforment l'énergie cinétique du vent et les changements de débit d'air en énergie électrique. En général, ils sont constitués des composants suivants: un rotor, un générateur et un composant de support structurel (qui peut prendre la forme d'une tour, d'un mécanisme de lacet du rotor, ou les deux).

Un rotor se compose des pales qui captent l'énergie du vent et d'un arbre, qui convertit l'énergie éolienne en énergie de rotation à basse vitesse. Le générateur - qui est connecté à l'arbre - convertit la rotation lente en énergie électrique élevée à l'aide d'une série d'aimants et d'un conducteur (qui se compose généralement de fil de cuivre enroulé).

Lorsque les aimants tournent autour du fil de cuivre, cela produit une différence de potentiel électrique, créant une tension et un courant électrique. Enfin, il y a le composant de support structurel, qui garantit que la turbine se trouve soit à des altitudes suffisamment élevées pour capturer de manière optimale les changements de pression du vent, et / ou face dans la direction du flux de vent.

Types d'éoliennes:

À l'heure actuelle, il existe deux principaux types d'éoliennes: les éoliennes à axe horizontal (HAWT) et les éoliennes à axe vertical (VAWT). Comme son nom l'indique, les éoliennes horizontales ont un arbre de rotor principal et un générateur électrique au sommet d'une tour, avec les pales dirigées vers le vent. La turbine est généralement positionnée au vent de sa tour de support, car la tour est susceptible de produire des turbulences derrière elle.

Les turbines à axe vertical (encore une fois, comme son nom l'indique) ont l'arbre du rotor principal disposé verticalement. Généralement, ils sont de nature plus petite et n'ont pas besoin d'être pointés dans la direction du vent pour pouvoir tourner. Ils peuvent ainsi profiter d'un vent variable en termes de direction.

En général, les éoliennes à axe horizontal sont considérées comme plus efficaces et peuvent produire plus de puissance. Bien que le modèle vertical génère moins d'électricité, il peut être placé à des altitudes plus basses et nécessite moins de composants (en particulier un mécanisme de lacet). Les éoliennes peuvent également être divisées en trois groupes généraux en fonction de leur conception, qui comprend les modèles Towered, Savonius et Darrieus.

Le modèle à tour est la forme la plus conventionnelle de HAWT, composée d'une tour (comme son nom l'indique) et d'une série de longues lames qui se trouvent devant (et parallèlement) à la tour. Le Savonis est un modèle VAWT qui s'appuie sur des lames profilées (cuillères) pour capturer le vent et la rotation. Ils sont généralement peu efficaces, mais ont l'avantage d'être auto-démarrants. Ces types d'éoliennes font souvent partie des opérations éoliennes sur les toits ou sont montés sur des navires de mer.

Le modèle Darrieus, également connu sous le nom de turbine «Eggbeater», tire son nom de l'inventeur français qui a été le pionnier de la conception - Georges Darrieus. Ce modèle VAWT utilise une série de lames verticales qui sont parallèles au support vertical. Ils sont généralement à faible rendement, nécessitent un rotor supplémentaire pour commencer à tourner, produisent un couple élevé et exercent une contrainte élevée sur la tour. Par conséquent, ils sont considérés comme peu fiables lors de la conception.

Histoire du développement:

L'énergie éolienne est utilisée depuis des milliers d'années pour pousser les voiles, actionner les éoliennes ou générer de la pression pour les pompes à eau. Les premiers exemples connus proviennent d'Asie centrale, où les moulins à vent utilisés dans l'ancienne Perse (Iran) ont été datés entre 500 et 900 CE. La technologie a commencé à apparaître en Europe au Moyen Âge et est devenue une caractéristique courante au 16ème siècle.

Au 19ème siècle, avec le développement de l'énergie électrique, les premières éoliennes capables de produire de l'électricité ont été construites. Le premier a été installé en 1887 par l'académicien écossais James Blyth pour éclairer sa maison de vacances à Marykirk, en Écosse. En 1888, l'inventeur américain Charles F. Brush a construit la première éolienne automatisée pour alimenter sa maison à Cleveland, Ohio.

Au début du 20e siècle, les éoliennes ont commencé à devenir un moyen courant d'alimenter les maisons dans les régions éloignées (comme les fermes). En 1941, la première éolienne de classe mégawatts a été installée au Vermont et raccordée au réseau électrique local. En 1951, le Royaume-Uni a installé sa première éolienne connectée au réseau électrique aux îles Orcades.

Dans les années 1970, la recherche et le développement dans la technologie des éoliennes ont considérablement progressé grâce à la crise de l'OPEP et aux protestations contre l'énergie nucléaire. Dans les décennies qui ont suivi, des associations et des lobbyistes dédiés aux énergies alternatives ont commencé à émerger dans les pays d'Europe occidentale et aux États-Unis. Au cours de la dernière décennie du XXe siècle, des efforts similaires ont vu le jour en Inde et en Chine en raison de la pollution atmosphérique croissante et de la demande croissante d'énergie propre.

Énergie éolienne:

Comparée à d'autres formes d'énergie renouvelable, l'énergie éolienne est considérée comme très fiable et stable, car le vent est constant d'une année à l'autre et ne diminue pas pendant les heures de pointe de la demande. Au départ, la construction de parcs éoliens était une entreprise coûteuse. Mais grâce aux améliorations récentes, l'énergie éolienne a commencé à fixer des prix de pointe sur les marchés de gros de l'énergie dans le monde entier et à réduire les revenus et les bénéfices de l'industrie des combustibles fossiles.

Selon un rapport publié par le ministère de l'Énergie en mars 2015, la croissance de l'énergie éolienne aux États-Unis pourrait entraîner des emplois encore plus hautement qualifiés dans de nombreuses catégories. Intitulé «Vision éolienne: une nouvelle ère pour l’énergie éolienne aux États-Unis», le document indique que d’ici 2050, l’industrie pourrait représenter jusqu’à 35% de la production électrique des États-Unis.

En outre, en 2014, le Global Wind Energy Council et Greenpeace International se sont réunis pour publier un rapport intitulé «Global Wind Energy Outlook 2014». Ce rapport indiquait que dans le monde entier, l'énergie éolienne pourrait fournir jusqu'à 25 à 30% de l'électricité mondiale d'ici 2050. Au moment de la rédaction du rapport, les installations commerciales dans plus de 90 pays avaient une capacité totale de 318 gigawatts (GW), fournissant environ 3,1% de l'offre mondiale.

Cela représente une augmentation de près de seize fois du taux d'adoption depuis l'an 2000, lorsque l'énergie éolienne représentait moins de 0,2%. Une autre façon de voir les choses serait de dire que la part de marché de l'énergie éolienne a doublé quatre fois en moins de 15 ans. Cela le place juste derrière l'énergie solaire, qui a doublé sept fois au cours de la même période, mais reste en retrait par rapport à sa part de marché globale (à environ 1% en 2014).

En ce qui concerne ses inconvénients, un problème constamment soulevé est l'effet des éoliennes sur la faune locale et la perturbation de leur présence sur le paysage local. Cependant, il a souvent été démontré que ces préoccupations étaient exacerbées par des groupes d'intérêts spéciaux et des lobbyistes cherchant à discréditer l'énergie éolienne et d'autres sources d'énergie renouvelables.

Par exemple, une étude publiée en 2009 par le National Renewable Energy Laboratory a déterminé que moins de 1 acre par mégawatt est perturbé de façon permanente par la construction de parcs éoliens à grande échelle, et moins de 3,5 acres par mégawatt sont perturbés temporairement. La même étude a conclu que les impacts sont relativement faibles sur la faune des oiseaux et des chauves-souris et que les mêmes conclusions sont valables pour les plates-formes offshore.

Partout dans le monde, les gouvernements et les communautés locales se tournent vers l'énergie éolienne pour répondre à leurs besoins énergétiques. À l'ère de la hausse des prix du carburant, des préoccupations croissantes concernant le changement climatique et de l'amélioration des technologies, cela n'est guère surprenant. À son rythme d'adoption actuel, il est probable qu'elle sera l'une des plus grandes sources d'énergie d'ici le milieu du siècle.

Et assurez-vous de profiter de cette vidéo sur les éoliennes, gracieuseté du Lewis Research Center de la NASA:

Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur les éoliennes et l'énergie éolienne ici à Space Magazine. Voici ce qu'est l'énergie alternative?, Que sont les combustibles fossiles?, Quels sont les différents types d'énergie renouvelable?, Énergie éolienne sur l'océan (avec l'aide de l'espace), et le monde pourrait-il fonctionner à l'énergie solaire et éolienne?

Pour plus d'informations, consultez l'article de How Stuff Works sur l'histoire et la mécanique de l'énergie éolienne et la page des espaces verts de la NASA.

Astronomy Cast a également quelques épisodes qui sont pertinents pour le sujet. Voici l'épisode 51: Terre et l'épisode 308: changement climatique.

Sources: