HISTOIRE ET GENERALITES SUR LES EOLIENNES

L'homme utilise l'énergie éolienne depuis des milliers d'années, c'est une énergie écologique et renouvelable. Aujourd'hui, l'énergie éolienne s'est développée et est devenue un outil indispensable aux projets du développement durable. Nous verrons ainsi l'histoire des éoliennes, les conditions de leur fonctionnement et leurs contraintes d'implantations.

 

 

 

I)Histoire des éoliennes 

 

 

A)L'Origine des éoliennes


Le mot « éolienne » vient du mot grec «Aiolos » qui signifie Dieu du vent ou encore "inconstant", et "vif". On appelle énergie éolienne, la conversion de la force des vents en énergie mécanique, énergie électrique ou énergie cinétique. Celle-ci est maîtrisée par l'homme, notamment grâce aux moulins à vent pour pomper l'eau ou moudre du grain, cela depuis les Perses.
Le moulin à vent, l'ancêtre de l'éolienne permettait de remplacer le travail des hommes et des animaux, mais au fur à mesure du temps l'homme a découvert d'autres ressources d'énergies telles que le charbon et le pétrole, des ressources plus pratiques et peu coûteuses, le pétrole est ainsi standardisé et l'énergie éolienne oubliée.

 

Moulin à vent
Moulin à vent
Eole le dieu du vent
Eole le dieu du vent

B)L'éolienne d'aujourd'hui :


C'est seulement à partir du XIXème siècle aux Etats Unis que l'éolienne, le descendant du moulin à vent fut crée par Charles F.Brush en 1887 à Cleveland, considérée aujourd'hui comme la première éolienne à fonctionnement automatique destinée à la production d'électricité, c'était la plus grande éolienne au monde avec un diamètre de rotor de 17 mètres et 144 pales ; mais malgré sa taille, cette éolienne ne fournissait que 12KW.
Quelques années plus tard un danois Poul la Cour améliora les performances de l'éolienne par son système à rotation rapide et une diminution du nombre de pales.

 

Mais ce n'est qu'en 1956 qu'un constructeur Johannes Juul le successeur de Paul la Cour, un des pionniers de l'énergie éolienne construisa une éolienne produisant un courant alternatif, cette éolienne de Gedser d'une puissance de 200KW et ne possedant que trois pales, fût une vraie innovation et est donc la descendance directe de l' éolienne d'aujourd'hui.

Eolienne de C.Brush
Eolienne de C.Brush
Eolienne de Gedser
Eolienne de Gedser

 


 

 

II)Conditions de fonctionnement:

 

A)Le vent :


Lorsqu'il éxiste une différence de pression et de température entre 2 zones, l'air circule de la zone où la pression et la température sont les plus élevées vers la zone où elles sont moins élevées.

 

L'air chaud (plus léger) monte naturellement dans les couches hautes de l'atmosphère pour y créer une zone de basse pression. Cependant, l'air chaud attire vers lui une autre masse d'air: la zone de haute pression, ainsi cette différence de pression entre les deux masses d'air est à l'origine du vent. Tout simplement parce que l'air contenu dans la zone de haute pression a naturellement tendance à s'engouffrer dans la la zone de basse pression qui l'avoisine. En termes simples, le vent provient des hautes pressions et se dirige vers les basses pressions dans le but de combler son vide relatif.
Le grand responsable de ce phénomène est en réalité le soleil car le soleil réchauffe inégalement la Terre dû à sa forme, ce qui produit des différences de température et donc de pression : la température est plus élevée près de l'équateur que près des pôles car la Terre est un globe, l'équateur est plus proche du soleil que les pôles.


En somme, le vent est dû à un flux d'air que l'on peut représenter comme la grande roue : l'air chaud et léger monte (basse pression), l'air froid et lourd descend (haute pression). Le mouvement de l'air, comparé à une grande roue, est circulaire. C'est donc un mouvement perpétuel: l'air monte et descend, il se réchauffe et se refroidit.

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Schéma d'une cellule de convection
Schéma d'une cellule de convection
Photographie infrarouge de la température du globe
Photographie infrarouge de la température du globe

Le soleil réchauffe les régions situées autour de l'équateur, à latitude 0, bien plus qu'il ne réchauffe les autres parties du globe.

 

 

 

 

 

 

B)Les conditions météorologiques :

 

Pour fonctionner, l'éolienne a besoin de la force du vent, donc elle est dépendante des conditions météorologiques.
L'éolienne nécessite une vitesse d'amorçage : une vitesse minimale qui est de 5 m/s (18km/h), de même pour des raisons de sécurité l'éolienne doit être arrêtée lorsque la vitesse du vent dépasse 25m/s (90km/h), (bien sur un dispositif de sécurité est intégré dans l'éolienne et qui pourra stopper tout fonctionnement lorsque cette limite est dépassée).
La vitesse idéale du vent pour un fonctionnement optimal de l'éolienne est entre 14 à 25m/s (50km/s à 90km/s).

 

Variations journalières de la vitesse du vent
Variations journalières de la vitesse du vent

La vitesse du vent est plus forte la journée que la nuit dûe à un

plus grand écart de température entre la mer et la terre, la journée que la nuit.

 

III)Implantation des éoliennes :

 

L'éfficacité d'une éolienne dépend de son emplacement, la puissance fournie augmente avec la vitesse du vent, raison pour laquelle les sites sont d'abord choisis en fonction de la vitesse et la fréquence des vents présents.

A)Cisaillement du vent:

 

Le cisaillement du vent est la variation spatiale de la direction et/ou vitesse du vent, générant de la turbulence. A des altitudes élevées, l'influence de la surface de la terre sur la vitesse du vent est pratiquement nulle, par contre, à des faibles altitudes, les frottements dûs au sol ralentissent considérablement celle-çi.

 

Le cisaillement du vent : évolution de la vitesse du vent en fonction de la hauteur.
Le cisaillement du vent : évolution de la vitesse du vent en fonction de la hauteur.

 

 B)Rugosité du vent :

La rugosité est le résultat de la modification géométrique d'une surface. Lors d'un choix de site, on se réfère à deux notions lorsqu'on évalue le potentiel éolien d'un endroit donné : la classe de rugosité et la longueur de rugosité.

 

-Classe de rugosité : La classe de rugosité représente l'intensité de freinage du terrain sur la vitesse du vent.


-Longueur de rugosité : La longueur de rugosité est la hauteur au-dessus du sol où la vitesse du vent en théorie est égale à zéro .

 

Pour simplifier, nous avons rangé les différentes classes de rugosité dans un tableau ainsi que les longueurs de rugosité.

 

 


C)Contraintes:

 

L'éoliennes ont souvent été critiquées en partie à cause des nuisances qu'elles produisent.

Le bruit d'une éolienne est constitué avant tout du bruit de la pale. Pour limiter le bruit, des progrès ont été réalisés :

-réduction du bruit des éoliennes jusqu'à la voix humaine au pied de la machine.
-la vitesse de rotation des éoliennes est volontairement réduite lorsque le vent est faible, afin de limiter le bruit.
-on peut programmer leur fonctionnement de façon à réduire leurs émissions sonores, à n'importe quel moment.

Cependant, cette programmation peut entraîner de petites pertes de production, sans oublier la rentabilité économique du parc éolien. De plus l'installation se fait à au moins 300-400 mètres des habitations, distance à laquelle le bruit n'est quasiment plus perceptible.
En plus du bruit, l'aspect visuel que produit l'implantation de parc éolien sur les paysages est discuté. Mais l'implantation ne se fait pas au hasard. Des lois ont été votés pour constituer le permis de construire, de plus une étude d'impact est nécessaire pour tout projet au-dessus de 2,5 MW, et une enquête publique est obligatoire pour toute construction supérieure à 25 m. L'étude d'impact comprend une analyse paysagère du site et une étude de l'insertion du projet dans l'environnement
, ces études sont bien sur menées avec l'avis les habitants. Enfin, la construction d'un parc éolien n'est pas irréversible : on peut enlever les éoliennes facilement. Ainsi de nombreux éoliennes ont été déplacées pour une meilleur réception du vent.

 

D'après des sondages plus de 90% des Français sont favorables au développement de l'énergie éolienne, le reste a pour principal argument l'impact visuel et sonore, mais après tout, l'éolienne comparée aux autres infrastructures tels que les lignes électriques n'est pas plus laid.
Cependant elle peuvent meme mettre en valeur un paysage sans avoir un avoir un impact négatif sur le patrimoine, elle peuvent devenir un symbole d'une nouvelle ère de modernité et de respect de l'environnement.


Conclusion :

 

En somme l'énergie éolienne existe depuis des milliers d'années cependant elle ne vieillit guère grâce aux innovations et progrès apportés, de plus elle redeviendra peut-être la principale source d'énergie dans un futur proche.
Allons à présent voir l'éolienne de plus près.