Historique et évolution de l’exploitation de l’énergie éolienne

Le vent est une source d’énergie primaire et renouvelable que l’homme utilise depuis des centaines d’années dans sa vie quotidienne : « moulin à vent, bateaux à voile, pour pomper l’eau, … ». Cependant, ces dernières années nous remarquons que les applications modernes étant la production à grande échelle d’énergie électrique à base d’énergie renouvelable à cause du réchauffement climatique qui impose de changer les centrales polluantes par des systèmes à base d’énergie renouvelable.

Historique et évolution de l’exploitation de l’énergie éolienne 

Depuis au moins 3000 ans, Perses et Egyptiens [01] et [02] utilisé les moulins à vent et les roues à eau pour le pompage de l’eau et moudre le blé et le riz. En 1888, Bruch et ses collègues ont réalisé une éolienne, le diamètre de cette turbine était de 17 m et elle fut équipée de 144 pales. Elle générée seulement 12 kW. C’était la première éolienne opérationnelle utilisée pour charger les batteries et comme alimentation continue de lampes et moteurs [03]. Puis il y a eu James Blyth qui essaya diverses machines dont un moulin à axe vertical ayant la forme d’un anémomètre Robinson [04] .

En 1891 Poul La Cour a développé une éolienne avec des rotors à 4 pales, permettant de produire 25 kW et a mis en évidence que les turbines à rotation rapide composées d’un nombre moins grand de pales donné un meilleur rendement. Cette éolienne sera la première utilisée à l’échelle industrielle [05].

En 1920 Georges Darrieus imagine une éolienne à axe vertical [05]. En 1957 Johannes Juul crée une turbine appelée Gedser qui sert encore de modèle aux éoliennes actuelles. Les éoliennes utilisant ce type de turbine produisaient jusqu’à 1000 kW. Ensuite, le développement des éoliennes a été freiné en raison d’une grande consommation en énergies fossiles telles que le pétrole et le charbon [05]. Cependant au cours de la dernière décennie, l’énergie éolienne a reconnu une hausse considérable [01]. Ainsi, la production mondiale à doubler tous les 3 ans depuis le début du 21ème siècle [01].

Définition de l’énergie éolienne 

Une éolienne qui est un aérogénérateur exploite l’énergie éolienne pour produire de l’électricité. Cette énergie peut être utilisée de deux manières, soit pour la :
– Conservation de l’énergie mécanique: le vent est utilisé pour faire avancer un véhicule (navire à voile par exemple), pour pomper l’eau (moulins de Majorque, éoliennes de pompage pour irriguer par exemple) ou pour faire tourner un moulin.
– Production d’énergie électrique: la turbine est couplée à un générateur électrique pour produire du courant. Le générateur est relié à un réseau électrique ou à un système autonome ou à un dispositif de stockage d’énergie.

Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne 

La croissance de l’énergie éolienne est évidemment liée aux avantages de l’utilisation de ce type d’énergie. Cette source d’énergie présente des inconvénients qu’il est nécessaire de palier pour qu’elles ne constituent pas un frein à son développement.

Principaux composants de l’éolienne

Une éolienne est généralement constituée de cinq éléments principaux : la nacelle, la tour, la génératrice, le rotor et le multiplicateur.

➤ La nacelle [10] : Au sommet du mât se trouve la nacelle qui regroupe tous les éléments mécaniques permettant de coupler le rotor éolien au générateur électrique (arbres primaire et secondaire, multiplicateur, Le frein, générateur…) .

➤ La tour (le mat) : C’est un tube d’acier, il doit être le plus haut possible pour bénéficier du maximum d’énergie cinétique du vent et d’éviter les perturbations près du sol. Trois grands types de tour existent, à savoir :

• Tour mât haubané de construction simple et moins coûteuse, elle s’adresse essentiellement aux machines de faible puissance. Une intervention au niveau de la nacelle nécessite en général de coucher le mât.

• Tour en treillis qui sont les moins chères sont souvent mal acceptées et très peu utilisés. Son avantage essentiel est sa simplicité de construction, qui la rend attractive pour les pays en voie de développement. Pour des machines de grande taille, son aspect inesthétique devient un handicap certain

• Tour tubulaire qui est beaucoup plus élégant, a un cout qui peut atteindre trois à quatre fois celui d’un pylône haubané.

➤ Le rotor : Le rotor est entraîné par l’énergie du vent via des pâles, il est branché directement ou indirectement (via un multiplicateur de vitesse à engrenages) au système mécanique qui utilisera l’énergie recueillie (pompe, générateur électrique…).

➤ Le multiplicateur : Sert à adapter la vitesse de la turbine de l’éolienne à celle de la génératrice électrique.

➤ La génératrice : C’est un alternateur qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique. C’est généralement soit une machine synchrone, ou une machine asynchrone à cage ou encore une machine à rotor bobiné. La puissance électrique de cette génératrice peut varier entre quelque kW à 10 MW [12].