Principe de fonctionnement d’un système éolien

De nos jours, l’énergie électrique est un élément incontournable dans la vie des sociétés et des entreprises. La plupart des communes à Madagascar connaissent un problème énergétique aigu dû à l’insuffisance des sources conventionnelles d’énergie. Or, un pays ne sera pas développé s’il ne possède pas une grande source d’énergie qui peut répondre constamment aux besoins des clients. L’énergie éolien est une énergie « renouvelable» la plus fiable et la plus efficace et permet une production énergétique décentralisée sans émission de pollution, sans gaz à effet de serre.

L’ENERGIE EOLIENNE

Avec la diminution du stock mondial d’hydrocarbure, la demande énergétique ne cesse de croître. L’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire, puisque ce sont les différences de températures et de pressions induites dans l’atmosphère par l’absorption du rayonnement solaire qui mettent les vents en mouvement. L’action des différences de pression atmosphériques continuellement variable sur la terre, provoque le déplacement d’air en permanence. Le courant correspondant à ce déplacement constitue le vent. Entre les pôles et l’équateur, le soleil réchauffe le globe terrestre de manière fort inégale. L’écart de température qui en résulte provoque des différences de densité des masses d’air qui se traduisent par des variations de pression atmosphérique. Dès lors se crée un vaste mouvement des masses d’air des zones à haut pression vers les zones à basses pression. C’est ce mouvement qui constitue le phénomène général des vents à la surface de la planète. Le vent est donc une masse d’air en mouvement qui transforme l’énergie thermique que cette masse a retiré du rayonnement solaire en énergie cinétique.

Principe de fonctionnement d’un système éolien

Un système éolien, quel que soit sa technologie, convertit l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. Cette conversion se fait en deux étapes :
– La conversion d’une partie de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique ; ceci se fait au niveau de la turbine.
– La conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique au niveau de la génératrice.

Les éléments constitutifs d’une installation éolienne

Il existe plusieurs configurations d’une éolienne, mais en général, Elle est constituée de trois éléments principaux : le mât, la nacelle et le rotor.

➤ Le mât est fabriqué à partir d’un tube d’acier ou d’un treillis métallique, doit être le plus haut possible pour éviter les perturbations près du sol.

➤ La nacelle regroupe tous les éléments mécaniques permettant de coupler le rotor éolien au générateur électrique : arbre lent et rapide, roulement, multiplicateur, le frein  à disque, diffèrent du frein aérodynamique, et qui permet d’arrêter le système en cas de surcharge.

➤ Le rotor convertit l’énergie du vent en énergie mécanique par l’entraînement de son arbre. Le rotor peut être 1 à 3 pales, le rotor tripale étant le plus répandu car il représente un bon compromis entre le coût, le comportement vibratoire, la pollution visuelle et le bruit.

Selon les caractéristiques de leur vitesse, le rotor est classé en deux types :

D’une part, les rotors à vitesse fixe sont les premiers à avoir été développés. Ils sont souvent utilisés une génératrice asynchrone à cage d’écureuil connectée directement au réseau. D’autre part, les rotors à vitesses variable sont basés sur la machine asynchrone à double alimentation.

La turbine.
La majorité des éoliennes ont une turbine généralement constituée de trois pales (parfois deux pour les éoliennes de petite taille). Ces pales ont un profil aérodynamique identique à celui des ailes d’avion. Elles exploitent donc la différence de pression qui crée une force de portance pour mettre en rotation la turbine et ainsi extraire une partie de l’énergie cinétique du vent.

Zone de fonctionnement.
En fonction de la vitesse de vent, on distingue quatre zones de fonctionnement d’une turbine éolienne.

Classement des Turbines Eoliennes

Les turbines éoliennes sont constituées un rotor qui capte l’énergie cinétique du vent et la transforme en énergie de rotation, un système d’engrenage pour multiplier la vitesse de rotation, une machine électrique pour convertir l’énergie mécanique en électricité. Il existe différentes façons de classer les turbine éoliennes mais celles-ci appartiennent principalement à deux groupes selon l’orientation de leur axe de rotation : celle à l’axe horizontal et celle à l’axe vertical.

Turbines Eoliennes à Axe Horizontal (EAH)

Une turbine à axe de rotation horizontal demeure face au vent, comme les hélices des avions et des moulins à vent. Elle est fixée au sommet d’une tour, ce qui la permet de capter une quantité plus importante d’énergie éolienne. La plupart des éoliennes installées sont à axe horizontal. Ce choix présente plusieurs avantages, comme la faible vitesse d’amorçage et un  coefficient de puissance (rapport entre la puissance obtenue et la puissance de la masse d’air en mouvement) relativement élevé. Toutefois, la boite de vitesse et la machine électrique doivent être installées en haut de la tour, ce qui pose des problèmes mécaniques et  économiques. Par ailleurs l’orientation automatique de l’hélice face au vent nécessite un organe supplémentaire.

Turbines Eoliennes à Axe Vertical (EAV)

L’axe de rotation de ce type de turbine est vertical par rapport au sol et perpendiculaire  à la direction du vent. Ce type de turbine est peut recevoir le vent de n’importe quelle direction, ce qui rend inutile tout dispositif d’orientation. Le générateur et la boite d’engrenage sont disposés au niveau du sol, ce qui est plus simple et donc économique. La  maintenance du système est également simplifiée dans la mesure où elle se fait au sol. Ces turbines ne disposent pas de commande d’angle de pale comme certaines turbines à axe horizontale.