Valeurs du coefficient k pour différents systèmes d'unités
Unité de
puissance
(p)
Unité de
surface
•(s)
Unité de
vitesse
(v)
k
kW
m2
m/s
0,00064
kW
m2
km/h
0,0000137
ch
m2
m/s
0,0087
kW
square feet
miles/hour
0,0000053
kW
square feet
knots
0,0000081
hp
square feet
miles/hour
0,0000071
w
square feet
feet/sec
0,00168
Le rendement ordinaire moyen est de l'ordre de 40%
variant entre 25 et 60%. Quel que soit le rendement de
l'appareil envisagé, on voit tout de suite que l'énergie
éolienne utilisable dépend de 3 facteurs . Elle est ainsi
proportionnelle à :
- la surface exposée au vent, donc au carré du diamètre
pour une hélice,
- la vitesse du vent, plus exactement au cube de
cette vitesse,
- la densité de l'air, donc à la pression atmosphérique.
Les écarts de cette donnée, toutefois, ne sont pas de
nature à modifier de façon importante la puissance
disponible et nous avons précisé que pratiquement nous
ne tiendrons pas compte de ce facteur.
ACTION DU VENT SUR UNE PLAQUE
Si on place une plaque dans un courant d'air, cette
plaque s'opposera au passage du vent. Pour la maintenir
immobile dans le courant d'air il faudra exercer une
certaine force en un point appelé centre aérodynamique
de la plaque.
La force exercée sur la plaque est due à la différence
de pression entre le côté face au vent (intrados) et le
côté opposé (extrados). L'air s'écrase sur l'intrados d'où
augmentation de pression et, étant arrêté par la plaque, il
y aura moins d'air derrière donc baisse de pression sur
l'extrados.
Si la plaque est maintenue par un bras pivotant autour
d'un axe on peut décomposer la force exercée par le vent
comme la résultante de deux forces dont l'une est parallè-
le au bras et l'autre qui lui est perpendiculaire. Cette
force perpendiculaire tendra à faire pivoter la plaque
autour de l'axe, la force parallèle sera compensée par la
réaction de l'axe transmise par le bras.
Si on laisse la plaque se déplacer sous l'effet de la
force sous forme d'énergie mécanique, moins il y aura de
turbulence, plus ce travail sera important et pour diminuer
les pertes par turbulence on devra utiliser une plaque
profilée, c'est le cas des hélices d'aérogénérateurs.
Si nous appelons u la vitesse périphérique de l'extrémi-
té la plus rapide de la surface active, v restant la vitesse du
vent, le rapport u permet de caractériser les différents
v
types de capteurs. Ces derniers peuvent être classés en
ceux catégories :
- ceux dont les surfaces actives se déplacent dans la
direction du vent; dans ce cas le rapport u est générale-
"v
ment inférieur à 1. Ce sont des éoliennes où la pression
du vent sur les surfaces actives est la principale action
motrice ce qui nécessite pour obtenir de grandes puis-
sances, des surfaces de grandes dimensions.
- ceux dont les surfaces actives se déplaçent perpendi-
culairement à la direction du vent, dans ce cas u peut
v
aller jusqu.'à 10, on utilise ici la déviation d'une veine
d'air sur un profil pour engendrer une poussée motrice
et non plus la pression sur les surfaces actives.
RENDEMENT DES EOLIENNES
Si l'on compare l'énergie fournie par le vent à celle
des autres sources d'énergie, on peut noter que :
- 1 m3 d'eau possède une énergie potentielle 800 fois
supérieure à celle d'1 m3 d'air pour une même vitesse
d'écoulement,
- 1 g d'essence a le même potentiel énergétique que
1.000 m3 d'air s'écoulant à la vitesse de 8 m/s,
- 1 g d'anthracite a le même potentiel énergétique
que 770 m3 d'air à 8 m/s.
Le vent a donc une faible valeur énergétique, néan-
moins, du fait de sa gratuité, on peut penser, a priori,
que l'énergie éolienne est bon marché. En fait, nous
avons déjà vu que l'énergie réellement utilisable n'était
que de 25 à 60% de celle formée par le vent, exprimée
en kilowatts on obtient les chiffres suivants, avec un
rendement pratique de 30%.
Vitesse du vent
Puissance fournie
kW
m/s
km/h
Diamètre de
l'aéromoteur
m
5
10
15
20
2
7,2
0,03
0,12
0,27
0,48
4
14,4
0,24
0,96
2,17
3,84
6
21,6
0,81
3,24
7,34
12,96
8
28,8
1,93
7,68
17,41
30,72
10
36,0
3,77
15,00
34,00
60,00
CLASSIFICATION DES EOLIENNES
Il existe de nombreux dispositifs permettant de capter
l'énergie du vent dont le tableau ci-contre essaie de donner
une classification. Certains sont déjà utilisés couram-
ment, d'autres font l'objet de recherches plus ou moins
avancées.
La majorité des éoliennes construites actuellement
sont du type à axe horizontal parallèle au vent, car
jusqu'à présent c'est l'hélice qui a de loin le meilleur
rendement aérodynamique, peut- être d'ailleurs parce
qu'elle a bénéficié du résultat des études menées par la
recherche aéronautique.
LES EOLIENNES A AXE HORIZONTAL
Une distinction peut être faite entre les modèles de 2
Machinisme Agricole Tropical — N° 67
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