Composition d’une éolienne
L’éolienne comprend en général quatre structures :
Le rotor
Le rotor constitue la partie rotative de l’éolienne fixée en haut de la tige verticale qui permet de capter le vent. Cette partie est composée de pales, mesurant de 25 à 60 mètres, fabriquées à partir de matériaux composites, qui sont reliées par un moyeu.
La nacelle
La nacelle est la structure soutenue par le mât qui permet de loger les éléments mécaniques : le moyeu, la génératrice et le safran. En fonction du type d’alternateur utilisé, certaines éoliennes sont à entrainement direct, et d’autres sont équipées de train d’engrenage.
Les pales
Parties essentielles d’une éolienne, la taille et la largeur des pales déterminent la puissance de l’éolienne.
La tour
Généralement en forme de cône, la tour est composée de trois éléments : le mât, le système de commande électrique, et le transformateur. Sa hauteur est en général comprise entre 50 et 130 mètres pour un diamètre allant de 4 à 7 mètres. La tour comprend une entrée par le bas permettant d’avoir accès aux différents équipements de l’éolienne (transformateur, etc.).
La base
La base permet de maintenir la structure globale de l’éolienne, grâce à sa forme circulaire constituée de béton armé.
Eolienne de type aérogénérateur
Source ADEME – Energie éolienne, Edition 2013
Schéma d’une éolienne pivot de safran inclus
Source : Parc naturel de Narbonne – octobre 2016
Bien comprendre le fonctionnement d’une éolienne
Pour bien comprendre le fonctionnement d’une éolienne, il convient de détailler le mouvement des pales, l’électricité produite par l’éolienne et la tension de celle-ci.
Le mouvement des pales
Pour faire fonctionner une éolienne, il est essentiel que le vent fasse tourner le rotor et les pales. Ce mouvement permet de transformer l’énergie cinétique en énergie mécanique transformée en électricité grâce au générateur.
La majorité des éoliennes démarrent lorsque la force du vent est supérieure à 3 mètres par seconde et arrêter de fonctionner lorsqu’elle est supérieure à 25 mètres par seconde.
L’électricité éolienne
Pour démarrer, une éolienne a besoin que le vent souffle à une vitesse de 15km/heure minimum, et s’arrête de fonctionner à une vitesse de 90 km/heure pour des raisons de sécurité.
En rotation, le rotor entraine un axe dans la nacelle qui est reliée à un alternateur. L’énergie ainsi produite par le mouvement du rotor permet de générer une force mécanique et donc de l’électricité.
La tension dans l’éolienne
Le transformateur de l’éolienne qui est situé à l’intérieur du mât, permet d’élever la tension du courant électrique produit grâce à l’alternateur afin de faciliter son transport dans les lignes à moyenne tension du réseau.
Régulation et puissance de l’éolienne
La régulation de l’éolienne
Il existe de nombreuses techniques permettant de contrôler de façon mécanique une éolienne, mais la plus connue est le « furling » (ferlage en français). Il convient de noter qu’il est possible de réguler de manière électronique une éolienne grâce à des capteurs de vitesse et de direction. Toutefois, cette régulation électronique peut engendrer des coûts de conception élevés.
Le fondement même d’une éolienne est de mettre en mouvement le pivot de safran de 90 degrés, dans la même direction que celle des pales, pour éviter que l’éolienne soit en face du vent.
La puissance de l’éolienne
La puissance nominale (appelée en anglais « rated power ») constitue l’une des caractéristiques essentielles d’une éolienne et correspond à l’énergie produite par l’éolienne par unité de temps, cela dans des conditions de fonctionnement optimales.
Exemple : une éolienne domestique d’une puissance d’1 kW pourra produire en 1kWh par heure de marche.
Cette puissance nominale variera en fonction de différents paramètres :
- La force et la vitesse du vent
- La masse d’air environnant l’éolienne
- Le rendement mécanique : ce rendement correspond au transfert d’énergie entre l’hélice et le transformateur ;
- Le rendement électrique du générateur.
A titre d’illustration, le tableau ci-dessous présente quelques exemples de puissance éolienne.
