Principes généraux
La puissance extraite du vent varie avec le cube de sa vitesse
Une grande éolienne, de type 750 kW démarre avec des vitesses de vent de l'ordre de 3 à 4 m/s et doit être arrêtée, par sécurité, lorsque le vent atteint 25 m/s (95 km/h). Parce qu'elle est aléatoire, l'énergie éolienne est toujours complémentaire. Son stockage est à peu près impossible, sauf pour les toutes petites puissances. La nouvelle technologie des piles à combustibles ouvre de nouvelles perspectives. Le mieux que l'on puisse faire est d'utiliser l'électricité produite quand elle arrive. Mais dans certains pays, il y a heureusement correspondance entre la saison des vents et celle où la consommation est plus forte.
|
Composante
cruciale de l'éolienne. Il existe très peu de fabricants
dans le monde capables de construire ces pales qui sont maintenant en
fibre de verre et en fibre de carbone. Elles sont tellement longues
(30 à 40 mètres) qu'il faut des convois exceptionnels
pour transporter ces ailes géantes. Le nombre de pales est plutôt
fonction de l'apparence visuelle : on préfère les tripales.
Mais une éolienne monopale est tout à fait performante.
Les
rotors multipales procurent un couple élevé au démarrage
mais sont peu efficaces par vent forts.
Le
pas variable est le système le plus efficace car il permet une
régulation constante et presque parfaite de la rotation du générateur
en bout de ligne. Mais c'est un dispositif complexe, qui exige davantage
d'entretien.
On
préfère donc souvent ne pas avoir à modifier l'angle
des pales, quitte à perdre un peu en efficacité, au démarrage
et dans les grandes vitesses de vent. La conception de ces pales est
très particulière car elles doivent « décrocher »
quand le vent atteint une certaine vitesse. C'est l'« effet
Stall ». Grâce à sa forme, la pale ne peut plus
accélérer même si le vent augmente.
Contrairement
à une première impression souvent répandue, une
pale s'use dans le vent à cause du frottement avec les particules
de poussière, de sable ou de glace. Il est rare que la durée
de vie d'un jeu de pales dépasse une quinzaine d'années
pour une éolienne régulièrement en fonction. Mais
ceci varie évidemment avec la hauteur de l'éolienne et
son environnement.
Un
mal nécessaire car beaucoup voudraient l'éliminer. C'est
qu'il s'agit d'une composante lourde et coûteuse. Elle permet
toutefois d'avoir un rotor tournant lentement (30 à 40 tours/min)
et de se coupler à un générateur de série,
donc peu cher, qui tourne lui 40 à 50 fois plus vite ! Dans les
pays froids on doit réchauffer ces grosses boîtes d'engrenages.
RÉGULATION
ET FREINAGE PAR GOUVERNAIL ARTICULÉ 
Les
éoliennes à pas fixe et régulation Stall comportent
souvent deux freins à disque…par sécurité.
C'est
un alternateur. Les plus simples et robustes sont des générateurs
à induction, mais il faut alors contrôler leur excitation
par des condensateurs ou les relier au réseau, ce qui n'est pas
facile. On doit essayer de stabiliser la vitesse de ces moteurs asynchrones
près de leur puissance nominale (vers 1 800 tours) pour avoir
en bout de ligne une fréquence et une tension régulières.
Voilà pourquoi certains fabricants installent 2 génératrices,
l'une exploitant les basses vitesses de vent, l'autre pour les hautes
vitesses.
On
peut utiliser une génératrice autoexcitée : un
moteur synchrone à aimants permanents. Plus facile à gérer,
ce type d'alternateur est plus cher et comporte de nombreuses pièces
mécaniques. 
Pour
les petites éoliennes, la solution la moins coûteuse est
un tuyau en sections qui se trouve amplement haubané. La dimension
du tuyau d'acier est surtout fonction du poids de l'éolienne,
car ce sont les haubans qui assurent la stabilité de l'ensemble.
Plus il y a de haubans et de structure porteuse, plus le bruit est élevé
dans les grands vents. 
Les
tours en treillis sont les moins chères, mais souvent mal acceptées.
Attention aux enfants qui ont tendance à y grimper.
Avec
ses 400 tonnes de ciment et de fer d'armature, c'est un élément
important d'une grande éolienne. La forme est ronde ou carrée
mais peut aussi être en étoile pour réduire l'usage
du ciment.
Durée
de vie et entretien
Les
capacités d'adaptation des turbines éoliennes aux conditions climatiques
arctiques ou montagneuses ne sont pas suffisantes, malgré les prétentions
de certains fabricants. De multiples problèmes doivent encore être solutionnés :
Voici
l'histoire d'une ancêtre qui vous permettra de comprendre. Sur
le bord du Saint-Laurent, au Canada, la petite ville de Cap-Chat possède
l'une des plus grandes éoliennes jamais construite. Avec ses
110 mètres de haut, cette gigantesque éolienne se dresse
comme un édifice de 30 étages. Ses pales ressemblent
à celles d'un hélicoptère, mais fixées aux
deux extrémités. Il s'agit d'une éolienne à
axe vertical, de type Darrieus. Ce principe omnidirectionnel a l'avantage
de capter les vents d'où qu'ils viennent, sans nécessiter
de mécanisme d'orientation. Des haubans de très fort calibre
la retiennent par le sommet. L'éolienne est si lourde qu'il faut
un moteur électrique pour lancer sa rotation. Même des
vents forts ne suffisent pas à la faire démarrer ! Sa
puissance de 4 MW est énorme, et elle peut alimenter jusqu'à
800 maisons . Le générateur est à la base de l'éolienne.
C'est le gros avantage de ce type de machine et c'est ce qui a rendu
possible la conception d'un tel monstre. À titre de comparaison,
les plus grandes éoliennes modernes à axe vertical ne
dépassent guère 2 MW, notamment parce qu'il faut hisser
une nacelle d'un poids considérable à une très
grande hauteur. Or, ici, « les moteurs sont par terre ».
Construite
en 1983 dans le cadre d'un vaste projet de recherche et développement,
immobilisée en 1992 à la suite d'un coup de vent imprévisible,
le roulement à bille de sa base est maintenant détérioré,
probablement par les vibrations de l'axe et le poids énorme qui
repose sur lui. L'éolienne reste le symbole du développement
de cette nouvelle forme d'énergie au Québec, et Cap-Chat,
la capitale de l'énergie éolienne dans cette partie du
Canada. De nombreux visiteurs se présentent chaque année
au centre d'interprétation où l'on diffuse de l'information
technique sur les éoliennes.
|
|
 |
||||