Vendredi 13 décembre 2019

Guide du petit éolien

3- Eléments techniques influençant le choix

c. Les différents types de supports

Les mâts haubanés ont l’avantage d’être les moins onéreux, mais ont l’inconvénient d’occuper beaucoup d’espace (environ 12 m2 pour une éolienne de 2 kW). Les mâts tubulaires autoporteurs sont non seulement beaucoup plus résistants dans le temps mais supportent des turbines bien plus lourdes donc plus puissantes. Ils sont aussi appréciés pour leur esthétique proche du grand éolien

Source : Krug Sarl

Source : Krug Sarl

d. Les pales

Les petites éoliennes tournent vite. La vitesse linéaire en bout de pale d’une éolienne tripale atteint 250 km/h (soit 250 à 400 tours par minute selon la longueur des pales). Les contraintes mécaniques liées à ces vitesses sont maintenant bien maîtrisées par la plupart des constructeurs.

Quatre matériaux sont utilisés :

  • le bois massif et le bois lamellé-collé : essentiellement réservé aux auto-constructeurs.
  • l’aluminium : pratiquement plus utilisé, car il résiste mal à la fatigue mécanique et finit par rompre
  • les matériaux composites : utilisés par tous les fabricants sérieux.

S’agissant de la taille : plus une pale est longue, plus elle est puissante, mais plus la vitesse en bout de pale est élevée, et donc plus elle est bruyante.

Pour le nombre : plus il y a de pales, plus l’éolienne démarrera avec un vent faible, mais elle sera moins puissante… tout en étant plus chère. Il faut donc trouver un compromis entre la longueur et le nombre de pales pour obtenir les performances désirées. Le choix s’effectuera donc entre une (techniquement possible, mais rare) et huit pales, en fonction de l’étude de vent et des besoins du projet.

L’éolienne de Nheolis et ses pales coniques

L’éolienne de Nheolis et ses pales coniques

Plusieurs entreprises et laboratoires de recherche travaillent sur de nouvelles formes de pale. WhalePower a par exemple lancé un projet copiant la forme particulière des nageoires des baleines. Nheolis propose déjà des éoliennes disposant de trois pales coniques. Les pales des petites éoliennes sont généralement à « pas fixe », ce qui signifie que l’incidence de la pale par rapport au plan de L’hélice est constante. Un système à « pas variable » est bien plus performant, car il se comporte en quelque sorte comme une boîte de vitesse, mais est également beaucoup plus coûteux. Un pas variable permet de plus la mise en drapeaux de l’hélice pour protéger l’éolienne des vents forts (on oriente les pales de manière à ce que leur portance soit nulle, tout en laissant le rotor face au vent).

e. Orientation

Inutile de préciser qu’une éolienne est plus performante lorsqu’elle est bien orientée face au vent. Trois solutions techniques permettent l’orientation :

  • Système libre avec hélice sous le vent

Le vent rencontre d’abord la nacelle, qui joue le rôle de gouvernail, puis frappe les pales. C’est le système le plus simple, mais il génère des turbulences immédiates nuisibles aux performances.

  • Système libre avec hélice face au vent

C’est le système le plus fréquent pour les petites puissances. Un safran placé derrière la nacelle place l’hélice perpendiculairement au vent, comme une girouette. Les sys­tèmes libres (sous ou face au vent) sont moins chers, mais ils demandent l’installation d’un amortisseur pour éviter que l’éolienne s’emballe en cas de vents turbulents.

  • Orientation motorisée

Une girouette et un anémomètre commandent l’orientation du rotor via un moteur électrique. Ce système permet de ne changer l’orientation de l’hélice que si le vent a tourné durablement. On optimise ainsi la productivité. Il permet également de protéger l’éolienne en cas de vent fort. Ce type de système est réservé aux éoliennes les plus puissantes du petit éolien (à partir de 10kW).

Les éoliennes à axe vertical étant par nature omnidirectionnelles, elles ne nécessitent aucun système d’orientation.

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