Aérodynamique et Eoliennes

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         L'Aérodynamique est née à la fin du 19iéme siécle et au début du 20ième. Jusqu'à cette époque la Mécanique des Fluides avait pour principal objet l'hydrodynamique, c'est à dire l'étude des liquides. La construction des premiers avions mais aussi des grands ouvrages de génie civil est naturellement à l'origine des développements de l'Aérodynamique qui s'est ainsi constituée en chapître à part entière de la Mécanique des Fluides et donc de la Mécanique. Cela a conduit Gustave Eiffel à s'intéresser à ce domaine en raison des problèmes liés à l'écoulement du vent sur ses constructions métalliques, il en est venu de la sorte à l'étude des profils d'ailes d'avions.
Une éolienne est un objet complexe. Elle entre dans le champ des sciences aérospatiales par son rotor. Il est d'ailleurs remarquable qu'une grande partie des acteurs de l'éolien se recrute dans ce monde. (NASA aux USA, ONERA ou IAT en France, DLR en ALLEMAGNE....). Les premièrs aérogénérateurs étaient issus de la technologie des moulins à vent. Dans un soucis d'efficacité, Poul Lacour s'est intéressé à l'Aérodynamique et a même construit une soufflerie à Askhov en 1895. Ses turbines de 2 à 25 kw restaient cependant équipées d'un rotor (parfois quadripales) ayant l'aspect des ailes de moulin. L'arrivée d'un rotor constitué par une hélice du même type que celle d'un avion est donc une rupture importante dans l'évolution de la technique éolienne.

L'apparition de l'hélice .


C'est le suisse Daniel Bernoulli, Mathématicien et Mécanicien des Fluides très célèbre, qui a l'idée en 1752 d'utiliser une hélice pour la propulsion des bateaux, mais pour celle des objets aériens, certains en attribuent l'idée au Mathématicien français Paucton au milieu du 18ième siècle(son véhicule aérien est appelé le "ptérophore"- ce sont principalement les anglo-saxons qui semblent s'en souvenir...). Jullien, un horloger autodidacte parisien (mort pauvre et dans l'oubli, comme c'est souvent le cas en France en pareilles circonstances) fit voler en 1858 un petit aéroplane d'un mètre de long. (On peut y voir l'ancêtre du drône). Tout au long du 19ième siècle les hélices sont utilisées pour la propulsion des dirigeables et de nombreuses inventions d'aéronefs mus par des hélices sont proposées. Ce sont les frères Wright qui utilisent une hélice pour la propulsion du premier avion en 1903.

  • Théorie et pratique.

  • Au début du 20ième siècle sont construites les premières souffleries. Assez remarquablement la communauté des Aérodynamiciens se consacre aussi bien aux développements théoriques qu'expérimentaux. Les hélices sont alors étudiées de la même façon que les profils, en effet une hélice est constituée de profils en rotation. A l'occasion de tous ces travaux sur les hélices propulsives, une attention est portée sur les hélices d'éoliennes qui représentent une variante du principe de l'hélice puisqu'il s'agit de récupérer de l'énergie plutôt que d'en fournir. C'est ainsi le cas à Göttingen avec Prandtl et ses collaborateurs parmi lesquels Albert Betz , mais aussi à Paris avec Eiffel, en Russie avec Joukowski et Riabouchinsky, en Angleterre avec Lanchester et Glauert ou aux USA dans le cadre de la NACA, ancêtre de la NASA. Si la théorie de base de l'hélice est dûe à Rankine(du Naval Laboratory) et à Froude, le cas particulier de l'hélice éolienne a été adapté par Betz et Lanchester (vers 1926). A la soufflerie Eiffel des études ont également été menées par Gustave Eiffel lui-même (en France, on appelait alors "moulinet" une éolienne) et c'est au sein de ce laboratoire que travaillait Drezwiecki auteur d'une théorie général des hélices et des premiers travaux sur leur sillage. Dans ce même contexte commencent également les études sur les hélicoptères.

  • Les premières éoliennes modernes.

  • On trouve peu d'information sur l'apparition des premières éoliennes munies d'hélices. Etienne Rogier (2) signale que les premières machines de ce type sont les petites éoliennes équipant les avions. Elles servent au fonctionnement des instruments de navigation ou des appareils de photographie sur les avions de reconnaissance de la guerre de 14-18.
    En ce qui concerne les premières grandes machines capables de produire de l'électricité, Il faut donc se reporter aux réalisations pratiques.Naturellement les premières turbines ne sont pas nécessairement reliées au réseau et servent à recharger des accumulateurs. Parmi les premiers aérogénérateurs équipés d'hélices, il y a celle de Constantin ingénieur Electricien du Vaucluse (Un des premiers élèves de Supelec). Associé à Fortier-Beaulieu industriel de Roanne (département de la Loire) et inspiré par ses travaux chez le fabricant d'hélices Levasseur (Etienne Rogier (2)), il construit une première machine bipale installée dans le Massif Central puis en 1926 en Camargue. Cette machine de 8m de diamètre avait une puissance de 13kw dans des vents de 10 à 12 m/s. Il semble que ce soit le premier aérogénérateur moderne. A peu près à la même époque, aux USA les frères Jacobs mettent à profit leur expérience aéronautique pour concevoir en 1925 une éolienne une tripale de 3kW.(la contradiction apparente dans les dates provient de la différence entre la conception et la mise en service).
    En 1931 est construite en Russie, sur les côtes de la mer Noire, l'éolienne de 100 Kw et 30m de diamètre de Balaclava.(en deux ans de foctionnement, elle a fourni 200 000 kWh).


              Ainsi les développements aussi bien théoriques qu'expérimentaux de l'Aérodynamique du début du siècle à la deuxième guerre mondiale ont eu une influence décisive sur la conception des éoliennes modernes. L'éolienne est ainsi devenue un objet high tech, mais sa perception a changé. Dans une certaine mesure l'influence de cette rationnalisation se poursuit de nos jours. En effet, les anciens moulins à vent sont considérés comme partie intégrante du paysage par les opposants à l'implantation des éoliennes, quelque soit leur nombre ou leur disposition. Les éoliennes modernes sont présentées comme des objets industriels, donc perturbant l'ordonnancement de ce même paysage. Or les moulins traditionnels sont également par leur fonction des objets industriels. Les premiers aérogénérateurs étaient de simples moulins à vent produisant l'électricité plutôt que de la farine ou de l'huile. Si l'hélice n'était pas apparue sous l'effet des progrès de l'Aérodynamique, comment seraient perçues aujourd'hui les éoliennes ?





    Dernière correction et modification : le 16/12/2011.

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