Notions de base sur le fonctionnement d'une éolienne:schema élémentaire d'une éolienne à axe horizontal

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Quand on observe une éolienne à axe horizontal, on aperçoit un mât dont la hauteur dépend de la nature de l'éolienne. La hauteur peut varier d'une dizaine de métres pour une éolienne individuelle à 200 m voire plus pour les immenses éoliennes off-shore d'une puissance de plus de 10 MW en passant par plusieurs dizaines de mètres pour les anciennes machines et environ une centaine de mètres pour les éoliennes classiques actuelles de la classe du MW dont la puissance maximum est en gébéral de 3MW. La hauteur de l'éolienne est évidemment liée à la dimension des pales mais également à la recherche d'une plus grande vitesse et d'une plus grande régularité du vent. La vitesse du vent augmente avec l'altitude et la turbulence liée aux obstacles au sol devient moins marquée quand on s'élève.
Le mât peut être en treillis métallique comme à l'origine mais c'est de plus en plus rare. BONUS, originellement fabricant danois de réservoir, a lancé la mode du tube métallique. On trouvait des mâts en béton qui ont été remis à la mode par ENERCON. En fait il s'agit plûtot actuellement de mas en partie en béton et en partie métallique.
Le mât supporte un container métallique qui est la nacelle. La nacelle supporte une hélice dont les pales peuvent dépasser 100 métres pour les très grandes éoliennes. Le rotor éolien est composé de l'hélice et d'un axe fixé à la nacelle par des paliers. L'axe étant de nos jours caréné n'est pas visible directement de l'extérieur. Les pales étaient autrefois en bois puis en lamellé ont étés recouverts par une enveloppe de métal et plus tard de matériel composite. Par la suite on a utilisé des pales métalliques mais selon les préconisations de Hûtter on est passé à la fibre de verre et aux matériaux composites. Cela diminue le poids et augmente la résistance.



La nacelle contient la génératrice constituée elle même d'une partie fixe,le stator et d'une partie tournante le rotor. Le rotor est entraîné par un axe. Le tout constitue le rotor élecrique à ne pas confondre avec le rotor éolien. Le rotor électrique est mis en rotation par le rotor éolien et selon le type de génératrice sont raccordés soit directement soit par l'intermédiaire d'un multiplicateur pour rendre compatibles les vitesses de rotations respectives du rotor éolien et du rotor électriques qui ne sont pas du même ordre de grandeur. Le rotor éolien tourne à quelques dizaines de tours par minute alors qu'il est nécessaire d'entraîner le rotor électrique de certaines génératrices à plusieurs centaines de tours à la minute.
La nacelle comporte certains organes mécaniques permettant la rotation facile des pièces tournantes comme des paliers pour les axes mais également des carters permettant la lubrification nécessaire. Elle contient tout l'appareillage électrique et électronique lié au fonctionnement de la génératrice et l'injection de l'électricité produite dans le réseau. Naturellement dans la nacelle se trouve aussi l'électronique de contrôle de l'éolienne (SCADA) carl'éolienne doit être régulée en fonction de la vitesse du vent et commandée à distance (à plusieurs centaines de kilomètres éventuellement) pour répondre aux exigences du réseau.


Pour les éoliennes terrestre le raccordement au réseau se fait par le sol. L'éolienne est fixé par un socle en béton enterré recouvert de végétation. Ce socle est d'un poids d'environ 500 à 600 kg pour une éolienne de 3 MW qui représente la puissance actuelle maximale moyenne.
Pour les éoliennes off-shore le raccordement et le support sont immergés. Les puissances sont plus importantes que pour les parcs terrestres. Pour les nouveaux parcs actuels situés loins des côtes, parfois à plusieurs dizaines de kilomètres, la puissance des aérogénérateurs est d'au moins 5 MW mais on vient de mettre à l'essai des prototypes de de plus de 10 MW. De telles machines existent déjà chez General ELectrique et sont annoncées chez Siemens-Gamesa et Vestas. Les éoliennes peuvent être fixées au fond de la mer lorsque la profondeur atteint quelques mètres et jusqu' à une cinquantaine de métres maximum.. Pour les grands fonds, on utilise des systèmes de flottaison.

Dernière correction et modification : le 08/03/2021.

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