TPE 2013
1. Composition d’une éolienne
A. Eléments principaux
Une éolienne est composée de trois éléments principaux :
• Le mât : Pouvant mesurer jusqu’à 115 mètres de haut,
et avec un diamètre de 4 à 7 mètres, le mât permet de placer
le rotor en hauteur, donc là où les vents sont les plus forts
et permet également d’avoir une grande longueur de pale.
• Le rotor : Constitué de trois pales pouvant mesurer
jusqu’à 60 m de long reliées par un moyeu, le rotor s’oriente
de lui-même sur 360° pour rester face au vent et permettre
une production maximale d’électricité.
• La nacelle pivotante : située au sommet du mât, elle abrite le générateur qui transforme l’énergie mécanique du rotor en énergie électrique. La nacelle s’oriente de manière autonome en fonction de la direction du vent. L’accès à la nacelle se fait par une échelle et/ou un monte-charge situé à l’intérieur du mât.
Afin de comprendre le rôle de la nacelle pivotante, nous avons réalisé une expérience dans laquelle nous avons voulu montrer l’influence de la direction du vent par rapport au rotor sur la production d’énergie. Pour cela, nous avons créé une éolienne, composée d’un rotor de 6 pales en plastique et d’une dynamo de vélo, avec l’aide d’un préparateur de physique.
A cette éolienne nous avons branché un Voltmètre. A l’aide d’une feuille de repère
collée à la table, nous avons fait varier l’angle d’incidence du vent, tout en gardant
la même vitesse avec le ventilateur.
Voici la vidéo de l’expérience :
Nous avons ensuite mis nos résultats dans un tableau et fait un
graphique avec ces résultats, nous considérons que lorsque l’angle
d’incidence est de 0°, c'est-à-dire lorsque la direction du vent est
perpendiculaire par rapport au rotor, cela représente un point
d’abscisse 0.
1. Eolienne
2. Voltmètre
3. Anémomètre
Nous avons ensuite inséré une courbe de tendance, pour cela nous avons testé plusieurs types de fonction, mais celle dont la précision était la plus haute était une fonction polynôme de degré 3. En effet R² est très proche de 1 (0.9784).
Exploitation du graphique :
On peut constater que plus l’angle d’incidence est grand, plus la tension diminue. A partir d’un angle d’incidence de 35°, l’éolienne ne tourne plus. De plus, on remarque bien que la plus grande tension
(environ 0.5 Volt) correspond à un angle d’incidence nul, c'est-à-dire que le rotor de l’éolienne est perpendiculaire à la direction du vent. D’où l’importance de placer l’éolienne face au vent et d’équiper l’éolienne d’une nacelle pivotante.
B. Autres composants d’une éolienne
Une éolienne dispose de trois freins principaux sur chacune des trois pales qui se mettent en « drapeau » lorsque la vitesse du vent est trop importante. Mais elle est également équipée d’un frein mécanique afin d’assurer l’arrêt rapide de la machine et son immobilisation lors de la maintenance.
L’éolienne est équipée d’un anémomètre qui mesure la vitesse du vent et permet au système d’orientation des pales d’ajuster la prise au vent de l’éolienne. La girouette permet quant à elle l’orientation face au vent du rotor.
Schéma de la composition de la nacelle