De quoi est faite une éolienne ?

Il est intéressant d’étudier l’anatomie des éoliennes. Cela permet de se rendre compte qu’il existe de nombreuses possibilités de conception. A chacun de choisir la solution la plus adaptée pour son projet. Je vous propose ici de faire le tour des éléments clés qui constituent une éolienne et des solutions d’autoconstruction.

Les 2 principaux éléments d’une éolienne produisant de l’électricité (aérogénérateur) sont :

  • le rotor, élément qui tournera sous l’effet du vent
  • le générateur, élément qui génère le courant électrique lorsque le rotor est en mouvement

D’autres éléments, optionnels selon les modèles, sont également importants et peuvent être source de problèmes techniques : le mat, la dérive, et le pivot.

Le rotor de l’éolienne (système d’entrainement)

C’est l’élément qui défini l’éolienne. En effet, c’est la partie qui va capter l’énergie cinétique du vent pour la transformer en rotation, une énergie mécanique. Comme nous l’avons vu dans l’article : les différents types d’éoliennes, le rotor peut arborer des formes très diverses.

Chaque modèle de rotor possède ses spécificités et sera plus ou moins adapté à une situation donnée. Par exemple le rotor à axe horizontal muni de 3 pales est très bien adapté pour les vents réguliers que l’on trouve à plusieurs mètres au dessus du sol. Les rotors à axe verticaux quand à eux peuvent fonctionner avec des vents moins réguliers.

Les principales caractéristiques à prendre en compte sont

  • la vitesse minimum de vent nécessaire pour faire démarrer l’éolienne
  • la vitesse moyenne de rotation (régime moyen) pour les vitesses de vent majoritaires dans la zone d’installation
  • le couple : c’est la force de rotation. Pour se faire une idée, plus le couple est élevé, plus il est difficile de freiner le mouvement de rotation.

En autoconstruction les pales sont généralement fabriquées en bois. Mais on retrouve l’utilisation de nombreux autre matériaux, le plastique, le PVC, le polystyrène, le métal, le tissu… Chacun possédant des propriétés physiques différentes : poids, rigidité, solidité, vieillissement. Dans le choix des matériaux il faut également prendre en compte l’entretien et l’éventuel remplacement d’une partie du rotor en cas de casse.

Le générateur de l’éolienne

Le générateur est la partie de l’éolienne qui permet de produire un courant électrique. Il est toujours composé de deux parties :

  • le stator qui comme son nom l’indique reste statique
  • le rotor, la partie du générateur qui tourne.

Le même mot (rotor) désigne donc deux parties différentes de l’éolienne : le système d’entrainement d’une part, et la partie tournante du générateur d’autre part. Ces deux éléments sont en fait intimement liés. Soit directement sur un axe commun dans ce cas la vitesse de rotation du rotor du générateur sera strictement égale à la vitesse de rotation du système d’entrainement, soit indirectement via un système de transmission (courroie, engrenages), et dans ce cas la vitesse de rotation du rotor du générateur pourra être inférieure, égale ou supérieur à la vitesse de rotation du système d’entrainement.

Classiquement, le stator comporte des bobines de cuivres émaillé et le rotor des aimants ou électroaimants (bobines dans lesquelles circule un courant électrique ce qui génère un flux magnétique comme s’il s’agissait d’aimants). Le mouvement du rotor entraîne une variation des flux magnétiques subis par les bobines du stator, ce qui fait apparaître un courant électrique. Pour en savoir plus sur le phénomène d’induction électromagnétique je vous invite à visiter la page : Produire du courant avec un aimant et une bobine de cuivre.

Il existe deux modèles principaux de générateurs :

  • générateur à flux axial
  • générateur à flux radial

Voici les illustration de ces générateurs :

Générateur à flux axial pour éolienne

Générateur à flux axial
(image : http://www.fieldlines.com/)

 

 

Générateur à flux radial pour éolienne

Générateur à flux radial
(image : http://www.ekotekoo.fr/)

 

 

Ces deux modèles sont des alternateurs, c’est à dire des générateurs de courant alternatif.

En autoconstruction, on peux retrouver deux types de générateurs. Soit on le fabrique à partir de zéro, dans ce cas il s’agira quasi systématiquement d’un alternateur à flux axial à aimants permanents, soit l’on a recours à un alternateur déjà existant, et dans ce cas il pourra s’agir soit d’un alternateur à flux axial ou à flux radial, éventuellement modifié par rebobinage et ajout d’aimants permanents.

L’on peut voir également, souvent à titre expérimental, des éoliennes avec un générateur à courant continu (dynamo).

Le mat, la dérive et le pivot

Le mat permet d’élever l’éolienne afin de capter un vent plus fort et plus régulier. Il est indispensable pour les éoliennes à axe horizontal.

Pour fonctionner, les éoliennes à axe horizontal doivent être orientées face au vent. Dans le cas d’éoliennes de conception lourde, c’est un moteur qui va orienter les pales. Par contre, pour les modèles qui nous intéressent nous allons devoir les rendre capable de s’orienter comme les girouettes à l’aide de la dérive.

Le pivot est la pièce qui permet à l’éolienne de tourner lorsque le vent change de direction. Il peut être simple, deux tubes qui s’emboîtent par exemple, le tube du haut pouvant tourner dans celui du bas. Mais il peut être plus élaboré en assurant une fonction de transmission du courant, ces modèles sont plus compliqués à fabriquer mais permettent d’éviter l’enroulement du fil qui est inévitable lorsque le pivot ne rempli pas cette fonction.

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