15 - LA PHYSIQUE DES ÉOLIENNES
Hervé NIFENECKER
Ce chapitre présente les aspects physiques tout d'abord d'une pale, puis d'une éolienne.
Sont ensuite abordés, là encore de façon scientifique, les façons optimales de construire
et de gérer un parc d'éoliennes.
15.1 Puissance du vent
325
15.2 Physique des pales
326
15.3 L'éolienne
332
15.4 Les parcs d'éoliennes
338
15.5 La gestion des parc d'éoliennes
341
15.1. PUISSANCE DU VENT
On considère une masse d’air animée d’une vitesse V. Un volume d’air de surface S
et de longueur L parallèle à la direction du vent est caractérisé par une quantité de
mouvement SLρV et une énergie cinétique
1
2
2
SL V
ρ , où ρ est la masse spécifique
de l’air. Pour calculer la puissance passant par une surface S perpendiculaire à la
direction du vent, il suffit de poser L = V. Et donc la puissance du vent passant par
la surface S s’écrit :
P
S V
0
3
1
2
=
ρ
15.1.1. PUISSANCE MAXIMALE RÉCUPÉRABLE, LOI DE BETZ
On peut schématiser une éolienne comme un dispositif de surface S perpendiculaire à la direction du vent, transformant une partie d’énergie du vent en mouvement perpendiculaire. La puissance enlevée au vent implique un ralentissement
de l’air de la vitesse initiale V 1 à une vitesse finale V 2 . Remarquons que, pour assurer la conservation de la masse et dans la mesure où la masse spécifique de l’air
varie peu, il est nécessaire que la colonne d’air se dilate latéralement en traversant
l’éolienne. Par le passage à travers l’éolienne, la colonne d’air perd donc une éner-