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L’énergie du vent

dimanche 2 septembre 2012 par Laurent SENEZ

L’énergie du vent

Une éolienne capte l’énergie cinétique du vent et la convertit en un couple qui fait tourner les pales du rotor. Trois facteurs déterminent le rapport entre l’énergie du vent et l’énergie mécanique récupérée par le rotor : la densité de l’air, la surface balayée par le rotor et la vitesse du vent.

La densité de l’air

L’énergie cinétique contenue dans un objet en déplacement est proportionnelle à sa masse volumique (ou son poids). Elle dépend donc de la densité de l’air , c’est-à-dire la masse de l’air par unité de volume. Autrement dit, plus l’air est dense, plus la partie de l’énergie récupérable par l’éolienne est importante.

A une pression atmosphérique normale et à une température de 12° Celsius, l’air pèse environ 1,238 kg/m3. Cependant, la densité diminue un peu lorsque l’humidité de l’air augmente. La température moyenne annuelle 1971 / 2000 est de 12,0 °C. Cette valeur correspond à la moyenne dite normale. De même, l’air froid est plus dense que l’air chaud, tout comme la densité de l’air est plus faible à des altitudes élevées (dans les montagnes) à cause de la pression atmosphérique plus basse qui y règne.

Table 1 - Masse volumique de l’air sec en fonction de la température à p0 = 101325 Pa ( source wikipedia)
θ en °Cρ en kg/m3θ en °Cρ en kg/m3
- 10 1,341 + 40 1,127
- 5 1,316 + 45 1,109
0 1,292 + 50 1,092
+ 5 1,269 + 55 1,076
+ 10 1,247 + 60 1,060
+ 15 1,225 + 65 1,044
+ 20 1,204 + 70 1,029
+ 25 1,184 + 75 1,014
+ 30 1,164 + 80 1,000
+ 35 1,146 + 85 0,986

La surface balayée par le rotor

La surface balayée par le rotor d’une éolienne couvre une surface circulaire plus ou moins grande en fonction du type d’éolienne. Par exemple, une éolienne dont le diamètre du rotor est d’environ 54 m aura une surface balayée typique de 2290 m2 pour une puissance électrique de 1000 kW. L’énergie récupérable par une éolienne dépend en effet de la surface balayée par son rotor.

Vitesse du vent

Le dernier facteur qui influence l’énergie du vent est la vitesse du vent. Cette air en mouvement possède une échelle des vent appelé échelle de Beaufort.

Table 2 - Échelle de Beaufort
ForceTermesVitesse en nœudsVitesse en km/hVitesse en m/s
0 Calme moins de 1 moins de 1 moins de 0,28
1 Très légère brise 1 à 3 1 à 5 0,28 à 1,39
2 Légère brise 4 à 6 6 à 11 1,67 à 3,06
3 Petite brise 7 à 10 12 à 19 3,33 à 5,28
4 Jolie brise 11 à 16 20 à 28 5,56 à 7,78
5 Bonne brise 17 à 21 29 à 38 8,06 à 10,56
6 Vent frais 22 à 27 39 à 49 10,83 à 13,61
7 Grand vent frais 28 à 33 50 à 61 13,89 à 16,94
8 Coup de vent 34 à 40 62 à 74 17,22 à 20,56
9 Fort coup de vent 41 à 47 75 à 88 20,83 à 24,44
10 Tempête 48 à 55 89 à 102 24,72 à 28,33
11 Violente tempête 56 à 63 103 à 117 28,61 à 32,50
12 Ouragan égal ou supérieur à 64 supérieur à 118 supérieur à 32,78

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