QUELQUES MOTS SUR LE VENT

Il n'est guère possible de na pas dire quelques mots de cette source d'énergie qui a quelques points communs avec l'énergie hydraulique et qui est celle du vent .

Certes , les2 fluides sont différents car l'un est incompressible et l'autre est compressible .

Cependant , le théorème de Bernoulli reste applicable dans de nombreux cas de figure ainsi que les théorèmes d'Euler .

Pour faire tourner un aéromoteur il faut un vent bien constant , sans tourbillons. Un obstacle (maison ,arbre ) crée des tourbillons loin après lui.

Si nous disposons d'un vent de force V1 et d'un aérogénérateur parfait  (rendement 1) de section circulaire S la figure ci dessous nous montre ce qui se passe :

Un cylindre ( imaginaire ) de vent ayant la vitesse V1 va rencontrer la machine ; avant l'obstacle la veine de vent s'élargit pour se mettre au diamètre de l'obstacle , lequel est traversé à la vitesse V <V1
En quittant la roue le vent a perdu de l'énergie , donc de la vitesse et la veine s'élargit à nouveau . 
La vitesse est devenue V2 < V < V1
La formule ci après est connue sous le nom de formule de Betz


Nous éviterons ce calcul ou bien , plus tard , je le donnerai en annexe.
Dans cette formule P est en watts , S en m2 , V1 en m/s
r est la masse spécifique de l'air (1.25 kg/m3)

En fait le meilleur  aérogénérateur a un rendement qui ne dépasse pas 0.7
Compte tenu de cette remarque et après quelques transformations nous aurons les formules pratiques suivantes , V étant cette fois la vitesse du vent :

Pour les moulins à vent et les anciennes éoliennes lentes :

P= 0.15 D^2  V^3

Pour les éoliennes rapides 
P= 0.2 D

Les figures ci contre nous donnent l'aspect classique de ces 3 types 

Comme en hydraulique , les machines rapides ont des dimensions inférieures aux machines lentes , mais la différence est loin d'être aussi importante .
C'est qu' ici le seul paramètre offert par la nature est la vitesse , alors qu'en hydraulique il y avait 2 paramètres .

Avec le vent ( et sa force) c'est la surface balayée choisie qui compte .

Les machines rapides n'ont pu être étudiées que grâce aux progrès réalisés dans le calcul des hélices d'aviation , progrès liés à ceux obtenus dans l'obtention de profils d'ailes ayant le maximum de finesse.
On retrouve les mêmes problèmes que dans le calcul des turbines hélices et Kaplan
Ces machines se caractérisent par une grande vitesse circonférentielle ( 6 fois la vitesse du vent , 1 fois pour un ancien moulin) ce qui permet une meilleure utilisation de l'énergie 
Elles ont peu de pales (2 à 3) , sont moins lourdes et moins chères .

Le tableau ci dessous nous donne quelques valeurs pour un vent de 10 m/s

Pour un vent de 15 m/s , ces valeurs sont à multiplier par 1.5^3 soit 3.37
Pour un vent de 17 m/s , ces valeurs sont à multiplier par 1.5^3 soit 5 env.

On peut en tirer des assimilations pour une hélice placée dans un courant d'eau donc une turbine de type un peu spécial

Sites intéressants pour approfondir la question

Éole - Atlas des vents, les éoliennes, les moulins, le coût et le fonctionnement.
Études des récepteurs éoliens - Description technique de la conception et de la mise en oeuvre des éoliennes, du site de construction au type de moteur utilisé.

Un autre site encore:

Bibliographie

Désiré LE GOURIERES  :  L'énergie éolienne (Eyrolles)

Et pour ceux qui s'intéressent à l'énergie solaire et à différentes machines solaires  :