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Démystifier la science | La lenteur des éoliennes

Chaque semaine, notre journaliste répond aux questions scientifiques des lecteurs.




Pourquoi les éoliennes tournent-elles si lentement ?
– Alain Cornellier

Parce que les pointes de leurs pales tournent beaucoup plus vite que leur centre, et il faut éviter les vitesses excessives qui pourraient créer des turbulences et endommager la structure ou les mécanismes de l’éolienne.

« Ce qui limite la vitesse des éoliennes, c’est la vitesse du son », explique Frederick Gosselin, professeur de génie mécanique à Polytechnique Montréal. La pointe de la lame se déplace très vite et la longueur de la lame multiplie la vitesse. C’est comme une aile d’avion : lorsqu’on s’approche de la vitesse du son, il y a toutes sortes d’effets des fluides compressibles dans l’air qui affectent le comportement de l’aile. (…) De plus, autour de la pale, le vent est accéléré, même s’il n’apparaît pas lorsqu’on le regarde depuis le sol. »

PHOTO PRISE DU SITE DE POLYTECHNIQUE MONTRÉAL

Frederick Gosselin, professeur de génie mécanique à Polytechnique Montréal

La vitesse du son, ou Mach 1 en l’honneur d’un physicien autrichien du XIXe sièclee siècle, varie en fonction de la température et de l’altitude. Sur le plancher de la vache et à 15°C, elle est de 340 m/s, soit 1235 km/h. À -25°C, la vitesse du son est 10 % plus lente. Ernst Mach fut le premier à décrire les turbulences entourant un objet approchant la vitesse du son, le fameux « mur du son » que les avions franchissent avec « bang ».

M. Gosselin étudie les « phénomènes d’instabilité des structures élancées », comme les ailes d’avion.

PHOTO PRISE SUR LE SITE CSN

Au printemps dernier, des pales d’éoliennes de 107 mètres de long fabriquées en Gaspésie ont été acheminées par convoi vers des clients américains.

« Les plus grosses pales d’éoliennes au monde sont fabriquées en Gaspésie », souligne M. Gosselin. Dans un rayon de 110 m (107 m de pale plus le moyeu), si l’éolienne tourne à 7 tours par minute, cela représente une vitesse en pointe de pale de plus de 80 m/s ou 290 km/h ! À 7 tours par minute, cela semble lent, mais c’est tellement gros qu’il va vite. »

Cette taille de pale est utilisée dans les éoliennes offshore (au large). Les pales des éoliennes terrestres font généralement la moitié de cette taille.

Un autre professeur de Polytechnique, Ion Paraschivoiu, est l’auteur du manuel Conception d’éoliennes, utilisée dans les universités depuis sa publication en 2002. « J’ai eu la chance de travailler sur l’éolienne verticale Cap-Chat au milieu des années 1980, raconte M. Paraschivoiu. Il avait la forme d’un batteur à œufs, avec un rayon de 32 mètres. Il tournait à seulement 15 tours par minute, ce qui n’est pas rapide à voir de loin. Mais les pointes des pales allaient suffisamment vite pour que nous ayons dû faire des calculs de stabilité. »

PHOTO PRISE DU SITE TOURISTIQUE DE LA GASPÉSIE

L’éolienne verticale Cap-Chat

L’éolienne verticale de Cap-Chat n’a fonctionné que quatre ans, à cause d’une rafale qui a endommagé son mécanisme.

Apprendre encore plus

  • 2100 TWh
    Production d’énergie éolienne en 2022

    Source : Agence internationale de l’énergie

    350 TWh
    Production d’énergie éolienne en 2010

    Source : Agence internationale de l’énergie


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