Présentation du projet a. Introduction

1. Présentation du projet
a. Introduction
- les éoliennes constituent un moyen écologique de produire de l’électricité, ne rejetant
ni gaz dangereux pour l’environnement, ne consommant aucun combustible fossile.
L’avenir étant à l’énergie dite propre, ces moyens de production pourraient connaître
un essor considérable. Comme tout produit de la technologie, elles nécessitent, avant
leur mise en service, la réalisation d’un modèle qui permet de vérifier les résultats des
études théoriques. Dans le cadre des TIPE, dont le sujet est «Erreurs et progrès ;
évolution des modèles, des systèmes et des connaissances. », j’ai donc décidé
d’étudier les pales d’un modèle réduit d’éolienne, et notamment de chercher à mesurer
et à améliorer la puissance fournie par celles-ci en fonction de la vitesse du vent
b. Présentation générale des éoliennes
- implantées dans des régions venteuses, les éoliennes les plus courantes sont en
général formées d’un rotor de type hélice dont la forme peut varier selon le type
d’éolienne, qui prend appui sur une tour, d’un arbre principal est couplé à un
multiplicateur ou à un réducteur de vitesse qui peut entraîner une charge (un
alternateur, générateur par exemple), de nos jours, elles servent principalement à
fournir un courant électrique
c. Nécessité des modèles et des études théoriques
- après avoir eu l’idée d’un projet, il est nécessaire de faire des études théoriques, de
créer des modèles afin de prévoir le fonctionnement de l’objet imaginé, et ainsi de
trouver des moyens de l’améliorer en fonction des erreurs décelées, afin de réaliser
quelque chose de fiable et de sûr
2. Expériences réalisées et études théoriques
a. Buts des expériences
- but principal : déterminer la puissance fournie par les pales de l’éolienne en fonction
de la vitesse du vent
- but secondaire : essayer d’optimiser cette puissance
b. Elaboration du modèle de l’éolienne
- réalisation des pales : bandes d’aluminium découpées et fixées sur un axe, ces bandes
peuvent être superposées pour former des hélices composées de différents nombres de
pales
- utilisation d’un roulement à billes pour fixer le modèle sur un socle
- fabrication d’un disque sur lequel sera fixé un compteur de vitesses qui permettra de
mesurer la vitesse de rotation des pales, matériau utilisé : aluminium (ce disque sera
aussi utilisé pour freiner la rotation de l’axe en utilisant le principe du courant de
Foucault)
Plan de la présentation

c. Protocoles expérimentaux, problèmes rencontrés
- première expérience : pour déterminer la puissance fournie par les pales, la première
idée consistait à utiliser le principe du courant de Foucault : en fournissant une
certaine puissance électrique à des bobines placées de part et d’autre du disque
d’aluminium, il aurait pu être possible de freiner l’axe du modèle de l’éolienne
(Documents 3 et 4), problème rencontré : lors de l’expérience, le disque ne ralentissait
pas, l’intensité maximale traversant les bobines était trop faible
- seconde idée : dispositif mécanique : faire monter une petite masse grâce à un
système de poulies et à la rotation de l’axe de l’éolienne, mais cette idée n’était guère
convaincante
- troisième idée : trouver une dynamo sans frottements (recherche de l’objet difficile)
et mesurer la puissance électrique fournie par la dynamo couplée au modèle réduit de
l’éolienne (Document 5)
- réalisation du montage permettant les mesures : on branche une résistance variable
(boîtes AOIP) aux bornes de la dynamo, le dispositif éolienne + dynamo est placée
dans la veine d’une soufflerie (Document 6), on branche un ampèremètre en série
avec la résistance et un voltmètre en dérivation, la vitesse de rotation des pales est
mesurée grâce au compteur de vitesse (d’où on obtient la fréquence de rotation des
pales, voir FORMULES MATHEMATIQUES), la vitesse du vent à l’aide d’un
anémomètre
d. Commentaires et analyse des résultats
- il est tout d’abord à noter que la dynamo ne tournait pas lorsqu’on prenait trois pales
pour former l’hélice de l’éolienne, seules 9 pales permettaient de la faire tourner, on
peut ainsi conjecturer que pour un petit modèle d’éolienne comportant une hélice de
faible diamètre, il faut augmenter le nombre de pales de cette hélice afin d’obtenir une
bonne fréquence de rotation
- grâce aux mesures de tension et d’intensité obtenues on a pu tracer une courbe
présentant la puissance électrique obtenue en fonction de la vitesse du vent
(Document 1), -> commentaire du Document 1
- on a aussi pu tracer la puissance électrique obtenue en fonction de la résistance
branchée aux bornes de la dynamo (Document 2) -> commentaire Document 2
- calcul du rendement : avec la puissance électrique obtenue on a pu calculer le
rendement approximatif du modèle de l’éolienne, en se basant sur la puissance
électrique maximale fournie, et selon une formule permettant le calcul du rendement
(FORMULES MATHEMATIQUES), on a obtenu une valeur de 0.006 soit un
rendement de 0.6%
3. Conclusions
- après avoir cherché à optimiser le rendement du modèle réduit de l’éolienne, (par
l’adaptation d’impédance et la réalisation d’une hélice (9 pales) permettant d’obtenir
une bonne fréquence de rotation), on ne trouve qu’une valeur très faible de 0.6%, ceci
étant du principalement au fait que les frottements exercés par la dynamo sont non
négligeables, et que le modèle de l’éolienne est peut-être trop réduit pour être
représentatif de la réalité, il faudrait donc chercher à corriger les erreurs faites, à faire
évoluer le modèle, à réaliser quelque chose de plus grand, mais cela nécessite un tout
autre matériel
- du fait des erreurs commises, on remarque ainsi la nécessité de progresser, de réaliser
plusieurs projets avant de vouloir mettre en service quelque chose