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
- les éoliennes les plus courantes sont en général formées d’un rotor de type hélice
dont la forme peut varier d’un modèle à l’autre et qui prend appui sur une tour, d’un
arbre principal 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 mieux 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
- (Document 5) 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 lier le modèle à 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 idée : faire tourner une dynamo grâce aux pales puis mesurer la puissance
électrique fournie par cette dernière, mais les dispositifs courants présentaient trop de
frottements pour être mis en rotation
- (Documents 3 et 4) deuxième idée, 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, problème rencontré : lors de l’expérience, le disque ne
ralentissait pas, l’intensité maximale traversant les bobines était trop faible, le système
ne pouvait être freiné avec cette procédure : les forces électromagnétiques dues aux
bobines étaient trop faibles pour s’opposer à la rotation du disque
- troisième 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, la réalisation de l’expérience aurait été délicate (montage avec poulies
trop volumineux dans la soufflerie => mesures faussées, peu précises, voir
impossibles)
- (Document 5) quatrième idée : trouver une dynamo qui présente le moins de
frottements possibles, mais la recherche est longue car ce type de matériel est rare et
cher (bonnes dynamos = 100€ sur Internet), finalement trouvée dans un magasin de
modélisme en Allemagne, puis mesurer la puissance électrique fournie par la dynamo
couplée au modèle réduit de l’éolienne
- (Document 6) 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, 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%, cette faible valeur est principalement due à :
 des approximations faites (frottements négligés en particulier au niveau de la
dynamo, approximations dans les formules utilisées : modèles simplifiés)
 l’imperfection du modèle (moyeu trop grand par rapport aux dimensions des pales,
taille et géométrie des pales pas optimisées)

 l’imprécision des mesures
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) adéquate), on ne
trouve qu’une valeur très faible de 0.6 ; pour augmenter ce résultat, il faudrait chercher
à corriger les erreurs faites, à faire évoluer le modèle
- on remarque ainsi la nécessité de progresser, de réaliser plusieurs projets avant de
vouloir mettre en service quelque chose