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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
*******************
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
D’ANTANANARIVO
*******************
DEPARTEMENT : Mines
Mention : Ingénierie Minière
Parcours : Géo-énergie
Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur en Géo-énergie
Présenté par : NGALANI TIENTCHEU JEAN CLAUDE WILLIAM
Directeur de mémoire : Professeur RAKOTONINDRAINY
le 04 septembre 2015
CONCEPTION ET LA REALISATION D'UN
GENERATEUR EOLIEN POUR UNE MAISON MALGACHE
ET TRANSPOSITION A UNE MAISON CAMEROUNAISE
Année académique 2014-2015
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
*******************
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
D’ANTANANARIVO
*******************
DEPARTEMENT : mines
Mention : Ingénierie Minière
Parcours : Géo-énergie
Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur en Géo-énergie
Présenté par : NGALANI TIENTCHEU JEAN CLAUDE WILLIAM Date de soutenance : 04 septembre 2015
Président du jury : Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur Titulaire Vice-Président chargé
de la Formation et de la Recherche.
Examinateurs : Monsieur RANAIVOSON Léon Félix, Maître des Conférences, Chef du
Département Mines à l‟ESPA
Monsieur ANDRIANAIVO Lala, Professeur à l‟ESPA et Chef du
Département Pétrole
Monsieur RANOARIVONY Andrianjoelimahefa Honoré, Maître des
Conférences Enseignant Chercheur à L‟ESPA
Encadreur : Monsieur RAKOTONINDRAINY, Professeur Titulaire Responsable du
parcours Géo-énergie.
CONCEPTION ET LA REALISATION D'UN
GENERATEUR EOLIEN POUR UNE MAISON MALGACHE
ET TRANSPOSITION A UNE MAISON CAMEROUNAISE
Année académique 2014-2015
I
DEDICACE
A
ma famille
II
REMERCIEMENTS
J‟adresse ma profonde gratitude au Projet Pafroid qui m‟a donné l‟occasion de me
rendre à Madagascar afin de mener des études en énergie renouvelable.
Que soit remercier ici les membres de la coordination du Projet Pafroid en particulier
le Professeur RANDRIANJA Roger, Madame ARISOA RIVAH Cathy, Madame Régina
RAMINOSOA, Madame Murielle
Je tiens à remercier :
Monsieur ANDRIANARY Philippe Antoine, Professeur titulaire à l‟Ecole Supérieure
Polytechnique (ESPA) et Directeur de l‟ESPA, de m‟avoir accepté dans son Etablissement,
Monsieur RAKOTONINDRAINY Professeur titulaire à l‟Ecole Supérieure
Polytechnique (ESPA) qui, malgré ses multiples occupations, a accepté de diriger ce travail,
Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur Titulaire Professeur titulaire Vice-
Président chargé de la Formation et de la Recherche.d‟avoir accepté de présider le jury de ce
mémoire,
Monsieur RANAIVOSON Léon Félix, Maître des Conférences Chef du Département
Mines à L‟ESPA qui a bien voulu être examinateur de se mémoire,
Monsieur ANDRIANAIVO Lala, Professeur et Chef du Département Pétrole à
L‟ESPA qui a bien voulu être examinateur de ce mémoire,
Monsieur RANOARIVONY Andrianjoelimahefa Honoré, Maître des Conférences
Enseignant Chercheur à L‟ESPA qui a bien voulu être examinateur de se mémoire,
Enfin je remercie tous les enseignants qui m‟ont transmis leur connaissance lors de
mes études dans le Parcours Géo-Energie ainsi que tous ceux qui de près ou de loin ont
contribué à la réalisation de ce mémoire, qu‟ils trouvent ici l‟expression de mes sincères
remerciements.
III
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS ............................................................................................................... II
LISTE DES FIGURES .......................................................................................................... VI
LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................... VII
LISTE DES SYMBOLES ................................................................................................... VIII
RESUME ................................................................................................................................. XI
ABSTRACT .......................................................................................................................... XII
INTRODUCTION .................................................................................................................... 1
CHAPITRE I GENERALITES SUR L’ENERGIE EOLIENNE ................................................. 2
I.1. L'énergie éolienne ................................................................................................................... 3
I.2. Historique ................................................................................................................................ 3
I.3. L’éolien dans le monde ........................................................................................................... 4
I.3.1. Aux USA et en Chine ......................................................................................................... 5
I.3.2. En Europe ........................................................................................................................... 6
I.3.3. En Asie et en Afrique ......................................................................................................... 7
I.4. Les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne ..................................................... 7
I.4.1. Les avantages .................................................................................................................... 8
I.4.2. Les inconvénients ............................................................................................................... 9
I .5.Ressources éoliennes ............................................................................................................. 10
I.5.1. Origine des vents .............................................................................................................. 10
I.5.2 La force de Coriolis ........................................................................................................... 10
I.5.3. Les directions dominantes du vent ................................................................................... 11
I.6. Critères de choix d’un site éolien ......................................................................................... 12
I.6.1. Conditions climatiques ..................................................................................................... 12
I.6.1.1. Vent ......................................................................................................................... 12
I.6.1.2. Turbulence : ............................................................................................................ 14
I.6.2.Conditions sur les sites d‟implantation ............................................................................. 14
I.8.L'avenir de l'énergie éolienne ............................................................................................... 14
I.9. Le stockage ............................................................................................................................ 15
CHAPITRE II. LES SYSTEMES EOLIENS ...................................................................... 17
II.1. Définition du système éolien ............................................................................................... 18
II .2. Classification des Aérogénérateurs ................................................................................... 18
II.2.1. Eoliennes à axe vertical .................................................................................................. 18
II.2.1.1. Le rotor de SAVONIUS .......................................................................................... 19
IV
II.2.1.2 Le rotor de DARRIEUS........................................................................................... 19
II .2.2. Eoliennes à axe horizontal ............................................................................................. 20
II.2.2.1.Eoliennes sous le vent (aval) .................................................................................. 20
II.2.2.1.Eoliennes face au vent (amont) ............................................................................... 21
II.3. Caractéristiques technologiques des éoliennes à axe horizontal ..................................... 22
II.3.1. La nacelle ........................................................................................................................ 22
I.3.1.1. Le rotor ................................................................................................................... 22
II.3.1.2. La girouette et l’anémomètre ................................................................................. 23
II.3.1.4. Le système de freinage ........................................................................................... 23
II.3.1.5. L’arbre principal ................................................................................................... 24
II.3.1.6. Le multiplicateur .................................................................................................... 24
II.3.1.7. L’arbre secondaire : .............................................................................................. 25
II.3.1.8. La génératrice ........................................................................................................ 26
II.3.2. Le mât ............................................................................................................................. 26
II.3.2.1.Type du mat de l'éolienne ....................................................................................... 26
II.3.3. La fondation .................................................................................................................... 27
CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT D’UNE EOLIENNE DE 5KW DE PUISSANCE . 29
III.1. Dimensionnement de l’hélice ............................................................................................ 30
III.1.1. Potentiel du vent à Madagascar et au Cameroun ........................................................... 30
III.1.2. Calcul du profil des vents .............................................................................................. 32
III.2. Etude de l’hélice d’une éolienne de 5 kW ........................................................................ 33
III.2.1 L‟hélice ........................................................................................................................... 33
III.2.1.1. Composition de l’hélice ........................................................................................ 34
III.2.1.2. Le profil de pale ................................................................................................... 35
III.2.1.3. La vitesse de rotation de l’hélice .......................................................................... 39
III.2. Dimensionnement de la machine synchrone à aimants permanents ............................. 40
III.2.1. Caractérisation géométrique de la génératrice ............................................................... 40
III.2.1.1. Définition des paramètres .................................................................................... 40
III.2.1.2. Démarche de dimensionnement ............................................................................ 44
III.2.1.3 Hypothèses de dimensionnement ........................................................................... 44
III.3.1. Le vent ........................................................................................................................... 53
III.3.2 La turbine ....................................................................................................................... 53
III.3.3 L‟ensemble génératrice - redresseur ............................................................................... 53
III.3.4 La batterie ....................................................................................................................... 54
CHAPITRE IV : REALISATION DE LA GENERATRICE ..................................................... 56
IV.1 Réalisation de la génératrice synchrone à aimants permanents ..................................... 57
IV.1.1 Stator .............................................................................................................................. 57
V
IV.1.2. Rotor .............................................................................................................................. 58
IV.2. Cahier de charge et plan de réalisation ............................................................................ 60
IV.2.1. Cahier de charges .......................................................................................................... 60
IV.2.2. Plan de réalisation ......................................................................................................... 64
IV.3. Réalisation et test d’un prototype model réduit .............................................................. 66
IV.2.3.1. Méthodologie ................................................................................................................ 66
IV.2.3.2. Procédure ...................................................................................................................... 66
IV.2.3.3. Matériel utilisé et Résultat .......................................................................................... 67
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES .......................................................... 69
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE .......................................................................... 71
VI
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Moulins à vent (éoliennes classique) ...................................................................................... 4
Figure 2: Classement d‟énergie dans le monde [9] ................................................................................ 5
Figure 3: capacité éolienne installée dans le monde [9]. ........................................................................ 6
Figure 4: Développement d‟énergie éolienne dans le monde [9] ........................................................... 7
Figure 5: La force de Coriolis [24] ....................................................................................................... 11
Figure 6: Effet de tunnel [24]. .............................................................................................................. 13
Figure 7: Effet de colline [24]. ............................................................................................................. 13
Figure 8: Conversion de l'énergie cinétique du vent [20] .................................................................... 18
Figure 9: Éolienne à axe vertical type SAVONIUS [3] ....................................................................... 19
Figure 10: éoliennes à axe vertical de type DARRIEUS [3] ................................................................ 19
Figure 11: Eolienne à axe horizontal [3] .............................................................................................. 20
Figure 12: éolienne sous le vent tripale flexible ................................................................................... 21
Figure 13: Eolienne face au vent (amont). ........................................................................................... 21
Figure 14: les principales composantes de la nacelle. .......................................................................... 22
Figure 15 : Rotor d‟une turbine [22] .................................................................................................... 23
Figure 16: La girouette et l‟anémomètre .............................................................................................. 23
Figure 17: L‟arbre principal d‟une éolienne [24] ................................................................................. 24
Figure 18: Le multiplicateur à engrenages [24]. .................................................................................. 25
Figure 19: Le multiplicateur à trains planétaires .................................................................................. 25
Figure 20: Le multiplicateur à couple conique ..................................................................................... 25
Figure 21: Type du mat (tour) de l'éolienne [14] ................................................................................. 26
Figure 22: Les fondations de grandes éoliennes .................................................................................. 27
Figure 23: graphe montrant la variation du vent en fonction de la hauteur dans la région d‟Antsiranana
............................................................................................................................................................... 33
Figure 24: Dimensions globales de l‟éolienne ..................................................................................... 35
Figure 25: Profil NACA 4412 .............................................................................................................. 35
Figure 26: La pale non vrillée .............................................................................................................. 36
Figure 27: Prototype 3D de pale vrillée ............................................................................................... 38
Figure 28: turbine d‟éolienne avec trois pales vrillées. ........................................................................ 39
Figure 29: Dimensions géométriques de la génératrice synchrone à aimants permanents................... 40
Figure 30: induction créée par l‟aimant dans l‟entrefer ....................................................................... 42
Figure 31: encoche statorique............................................................................................................... 46
Figure 32: Architecture globale de la chaîne éolienne « passive » ...................................................... 53
Figure 33: Bobinage, plan des tôles et photographie du stator ............................................................ 58
Figure 34: Vue d‟ensemble du rotor ..................................................................................................... 59
Figure 35: Vue d‟ensemble du rotor ..................................................................................................... 59
Figure 36: Géométrie de la machine .................................................................................................... 60
Figure 37: Géométrie d‟une encoche ................................................................................................... 60
Figure 38:Bobinage retenu ................................................................................................................... 63
VII
LISTE DES PHOTOS
Photo 1: montage du dispositif expérimentale .................................................................... 68
Photo 2 : quelques résultats montrés par le voltmètre pendant l’expérience .................. 68
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Les directions du vent suivant leurs latitudes. ...................................................... 11
Tableau 2: Vitesse des vents au Cameroun (source NASA) .................................................. 31
Tableau 3: vitesses des vents à Madagascar (source NASA) ................................................. 31
Tableau 4: vitesses du vent en fonction de la hauteur h dans la région d‟Antsiranana .......... 32
Tableau 5: Tableau des coordonnées des cordes NACA à 100% et à 10% d‟envergure calculé
sur 26 de l‟intrados et de l‟extrados. ........................................................................................ 37
Tableau 6: Angle du vrillage en fonction de l‟envergure ....................................................... 38
Tableau 7: Dimensions géométriques de la machine synchrone à aimants permanents. ....... 41
Tableau 8: Relations de correspondances entre une machine synchrone (MS) et une machine
à courant continu (MCC) équivalente ...................................................................................... 54
Tableau 9: Paramètres du cahier des charges ......................................................................... 61
VIII
LISTE DES SYMBOLES
ia Densité de flux dans l‟entrefer T
r Induction rémanente de l‟aimant T
y Induction dans la culasse T
C Couple électromagnétique Nm
Cem Couple électromagnétique de la génératrice Nm
Cdim, Couple de dimensionnement Nm
CZ Coefficient aérodynamique de portance
d Diamètre de l‟éolienne m
Dr Diamètre du rotor m
d Diamètre du moyeu m
ds Profondeur d‟encoche m
dr Epaisseur des culasses statorique m
dy Epaisseur des culasses rotorique m
Es Force electromotrice de la machine V
Esdc Force electromotrice de la machine DC équivalente V
g Entrefer stator- rotor de la génératrice m
I Intensité du Courant A
Is Valeurs efficaces du courant A
Idc Valeurs moyennes courant en sortie du redresseur A
h1 hauteur de référence m
h2 hauteur de l‟éolien m
Js Densité surfacique de courant dans les encoches A/mm2
KB1 ou KZ1 Facteur de bobinage
Kc Coefficient de Carter
Kis Densité linéique du courant
KR Coefficient de remplissage des encoches de la génératrice
Kp Coefficient de remplissage des pôles de la génératrice
KZ Facteur de distribution
l Largeur du profil m
Lp Longueur d‟une pale mm
lm Epaisseur de l‟aimant de la génératrice mm
Lm Inductance magnétisante de la génératrice H
lr Longueur active de la génératrice mm
IX
Lf Inductance de fuite de la génératrice H
lS Inductance de phase de la génératrice H
LS Inductance synchrone H
Longueur des têtes de bobines m
Maimant Masse totale des aimants kg
Mrotor Masse totale du rotor kg
Mn Inductance magnétique mutuelle T
Mcr Masse de la culasse rotorique kg
Mcs Masse de la culasse statorique kg
Mcuivre Masse totale du cuivre kg
Mdents Masse totale des dents kg
Mgénératrice Masse totale de la génératrice kg
Mstator Masse totale du stator kg
Nenc Nombre dencoches au stator
Nepp Nombre d‟encoches par pôle et par phase
N Vitesse de rotation de l‟hélice Ohm
Nepp Nombre d‟encoches par pôles et par phase
Nce Nombre de conducteur par une encoche
p Nombre de paires de pôles
Pcinétique Puissance du vent contenue dans un cylindre W
Pdim Puissance de dimensionnement de la génératrice W
Pmax Puissance maximale selon Betz W
P Puissance fournie par l‟hélice de l‟éolienne W
r longueur d‟une pale m
r0 Rayon élémentaire m
R Rayon du disque crée par les pales m
rs Rayon d‟alésage de la génératrice m
Rs Résistance de phase de la génératrice Ω
Rint Rayon intérieur
Rrl Rapport rayon d‟alésage / longueur active de la machine
Rdr : Rapport profondeur d‟encoche / rayon d‟alésage
R Résistance électrique de la génératrice
rrotor Rayon intérieur (hors d‟aimant) du rotor de la génératrice m
Ra Rayon extérieur (compose d‟aimant) du rotor de la génératrice m
X
Rcs Rayon intérieur du stator
Rext Rayon exterieur du stator m
S Surface de la turbine
scond Section du conducteur mm2
Senc Surface utile d‟une encoche mm2
v Vitesse du vent m.s-1
Vaimant Volume des aimants mm3
Vbatt Tention de la batterie V
VCS Volume de la culasse statorique mm3
Vdc Tension courant en sortie du redresseur V
Vcuivre_enc Volume de cuivre occupant les encoches mm3
Vdim Tension de dimensionnement V
Vhdent Volume des dents hors isthme mm3
Vpdent Volume des pieds de dents mm3
Vs Valeurs efficaces de la tension V
v1 Vitesse de référence m.s-1
v2 Vitesse à la hauteur h2 m.s-1
Volume des têtes de bobines
wm Largeur d‟aimant pour un pôle de la génératrice m
ws Largeur d‟une encoche statorique de la génératrice m
wt Largeur d‟une dent statorique de la génératrice m
αaimant Angle de l‟aimant
λ0 Vitesse spécifique ou le paramètre de rapidité m.s-1
μ0 Constante magnétique
µr Perméabilité relative de l‟aimant
ρ Masse volumique de l‟air kg.m3
Masse volumique du cuivre kg.m3
Epanouissement angulaire du pied de dent
a Flux produit par les aimants Wb
s Flux à vide Wb
y Valeur maximale du flux dans la culasse Wb
Ωdim Vitesse électrique de dimensionnement de la génératrice rad.s-1
XI
RESUME
Ces dernières années, l‟énergie éolienne s‟est considérablement développée, générant
une croissance significative de la puissance installée dans le monde (de l‟ordre de 30 à 40%
en rythme annuel). Cette tendance est poussée, d‟une part, par la limitation et l‟épuisement
progressif des ressources fossiles (hydrocarbures, charbon, diesel…) et fissiles (uranium) et
d‟autre part à aux émissions de gaz à effet de serre provoquées par les hydrocarbures, ceci
sans parler de la production de déchets radioactifs difficiles à traiter dans le cas du nucléaire.
A l‟opposé, le développement de la filière éolienne est encore freiné par ses coûts
d‟implantation élevés, ceci d‟autant plus dans le domaine dit du « petit éolien » pour lequel il
est « vital » de minimiser le coût système sans trop altérer l‟efficacité énergétique. Pour y
parvenir à rendre cette solution énergétique disponible pour les pays Africains, et pour le
Cameroun et Madagascar en particulier il est nécessaire de commencer à développer cette
technologie par nous-mêmes les Africains. C‟est dans cet esprit que ce mémoire a été
entrepris. Il est question pour nous d‟apporter une solution aux problèmes énergétiques
Africain. Pour ce faire, nous avons dimensionné dans ce travail une chaine éolienne équipée
d‟une génératrice synchrone à aimant permanent d‟une puissance de 5kw et la méthode
utilisée est celle dite de dimensionnement par optimisation. Elle a été développé par des
grands chercheurs dans le domaine de l‟énergie éolienne comme Duc-Hoan TRAN ;
Abdenour ABDELLI. C‟est une méthode de dimensionnement qui a déjà fait ses preuves car
la société Novelté se base sur le model dimensionné par Duc-Hoan TRAN ; model similaire
au notre pour fabriquer une génératrice éolienne de 1,5kw de puissance avec succès. Dans
notre cas, en se basant sur la même méthode de dimensionnement développé par Duc-Hoan
TRAN et Abdenour ABDELLI et en se servant des principes physique de l‟aérodynamique,
de l‟électromagnétisme et de mécanique nous avons développé un modèle de génératrice
pouvant fournir une puissance de 5000w partant des données de vitesse de vent moyenne dans
la ville d‟Antsiranana à Madagascar. Cette puissance est largement suffisante pour couvrir les
besoin en énergie d‟une maison camerounaise et malgache et l‟avantage de cette génératrice
qu‟elle est simple à fabriquer et par conséquent moins couteuse.
Mots clés : Madagascar, Cameroun, Antsiranana, éolien ; génératrice.
XII
ABSTRACT
In recent years, wind energy has developed considerably, generating a significant
increase in installed capacity in the world (around 30 to 40% annual rate). This trend is
driven, first, by limiting and progressive depletion of fossil fuels (oil, coal, diesel ...) and
fissile (uranium) and the other to the greenhouse gas emissions caused by Oil This not to
mention the production of radioactive waste difficult to treat in the case of nuclear power.
In contrast, the development of wind energy is still hampered by its high establishment
costs, and this in the « small wind » all the more for which it is « vital » to minimize system
cost without spoiled too much energy efficiency. To achieve to make this energy solution
available for African countries, and for Cameroon and Madagascar in particular it is necessary
to start developing ourselves this technology. It is in this spirit that this memory work was
undertaken. It is a question for us to bring a solution to the African energy problems. To do
so, we sized in this work a chain wind generator equipped with a permanent magnet
synchronous has a power of 5kw and the method used is said sizing optimization. It was
developed by great researcher in the field of wind power as Duc-Hoan TRAN ; Abdenour
ABDELLI It is a design method by which has already prove oneself since Novelté company
base their work on the model-sized by Duc Hoan TRAN; similar to our model to manufacture
a 1.5kw wind power generator successfully. In our case, on the base of the same design
method developed by Duc Hoan Tran and Abdenour ABDELLI and using physical principles
of aerodynamics, electromagnetism and mechanics we have developed a model of generator
that can provide 5000w power starting from the average wind speed data in the city of
Antsiranana in Madagascar. This power is largely sufficient to cover the energy requirement
of a Cameroonian and Malagasy home and the advantage of this generator is that it is easy to
be make up and therefore less expensive.
Keywords: Madagascar, Cameroon, Antsiranana, wind; generator.
1
INTRODUCTION GENERALE
La raréfaction des ressources en énergie fossile et le changement climatique sont des
réalités auxquelles la planète toute entière est confrontée. Face à cette situation, la pluspart
des pays industrialisés essayent de trouver des solutions novatrices pour la création de
nouvelles formes d‟énergie. Différentes solutions ont ainsi été trouvées parmi lesquelles les
énergies renouvelables notamment la biomasse, le soleil, le vent, la houle, les marées etc…
Parmi toutes les ressources possibles, l‟énergie éolienne est aujourd‟hui la plus accessible en
termes de technologie et de coût. Elle s‟avère être la mieux adaptée pour les pays africains qui
représentent 15% de la population mondiale pour seulement 3% de consommation électrique.
Cette faible consommation est d‟autant plus déplorable dans les pays pauvres tels que
Madagascar et le Cameroun où l‟accès à l‟énergie est un problème majeur, le taux
d‟électrification étant encore inférieur à 25% [source Wikipédia]. Tous ces constats posent le
problème de l‟insuffisance des ressources énergétiques pour nos villes et villages. Le but
de ce travail est de présenter l‟utilisation de l‟éolienne comme solution qui permettra d‟une
part de résoudre le problème énergétique de Madagascar et du Cameroun et d‟autre part de
lutter contre le réchauffement climatique et la pollution environnementale. Pour y parvenir la
méthodologie va consister à concevoir une éolienne de 5 kW de puissance qui pourra couvrir
les besoins d‟une habitation moyenne. Ce travail va s‟articuler en trois chapitres comme suit :
Chapitre I : Généralités sur l‟énergie éolienne
Chapitre II : les systèmes éoliens
Chapitre III : Dimensionnement d‟une éolienne de 5kW de puissance
Chapitre IV : Réalisation d‟un prototype model réduit.
- Achat du matériel
- Conception et réalisation de Léolienne
2
CHAPITRE I GENERALITES SUR L’ENERGIE EOLIENNE
3
I.1. L'énergie éolienne
L'énergie d'origine éolienne fait partie des énergies renouvelables. L‟aérogénérateur
utilise l‟énergie cinétique du vent pour entraîner l‟arbre de son rotor : celle-ci est alors
convertie en énergie mécanique elle-même transformée en énergie électrique par une
génératrice électromagnétique accouplée à la turbine éolienne. Ce couplage mécanique peut
être soit direct si la turbine et la génératrice ont des vitesses du même ordre de grandeur, soit
réalisé par l'intermédiaire d'un multiplicateur dans le cas contraire. Enfin il existe plusieurs
types d‟utilisation de l‟énergie électrique produite : soit elle est stockée dans des
accumulateurs, soit elle est distribuée par le biais d‟un réseau électrique ou soit elle alimente
des foyers isolés. Le système de conversion éolien est également le siège de pertes : à titre
indicatif, le rendement est de 59 % au rotor de l‟éolienne, de 96% au multiplicateur ; il faut de
plus prendre en compte les pertes de la génératrice et des éventuels systèmes de conversion
[9].
I.2. Historique
L‟utilisation de l‟énergie contenue dans le vent date de la plus haute antiquité orientale.
Ainsi l‟emploi de la voile pour la navigation des bateaux qui remonterait à 5000 ans en
Egypte et près de 4000 ans en Chine. C‟est environ au Vème siècle avant J.C que les
éoliennes à axe vertical apparaissent dans quelques îles grecques et à la même époque, des
éoliennes à axe horizontal auraient été utilisées en Egypte. Au IIIème
siècle avant J.C, Héron
d‟Alexandrie décrit une petite éolienne à axe vertical activant un compresseur d‟air qui
permet le fonctionnement d‟un orgue, instrument de musique mu jusqu‟alors par l‟énergie
hydraulique. Le moulin à vent à axe vertical fonctionne en Perse en 134 ans avant J.C, des
murs protègent les pâles du vent au cours de leur retour.
En Chine, au VIIème
siècle, l‟irrigation se fait à partir d‟éolienne à axe vertical
présentant la particularité d‟avoir des pâles mobiles qui s‟effacent pendant leur retour. Les
éoliennes à axe horizontal ne semblent apparaitre que beaucoup plus tard, c‟est-à-dire au
XIIIème
siècle. C‟est au XIIème
siècle que l‟éolienne fait son apparition en Europe, on notera
l‟existence d‟une éolienne en France en 1105 puis en 1191 en Angleterre. Les moulins à vent
sont construits couramment en Hollande à partir de 1439. Léonard De Vinci dessine des
éoliennes à six pales en 1500, c‟est le premier qui a eu l‟idée d‟étudier scientifiquement sur
papier l‟énergie du vent. On a retrouvé récemment des dessins d‟éoliennes ressemblant
étrangement à certains projets actuels. Il avait pensé au moulin à vent à axe vertical, aux
venturis avec turbine au centre. Le perfectionnement des moulins à vent va se poursuivre tout
4
au long du XVIème
et XVIIème
siècle. On perçoit déjà à cette époque des volets de bord
d‟attaque et de bord de fuite, et la géométrie variable ; les constructeurs et les utilisateurs
s‟occuperont déjà de la sécurité, de la fiabilité et automaticité de leurs appareils.
En 1870 la roue éolienne inventée et construite par les américains va contribuer à l‟essor
du pompage de l‟eau ; ce type d‟éolienne aurait été utilisé de par le monde jusqu‟à ces
dernières années, plus d‟un million de ces éoliennes ont été utilisées. L‟aérogénérateur,
association d‟une éolienne et d‟une génératrice est réalisé par Lord Kelvin, mais elle ne verra
le jour qu‟en 1880.
C‟est au cours de la période de 1900-1960 que des éoliennes de grandes dimensions
sont construites et la puissance des installations atteint et dépasse le mégawatt, mais ces
prototypes ont vite été abandonnés parfois même avant leur mise au point définitive, face au
faible coût des autres formes d‟énergies. Comme nous avons souligné plus haut c‟est en 1973
que l‟on s‟est retourné vers l‟énergie éolienne du fait des grands chocs pétroliers de l‟époque
1973-1975. Il y a eu donc à ce moment-là une orientation particulière pour un essor de
l‟énergie éolienne notamment aux USA, Allemagne, Suède, Grande Bretagne et en France
[24].
Figure 1: Moulins à vent (éoliennes classique)
I.3. L’éolien dans le monde
Les nouvelles exigences sur le développement durable conduisent les Etats à remettre en
cause des méthodes de production d'énergie et à augmenter la part des énergies renouvelables
dans la production. Le protocole de Kyoto engage les pays signataires à réduire leurs
émissions de gaz à effet de serre.
5
Cet accord a participé à l'émergence de politiques nationales de développement de
l'éolien et d'autres énergies également car les éoliennes n'émettent pas de dioxyde de carbone
[9].
Trois facteurs ont contribué à rendre la solution éolienne plus compétitive :
• les nouvelles connaissances et le développement de l'électronique de puissance,
• l'amélioration des performances en aérodynamique pour la conception des turbines
éoliennes,
• le financement des Etats pour l'implantation de nouvelles éoliennes.
Figure 2: Classement d’énergie dans le monde [9]
I.3.1. Aux USA et en Chine
En 2010, la Chine cumule 42,3 GW d‟énergie éolienne et devient le premier pays en
termes de capacité installée totale, dépassant les Etats-Unis qui figuraient à la première place
depuis 2007. Le pays a installé 16,5 GW en 2010, ce qui constitue un nouveau record par
rapport aux 13,8 GW de 2009. Cela met la Chine sur la bonne voie pour atteindre les 200 GW
de puissance éolienne installée d‟ici 2020 et produire 15 % de son électricité à partir de
sources renouvelables.
Pour atteindre ce résultat, le gouvernement a identifié en 2008 les six régions les plus
ventées et leur a affecté des objectifs de capacité installée (compris entre 10GW et 23 GW) à
atteindre d‟ici 2020.
Durant le même temps, la Chine est aussi devenue le premier producteur mondial
d‟éoliennes avec 7 entreprises dans le top 15 mondial des fabricants. En 2010, le constructeur
6
chinois Sino Vel (11 % du marché) se hisse à la deuxième place, derrière le danois Vestas
mais devant l‟américain General Electric (10 %) qui est relégué au troisième rang, ex-aequo
avec un autre chinois, Goldwind, qui détient lui aussi 10 % du marché. Aux Etats −Unis, un
ensemble de mesures, prises en 2009, ont été très bénéfiques pour maintenir la dynamique
dans le secteur lors du ralentissement économique de la période 2008-2009. À la fin de
l‟année 2009, l‟industrie éolienne américaine employait 85 000 personnes [9].
Figure 3: capacité éolienne installée dans le monde [9].
I.3.2. En Europe
L‟Europe a pris une longueur d‟avance en matière d‟énergies renouvelables en
affirmant son ambition d‟atteindre l‟objectif de 20 % d‟énergies renouvelables dans sa
consommation finale d‟énergie en 2020. L‟éolienne contribuera à l‟essentiel de cet objectif,
en ce qui concerne la production d‟électricité. Fin 2010, 84 278 MW éoliens sont installés en
Europe, pour une production annuelle de 181 millions de MWℎ, soit 5,3 % de la
consommation électrique européenne. Plusieurs pays ont annoncé des plans de développement
massif : outre le Danemark (3 180 mW), l‟Allemagne (23 903 mW) et l‟Espagne (16 740
mW), locomotives historiques de l‟éolien en Europe, le Royaume-Uni a récemment annoncé
un programme d‟investissement dans les énergies renouvelables de 100 milliards de livres
d‟ici 2020, dont une importante partie consacrée à l‟énergie éolienne qui devra totaliser 28
7
000 mW en 2020. De son côté, la Norvège a dévoilé un programme d‟investissement à grande
échelle visant à créer entre 5000 et 8 000 mW de capacités supplémentaires [9].
Figure 4: Développement d’énergie éolienne dans le monde [9]
I.3.3. En Asie et en Afrique
L‟inde est le cinquième marché mondial de l‟éolien avec plus de 13 000 mW installés
fin 2010. Selon l‟agence internationale de l‟Énergie, la puissance installée pourrait atteindre
65GW en 2020. Suzlon, son principal opérateur industriel, est devenu l‟un des premiers
constructeurs mondiaux.
De son côté, l‟Afrique bénéficie d‟un vaste potentiel pour le développement de l‟énergie
éolienne, surtout dans le nord, le long des côtes et en Afrique du sud. À la fin de l‟année 2009,
environ 96 % des installations éoliennes du continent (763 MW) se trouvaient en Egypte (430
MW), au Maroc (253 MW) et en Tunisie (54 MW). En Afrique du sud, 7 000 MW sont
actuellement en développement [9].
I.4. Les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne
La croissance de l'énergie éolienne est évidemment liée aux avantages de l'utilisation de
ce type d'énergie. Cette source d'énergie a également des désavantages qu'il faut étudier, afin
que ceux-ci ne deviennent pas un frein à son développement.
8
I.4.1. Les avantages
L‟énergie éolienne, propre, fiable, économique, et écologique, est une énergie
qui respecte l'environnement.
Bien que ne pouvons pas envisager de remplacer totalement les sources
traditionnelles d‟énergie, l‟énergie éolienne peut toutefois proposer une alternative
intéressante et renouvelable. Elle s‟inscrit parfaitement dans l‟effort global de réductions des
émissions de CO2, etc. ….
L'énergie éolienne est une énergie renouvelable non poluante, gratuite, et
inépuisable.
Chaque mégawatheure d‟électricité produit par l‟énergie éolienne aide à
réduire de 0,8 à 0,9 tonnes les émissions de CO2 rejetées chaque année par la production
d‟électricité d'origine thermique.
Parmi toutes les sources de production d‟électricité, celle d‟origine éolienne
subit de très loin le plus fort taux de croissance.
L'énergie éolienne n'est pas non plus une énergie à risque comme l'énergie
nucléaire et ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs.
L'exploitation de l'énergie éolienne n'est pas un procédé continu puisque les
éoliennes en fonctionnement peuvent facilement être arrêtées, contrairement aux procédés
continus de la plupart des centrales thermiques et des centrales nucléaires. Ceux-ci fournissent
de l'énergie même lorsque que l'on n'en a pas besoin, entraînant ainsi d'importantes pertes et
par conséquent un mauvais rendement énergétique.
Les parcs éoliens se démontent très facilement et ne laissent pas de trace.
C'est une source d'énergie locale qui répond aux besoins locaux en énergie.
Ainsi les pertes en lignes dues aux longs transports d'énergie sont moindres. Cette source
d'énergie peut de plus stimuler l‟économie locale, notamment dans les zones rurales.
La durée de vie des éoliennes modernes est maintenant de 20 à 25 ans, ce qui
est comparable à de nombreuses autres technologies de production d'énergie
conventionnelles.
C'est l'énergie la moins chère entre les énergies renouvelables, le coût de
l‟éolienne à diminuer presque de 90% depuis le début des années 80. Le coût de l'énergie
éolienne continue de diminuer grâce aux percées technologiques, à l'accroissement du niveau
de production et à l'utilisation de grandes turbines.
9
Cette source d'énergie est également très intéressante pour les pays en voie de
développement. Elle répond au besoin urgent d'énergie qu'ont ces pays pour se développer.
L'installation d'un parc ou d'une turbine éolienne est relativement simple. Le coût
d'investissement nécessaire est faible par rapport à des énergies plus traditionnelles, ce type
d'énergie est facilement intégré dans un système électrique existant déjà.
L'énergie éolienne se révèle une excellente ressource d'appoint d'autres
énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple (REDJEM. R,
2009) [22].
I.4.2. Les inconvénients
Mêmes s‟ils ne sont pas nombreux, l‟éolien a quelques désavantages :
L‟impact visuel : Cela reste néanmoins un thème subjectif. Des images de
synthèse sont élaborées pour montrer l‟impact visuel. Dans la plus grande majorité des cas,
les enquêtes réalisées montrent une réelle acceptation des populations voisines ou visitant un
site éolien.
Les bruits mécaniques ou aérodynamiques ont été réduits par l‟utilisation de
nouveaux profils, extrémités de pale, mécanismes de transmission etc. et ne sont plus une
gêne, même proche des machines (50-60 dB équivalent à une conversation). Une distance
d‟environ huit fois le diamètre permet de ne plus distinguer aucun bruit lié à cette activité (<
40 dB). De plus, il faut souligner que le bruit naturel du vent, pour des vitesses supérieures à 8
m/s, a tendance à masquer le bruit rayonné par l‟éolienne.
Les éoliennes peuvent nuire à la migration des oiseaux en étant un obstacle
mortel. En effet, les pales en rotation sont difficilement visibles par mauvais temps ou la nuit.
Les oiseaux peuvent alors entrer en collision avec celles-ci. Plus le parc éolien est dense plus
ce risque est grand. Des lumières sur les pales peuvent réduire ce danger. Cependant, aucune
étude sérieuse ne semble actuellement avoir démontré la réalité du danger pour les oiseaux.
La source d‟énergie éolienne étant stochastique, la puissance électrique
produite par les aérogénérateurs n‟est pas constante. La qualité de la puissance produite n‟est
donc pas toujours très bonne. Jusqu‟à présent, le pourcentage de ce type d‟énergie dans le
réseau était faible, mais avec le développement de l‟éolienne, notamment dans les régions à
fort potentiel de vent, ce pourcentage n‟est plus négligeable. Ainsi, l‟influence de la qualité de
la puissance produite par les aérogénérateurs augmente et par suite, les contraintes des gérants
du réseau électrique sont de plus en plus strictes.
10
Les systèmes éoliens coûtent généralement plus cher à l‟achat que les systèmes
utilisant des sources d‟énergie classiques, comme les groupes électrogènes à essence, mais à
long terme, ils constituent une source d‟énergie économique et ils demandent peu d‟entretien
[22].
I .5.Ressources éoliennes
I.5.1. Origine des vents
L‟atmosphère, composée d‟oxygène, d‟azote et d‟eau, est caractérisée par sa pression,
sa température et son humidité, dont les paramètres varient avec l‟altitude à cause de la
rotondité de la terre. Le rayonnement solaire est absorbé de façon très différente aux deux
pôles et l‟équateur or l‟énergie absorbée à l‟équateur est très supérieure des deux pôles. Ces
variations de température provoquent différentes densités de masses d‟air, entrainant ainsi
leur déplacement d‟une latitude à une autre. Le déplacement de ces masses d‟air s‟effectue
des zones de haute pression vers des zones de basse pression. Ces déplacements sont
considérablement influencés par la force de Coriolis, qui s‟exerce perpendiculairement à la
direction du mouvement, vers la droite, dans l‟hémisphère nord et vers la gauche dans
l‟hémisphère sud.
Le vent est donc caractérisé par deux (02) variables par rapport au temps [24] :
La vitesse
La direction
I.5.2 La force de Coriolis
A cause de la rotation de la terre, tout mouvement dans l‟hémisphère nord semblera se
dévier vers la droite, si nous l‟observons depuis la terre, dans l‟hémisphère sud, des
mouvements sont déviés vers la gauche. On appelle cette force de déviation la force de
Coriolis (d‟après Gustave Gaspard Coriolis 1792-1843). La force de Coriolis est un
phénomène visible, les rails, par exemple s‟usent plus rapidement d‟un côté que de l‟autre.
Dans l‟hémisphère nord, les vents tendent à souffler dans le sens inverse des aiguilles d‟une
montre lorsqu‟ils approchent d‟une zone de basse pression. Dans l‟hémisphère sud en
revanche ils tendent à souffler dans le sens des aiguilles d‟une montre autour d‟une dépression
[24].
11
Figure 5: La force de Coriolis [24]
I.5.3. Les directions dominantes du vent
Le tableau suivant représente les directions dominantes du vent en fonction de la
latitude
Tableau 1: Les directions du vent suivant leurs latitudes.
Il existe plusieurs types de vents dans la nature, parmi ces types, il y a les vents globaux,
ou l‟air s‟élève à l‟équateur s‟étendant vers le nord et le sud dans la haute atmosphère. La
force de Coriolis joue un rôle très important qui est celui d‟empêcher les courants d‟air d‟aller
plus loin dans les deux hémisphères nord et sud. On trouve aussi des vents de surface qui se
situent jusqu'à environ 100 m de hauteur. L‟influence de la surface de sol sur les vents est
importante. En matière d‟énergie éolienne ce sont les vents de surface et leur capacité
énergétique qui présentent le plus grand intérêt. Quant aux vents de montagne, ils donnent
naissance à beaucoup de phénomènes climatologiques intéressants. La brise de vallée en est
un exemple. Elle se produit sur les versants exposés au sud dans l‟hémisphère nord, le
réchauffement des versants et de l‟air avoisinant font tomber la densité de l‟air, en
12
conséquence l‟air commence à s‟élever vers le sommet de la montagne produisant ce que l‟on
appelle une brise montante. La nuit le phénomène s‟inverse et une brise descendante se
produit [24].
I.6. Critères de choix d’un site éolien
Les critères de choix d‟une implantation éolienne dépendent de la taille, de la puissance
et de nombre d‟unités. Ils nécessitent la présence d‟un vent régulier et diverses conditions
telles que : présence d‟un réseau électrique pour recueillir le courant, absence de zones
d‟exclusion (périmètre de monuments historiques, sites classés), terrain approprié, etc.
I.6.1. Conditions climatiques
I.6.1.1. Vent
L‟efficacité d‟une éolienne dépend notamment de son emplacement. En effet, la
puissance fournie augmente avec le cube de la vitesse du vent, raison pour laquelle les sites
sont d‟abord choisis en fonction de la vitesse et de la fréquence des vents présents. Un site
avec des vents d‟environ 30 km/h de moyenne sera environ 8 fois plus productif qu‟un autre
site avec des vents de 15 km/h de moyenne. Une éolienne fonctionne d‟autant mieux que les
vents sont réguliers et fréquents. Certains sites bien spécifiques augmentent la vitesse du vent
et sont donc plus propices à une installation éolienne :
Effet de tunnel
Entre les grands bâtiments ou dans un col étroit, le phénomène peut être observé. Le
vent se trouve comprimé sur le côté exposé au vent du bâtiment ou de la montagne, ce qui fait
accélérer considérablement sa vitesse entre les obstacles. Cela implique que, bien que la
vitesse normale dans un terrain dégagé soit de, disons 6 m/s, elle atteindra facilement 9 m/s
dans un couloir naturel. L‟installation d‟une éolienne dans un tel tunnel est donc une façon
intelligente d‟obtenir une vitesse du vent supérieure à celle de la zone ambiante. Cependant,
afin d‟obtenir un effet de tunnel utilisable, le tunnel doit être enclavé de pentes douces, si les
collines entourant le tunnel sont très rugueuses et accidentées, il peut y avoir beaucoup de
turbulences dans le vent, ce qui fait que le vent change de vitesse et de directions sans cesse et
très rapidement [24].
13
Figure 6: Effet de tunnel [24].
Effet de colline
Juste avant d‟arriver au sommet d‟une montagne, le vent est accéléré et comprimé, et
lorsqu‟il arrive à l‟autre côté, il devient lent et faible. En règle générale, on cherche à installer
les éoliennes sur une colline ou une chaine de hauteurs qui sont plus élevées que le paysage
environnant. Surtout, il faut de préférence avoir une vue aussi dégagée que possible dans la
direction des vents dominants. Si l‟on rencontre souvent des vitesses de vent accélérées sur les
collines, c‟est à cause de la différence de pression existant à l‟avant et à l‟arrière de celles-ci.
Ainsi, le vent se trouve comprimé par la colline à la face exposée au vent, pour s‟étendre
ensuite, une fois passé le sommet, vers la zone de basse pression de côté sous le vent de la
colline. Comme on le voit sur la figure 7, le vent commence à dévier bien avant qu‟il n‟arrive
à la colline. Ce phénomène est dû à l‟étendue assez considérable de la zone de haute pression
se trouvant à l‟avant de la colline. Tout comme c‟était le cas pour l‟effet de tunnel, une colline
accidentée ou à pentes raides peut provoquer de fortes turbulences ce qui risque d‟annuler
l‟avantage que l‟on compte normalement gagner par une accélération de la vitesse [24].
Figure 7: Effet de colline [24].
14
I.6.1.2. Turbulence :
Par définition la turbulence est l‟irrégularité de la vitesse et de la direction du vent. En
effet, en règle générale, les éoliennes sont utilisables quand la vitesse du vent a une valeur
comprise entre 10 et 20 km/h, sans toutefois atteindre des valeurs excessives qui conduiraient
à la destruction de l‟éolienne ou à la nécessité de la débrayer (pâles en drapeau) pour en
limiter l‟usure. La vitesse du vent doit donc être comprise le plus souvent entre ces deux
valeurs pour un fonctionnement optimal de l‟éolienne. De même, l‟axe de rotation de
l‟éolienne doit rester la majeure partie du temps à la parallèle à la direction du vent. Même
avec un système d‟orientation de nacelle performant, il est donc préférable d‟avoir une
direction de vent la plus stable possible pour obtenir un rendement optimal (alizés par
exemple). Certains sites proches de grands obstacles sont ainsi à proscrire car le vent y est
trop turbulent [24].
I.6.2.Conditions sur les sites d’implantation
Bien que le vent soit l‟élément principal pour l‟implantation des éoliennes dans un site
donné, il y d‟autres conditions que doit satisfaire ce dernier, voici quelques-unes :
La nature du sol : il doit être suffisamment résistant pour supporter les
fondations de l‟éolienne. Ce critère n‟est pas déterminant car dans le cas d‟un sol meuble, des
pieux seront alors enfoncés sous les fondations de l‟éolienne.
L‟accessibilité du site : il doit permettre le transport des gros éléments de
l‟éolienne (pales, tour, nacelle) et des grues nécessaires au montage
La connexion au réseau électrique : pour cela, les petites fermes d‟éoliennes
sont le plus souvent situées à proximité d‟un poste de transformation haute tension afin de
diminuer le coût de raccordement qui est directement fonction de la distance à ce poste.
Pour les grosses fermes d‟éoliennes, le réseau doit être en mesure de supporter l‟énergie
produite, et son renforcement est parfois nécessaire (renforcement ou création de poste de
transformation).
I.8.L'avenir de l'énergie éolienne
La montée du prix des énergies fossiles a rendu les recherches dans le domaine de
l‟éolien plus attirantes pour les investisseurs. La technologie actuellement la plus utilisée pour
capter l‟énergie éolienne utilise des hélices sur axe horizontal. Certains prototypes utilisent un
axe de rotation vertical : une nouvelle technologie à axe vertical est celle du kitewind
15
generator (inspirée du kitesurf) qui, pour capter un vent le plus fort possible, utilise des câbles
et des ailes qui peuvent arriver à 800/1000m de hauteur.
La technologie à axe vertical présente certains inconvénients :
L'encombrement spatial est important, il correspond à une sphère d‟un diamètre égal à
celui de l‟hélice, reposant sur un cylindre de même diamètre. Un mât de hauteur importante
est nécessaire pour capter un vent le plus fort possible.
Le vent doit être le plus régulier possible, et donc interdit des implantations en milieu
urbain ou dans un relief très accidenté. La vitesse de l'extrémité d'une pale croit rapidement
avec sa taille, au risque de causer défauts de fonctionnement et bruits pour le voisinage. Dans
la pratique, les pales des grandes éoliennes ne dépassent jamais une vitesse de l'ordre de
100m/s à leur extrémité.
En fait, plus l'éolienne est grande, et moins le rotor tourne vite (moins de 10
tours/minute pour les grandes éoliennes offshores). Les nouvelles éoliennes en cours de
développement visent à aboutir à une technologie qui s‟affranchit du bruit, de
l‟encombrement et de la fragilité des éoliennes à pales, tout en étant capables d‟utiliser le vent
quelle que soit sa direction et sa force.
De nombreuses variantes sont étudiées par des essais réels en grandeur nature. Certaines
éoliennes sont de petites tailles (3 à 8 mètres de largeur, 1 à 2 mètres de hauteur), avec pour
objectif de pouvoir les installer sur les toitures terrasses des immeubles d‟habitation dans les
villes, ou sur les toitures des immeubles industriels et commerciaux, dans des gammes de
puissances allant de quelques kW à quelques dizaines de kW de puissance moyenne. Leur
vitesse de rotation est faible et indépendante de la vitesse du vent. Leur puissance varie
linéairement avec la vitesse du vent, qui peut varier de 5km/h à plus de 200km/h, sans
nécessiter la célèbre "mise en drapeau" des éoliennes à pales [21].
I.9. Le stockage
Énergie intermittente et incontrôlable, l'éolien a besoin de grandes capacités de
stockage:
- Pour stocker l'énergie éolienne en site isolé. Ainsi, une communauté qui s'alimentait à
100% avec un groupe diesel, après l'installation de 2 éoliennes et de batteries de grande
capacité, s'alimente maintenant à 86% en éolien. Le diesel n'assure que le complément de
14%. On voit qu'avec ces batteries de grande capacité on peut développer l'éolien au-delà de
ce qui se fait actuellement. La seule limite est l'investissement en capacité de stockage de
l'électrolyte; c‟est-à-dire jusqu'où on est décidé à aller dans ce domaine.
16
- En tant que stockage tampon en complément de la production d'un parc éolien. Lorsque
la production éolienne faiblit, le déstockage fournit le complément pour garder la production
finale quasi stable. Lorsque la production éolienne est suffisamment forte, il y a reconstitution
du stock. Ainsi les 2 courbes de production éolienne et stockage sont opposées et
complémentaires. La somme des deux fournit au réseau une courbe de production "lissée"
(comme au parc éolien de Sapporo au Japon).
Aux États-Unis, une entreprise conçoit de nouvelles éoliennes qui produisent de l'air
comprimé au lieu de l'électricité. Dans la nacelle des éoliennes au lieu d'un alternateur se
trouve donc un compresseur d'air. L'air comprimé est stocké et permet de faire tourner un
alternateur aux moments où les besoins se font le plus sentir. Du point de vue du stockage de
l'énergie, cette façon de faire impose une conversion d'énergie (de l'air comprimé vers
l'électricité, avec un rendement réduit), mais permet de positionner la production électrice sur
le pic de consommation, où l'électricité est payée plus chère, avec une conversion de moins
que par le processus classique (électricité vers le stockage puis du stockage vers l‟électricité).
Certains pensent même que l'on pourrait utiliser directement l'air comprimé ainsi produit pour
alimenter des voitures automobiles propulsées avec ce fluide [21].
17
CHAPITRE II. LES SYSTEMES EOLIENS
18
II.1. Définition du système éolien
Un système éolien ou aérogénérateur, ou tout simplement encore éolienne peut être
défini comme étant: un système composé d‟éléments aptes à transformer une partie de
l‟énergie cinétique du vent (fluide en mouvement) en énergie mécanique puis en énergie
électrique [20].
Figure 8: Conversion de l'énergie cinétique du vent [20]
II .2. Classification des Aérogénérateurs
Généralement, on classifie les éoliennes suivant l‟orientation de leur axe de rotation par
rapport à la direction du vent. On distingue ainsi deux grandes familles (BELAID. A and
SAHRAOUI. B) [3] :
- Les aérogénérateurs à axe horizontal
- Les aérogénérateurs à axe vertical
II.2.1. Eoliennes à axe vertical
Elles ont été conçues pour s‟adapter au mieux avec les contraintes engendrées par les
turbulences du milieu urbain.
Grâce à ce design, elles peuvent fonctionner avec des vents provenant de toutes les
directions et sont moins sensibles à ces perturbations que les éoliennes à axe horizontal. Elles
sont relativement silencieuses et peuvent facilement s‟intégrer au design des bâtiments. Leurs
faiblesses résident principalement dans la faible maturité du marché (coûts d‟investissement
élevés).
En raison de leur petite taille, l‟énergie produite est faible mais s‟adapte bien aux
besoins des consommateurs d‟un logement social. Elles trouvent donc leur place dans le
milieu urbain.
19
Les principaux aérogénérateurs à axe vertical sont le rotor de SAVONIUS et le rotor de
DARRIEUS. [3]
II.2.1.1. Le rotor de SAVONIUS
Ce type d‟aérogénérateur utilise la traînée et est constituée de parties cylindriques en
opposition. Un couple se crée mettant alors le générateur en mouvement. La vitesse de
démarrage de ces machines est plutôt basse, autour de 2 m/s.
Les éoliennes à axe vertical s‟adaptent particulièrement bien aux effets de la turbulence.
De plus, ce design ne fait pas beaucoup de bruit et finalement convient bien au milieu urbain
Figure 9: Éolienne à axe vertical type SAVONIUS [3]
II.2.1.2 Le rotor de DARRIEUS
Inventé à l‟académie française par DARRIEUS au cours des années 1920-1935, il
repose sur l‟effet de trainée d‟un profil soumis à l‟action d‟un vent relatif. Il Existe quatre
types de rotor de DARREUS: le rotor cylindrique, le rotor tronconique, le rotor à variation
cylindrique et le rotor parabolique
Figure 10: éoliennes à axe vertical de type DARRIEUS [3]
20
II .2.2. Eoliennes à axe horizontal
Les éoliennes à axe horizontal sont basées sur le principe des moulins à vent. Elles sont
constituées d‟une à trois pales profilées aérodynamiquement. Le plus souvent le rotor de ces
éoliennes est tripales, car trois pales constituent un bon compromis entre le coefficient de
puissance, le coût et la vitesse de rotation du capteur éolien ainsi que l‟aspect d‟équilibrage de
la machine par rapport aux bipales.
Les éoliennes à axe horizontal sont les plus employées car leur rendement
aérodynamique est supérieur à celui des éoliennes à axe vertical, elles sont moins exposées
aux contraintes mécaniques et ont un coût moins important. Deux types de configurations
peuvent être rencontrés :
Figure 11: Eolienne à axe horizontal [3]
II.2.2.1.Eoliennes sous le vent (aval)
Dans ce type d‟éoliennes le vent souffle derrière les pales comme le montre la figure 12.
L‟avantage de ce montage réside dans le fait que les pales de rotor peuvent être plus flexibles,
ce qui allège donc leur construction et diminue aussi la taille du pylône ; par fort vent la
flexion des pales enlève une partie de l‟effort de poussée sur le rotor. Ces éoliennes ont
donc une construction plus légère qu‟un modèle face au vent, cependant, le pylône bien qu‟il
soit plus petit constitue un obstacle au vent ce qui augmente le risque de rupture de la pale et
génère une production fluctuante d‟électricité.
21
Figure 12: éolienne sous le vent tripale flexible
II.2.2.1.Eoliennes face au vent (amont)
Ce sont les plus rependues. Le rotor est dans la direction du vent afin que le vent en
amont ne soit pas perturbé par le pylône (figure 13). A l‟arrière du pylône, il y a en effet de
fortes perturbations du vent, son écoulement étant ralenti par l‟obstacle que forme le pylône.
Il en est de même devant le pylône mais dans de moindres proportions. C‟est pour cette
raison que le rotor se trouve à une certaine distance du pylône. Les pales de l‟éolienne face au
vent doivent être rigides pour ne pas risquer de heurter le pylône par fort vent. En plus, il est
obligatoire de munir l‟éolienne d‟un mécanisme d‟orientation afin que le rotor soit toujours
face au vent [24]
Figure 13: Eolienne face au vent (amont).
22
II.3. Caractéristiques technologiques des éoliennes à axe horizontal
Les différents éléments d‟une éolienne sont conçus d‟une manière à maximiser la
conversion énergétique, pour cela, une bonne adéquation entre les caractéristiques
couple/vitesse de la turbine et de la génératrice électrique est nécessaire. Nous présentons
dans ce qui suit dans l‟ordre de construction les différentes parties d‟une éolienne :
II.3.1. La nacelle
Contient tous les éléments mécaniques qui permettent de transformer l‟énergie
mécanique produite par les pales en énergie électrique : les pales, l‟anémomètre et le rotor
sont fixés sur la nacelle. A l‟intérieur se trouvent : la boîte de vitesse, la génératrice, les
systèmes de contrôles, le capteur de température, le capteur de vibration et le capteur de
vitesse. La nacelle se situe à environ 60 mètres au-dessus du sol [24].
Figure 14: les principales composantes de la nacelle.
Elle comporte donc les éléments suivants :
I.3.1.1. Le rotor
Composé de plusieurs pales (en général 3) et du nez de l‟éolienne. Les pales sont
aujourd‟hui faites de matériaux composites à la fois légers et assurant une rigidité et une
résistance suffisantes. Leur longueur atteinte actuellement entre 30 et 55 mètres, soit un
diamètre du rotor compris entre 60 et 110 mètres. La puissance d‟une éolienne est
proportionnelle à la surface balayée par ses pales (un cercle), donc au carré du diamètre du
rotor [22].
23
Figure 15Rotor d’une turbine [22]
II.3.1.2. La girouette et l’anémomètre
La girouette et l‟anémomètre permettent de connaitre la direction et la vitesse du vent,
Ils participent ainsi à l‟autonomie presque complète des éoliennes. Ils sont souvent associés à
un dispositif d‟orientation de l‟éolienne [24].
Figure 16: La girouette et l’anémomètre
II.3.1.3. Le dispositif d’orientation
Il est situé sous la nacelle, il permet d‟orienter les pales face au vent d‟après les données
recueillies par la girouette et l‟anémomètre. Il est principalement composé d‟un puissant
moteur capable de faire pivoter toute la partie supérieure de l‟éolienne [24].
II.3.1.4. Le système de freinage
Il est très important dans une éolienne, le disfonctionnement des freins peut être fatal à
l‟éolienne. Le freinage a d‟ailleurs été l‟un des premiers problèmes rencontrés par les
constructeurs lors des débuts des éoliennes. Pour des vents trop forts le générateur s‟emballe
et peut alors détruire de nombreux composants de la nacelle. Ainsi le système de freinage
24
s‟impose pour des vents dépassants les 90km/h, il permet alors d‟empêcher le rotor de tourner
[24].
II.3.1.5. L’arbre principal
Cet axe est directement entrainé par le rotor (principalement par les pales), il tourne à
basse vitesse mais avec beaucoup de force (couple fort). Il est relié ensuite à un multiplicateur
[24].
Figure 17: L’arbre principal d’une éolienne [24]
II.3.1.6. Le multiplicateur
C‟est un convertisseur de puissance, il multiplie la vitesse d‟entrée (rotor de l‟éolienne)
pour atteindre la vitesse de sortie exigée par la génératrice électrique, en multipliant parfois
par 70 la vitesse de rotation initiale. Il est constitué d‟un assemblage d‟engrenages. La vitesse
de rotation d‟une roue à une autre est multipliée par le nombre de dents de la plus grande roue
sur le nombre de dents de la plus petite. Le rendement est variable suivant la puissance
transmise, mais il est environ de 97%. La lubrification peut se faire par barbotage ou par
injection forcée. Le refroidissement est souvent à air. Le multiplicateur est monté sur plots
élastiques (plots de caoutchouc) pour amortir les vibrations et limiter la transmission du bruit
à la structure porteuse [24].
3 types de multiplicateurs peuvent être utilisés avec les aéromoteurs :
• Le plus simple est le multiplicateur à engrenages à un ou plusieurs trains de roues
dentées cylindriques ; d‟une réalisation économique il est toute de même encombrant pour un
rapport de multiplication élevé.
25
Figure 18: Le multiplicateur à engrenages [24].
• L‟utilisation de trains planétaires permet de réaliser des multiplications élevées sous
un encombrement réduit. Leur utilisation se généralise de plus en plus; cette technique permet
de réaliser des rapports de multiplication élevés sous un encombrement réduit et avec un bon
rendement de transmission. Les axes d‟entrée et de sortie sont colinéaires voir coaxiaux.
Figure 19: Le multiplicateur à trains planétaires
• Le multiplicateur à couple conique permet une disposition de l‟arbre de sortie
perpendiculaire à l‟arbre d‟entrée.
Figure 20: Le multiplicateur à couple conique
II.3.1.7. L’arbre secondaire :
Comporte généralement un frein mécanique qui permet d‟immobiliser le rotor au cours
des opérations de maintenance et d‟éviter l‟emballement de la machine.
26
II.3.1.8. La génératrice
La génératrice convertit l‟énergie mécanique en énergie électrique. Les génératrices des
éoliennes doivent pouvoir fonctionner avec une source de puissance (c.-à-d. le rotor de
l‟éolienne) qui fournit une puissance mécanique (un couple) très fluctuante. Il faut refroidir
les génératrices lorsqu‟elles travaillent. Sur la plupart des éoliennes, on assure ce
refroidissement en enrobant la génératrice dans un conduit et en installant dans celui-ci un
grand ventilateur qui refroidit à l‟air. Il y a cependant un petit nombre de constructeurs
d‟éoliennes qui utilisent des génératrices refroidies par eau. Ces génératrices peuvent être
construites de façon plus compacte ce qui comporte quelques avantages au niveau du
rendement électrique, mais elles requièrent en même temps l‟installation d‟un radiateur dans
la nacelle afin de se débarrasser de la chaleur provenant du système de refroidissement par
liquide.
II.3.2. Le mât
Composé de trois parties vient se fixer sur la partie supérieure de la fondation revue à
cet effet, en général, le mât est composé de trois parties permettant un transport plus simple.
Il est fixé à la fondation par des boulons, partiellement serrés, permettant ainsi une
certaine extension de la structure soumise en permanence à de nombreuses forces. Le mât sert
également à protéger les immenses câbles électriques qui passent à l‟intérieur, ainsi
l‟électricité produite est acheminée vers le réseau principal.
II.3.2.1.Type du mat de l'éolienne
La figure 21 présente trois types de tours d'éoliennes qui sont largement rencontrés pour
les éoliennes à axe horizontal : tour en treillis, tour tubulaire et tour hybrides.
Figure 21: Type du mat (tour) de l'éolienne [14]
27
II.3.3. La fondation
Est composée d‟épais blocs de béton armé (béton renforcé par une structure métallique)
d‟environ 100 tonnes voir plus, enterrés à 5 à 6 mètres de profondeur. Au-dessus de cette
fondation, une autre dalle est coulée afin de fixer la première partie du mât (illustré sur la
figure 22)
Figure 22: Les fondations de grandes éoliennes
II.4. le principe de fonctionnement d’une éolienne
Sous l‟effet du vent, le rotor tourne. Dans la nacelle, l‟arbre principal entraîne un
alternateur qui produit l‟électricité. La vitesse de rotation du rotor (de 12 à 15 tours/minute)
doit être augmentée par un multiplicateur de vitesse jusqu‟à environ 1500 tours/minute,
vitesse nécessaire au bon fonctionnement de l‟alternateur. Des convertisseurs électroniques de
puissance ajustent la fréquence du courant produit par l‟éolienne à celle du réseau électrique
auquel elle est raccordée (50 Hz en Europe), tout en permettant au rotor de l‟éolienne de
tourner à vitesse variable en fonction du vent. La tension de l‟électricité produite par
l‟alternateur, de l‟ordre de 600 à 1000 volts, est ensuite élevée à travers un transformateur de
puissance, situé dans la nacelle ou à l‟intérieur du mât, jusqu‟à un niveau de 20 ou 30 kV.
Ce niveau de tension permet de véhiculer l‟électricité produite par chacune des
éoliennes d‟une centrale éolienne jusqu‟au point de raccordement au réseau électrique public.
La tension de l‟électricité produite par la centrale peut alors être de nouveau transformée, en
fonction du niveau de tension de raccordement de la centrale au réseau public [22].
Pour pouvoir démarrer, une éolienne a besoin d‟une vitesse de vent minimale, de l‟ordre
de 10 à 15 km/h. Et au-delà de 90 km/h, les turbines doivent être arrêtées. Tout d‟abord, la
fréquence d‟occurrence des vents d‟une vitesse supérieure à 90 km/h est généralement faible
(inférieure à 1 %), et si les éoliennes fonctionnaient dans ces conditions, elles subiraient des
efforts importants qui entraîneraient une usure prématurée de leurs équipements. Compte tenu
du faible gain relatif sur la production que représente un fonctionnement par vent fort, les
28
ingénieurs préfèrent, dans ces conditions, stopper les machines et attendre le retour de vents
plus modérés et plus réguliers. Si les éoliennes ne fonctionnent pas au-delà d‟une vitesse de
vent de 90 km/h, leurs fondations n‟en sont pas moins conçues pour résister à des vents
beaucoup plus importants. La puissance d‟une éolienne classique est de 1 à 1,5 MW, mais les
éoliennes de la nouvelle génération atteignent 2 à 3 MW et des modèles de 5MW sont d‟ores
et déjà testés par les constructeurs [22].
29
CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT D’UNE EOLIENNE
DE 5KW DE PUISSANCE
30
Dans la première partie de ce chapitre, nous réaliserons la conception de l‟éolienne en
dimensionnant les différentes composantes essentielles de la machine par rapport à une
puissance que nous fixons à 5 kW.
III.1. Dimensionnement de l’hélice
III.1.1. Potentiel du vent à Madagascar et au Cameroun
Les vitesses des vents du Cameroun et de Madagascar, estimées à 10 m du sol sont
présentées dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous. Les vitesses moyennes annuelles obtenues
varient de 5.3 à 13.6 km/h au Cameroun et de 6.6 à 21.6 km/h à Madagascar. On remarque
que la majorité du territoire se trouve classé dans la gamme de vitesses allant de 5 à 8km/h au
Cameroun. Les vitesses du vent augmentent dans la partie Nord et sont maximales dans les
régions de Maroua (extrême Nord du Cameroun) ou elles atteignent les 13.6km/h soit
3,77m/s.
Pour le cas de Madagascar, les vitesses de vents se situent entre 6.6 et 15.2km/h dans la
plus part du pays mais on note un maximum dans la région d‟Antsiranana où les vitesses de
vent plafonnent à 21.6km/h, soit 6m/s. d‟une manière générale, le Cameroun et Madagascar
possède un potentiel éolien non négligeable et les vitesses moyennes annuelles des vents sont
de 8.5 km/h (2.36m/s) pour le Cameroun et de 13.3km/h (3,61m/s) pour Madagascar. Ces
vitesses moyennes annuelles des vents seront utilisées dans la suite de notre étude pour le
dimensionnement de notre prototype.
31
Tableau 2: Vitesse des vents au Cameroun (source NASA)
Mois villes
Janvier Fevrier Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre
Vitesses moyenne annuel par région (km/h)
Vitesses moyenne
annuel pour le Cameroun
(km/h)
Bamenda 7.6 7.8 7.4 6.7 6.6 7.1 6.8 7.1 6.6 5.8 6.2 6.5 6.8 8.5
Bertoua 7.9 8.5 8.1 7.7 6.8 6.3 6.3 6.6 6.3 6.0 6.1 6.7 6.9
Bafia 7.2 7.6 6.8 6.5 5.8 6.1 6.5 6.8 6.5 5.8 5.4 6.1 6.5
Douala 7.0 7.3 6.3 5.3 5.3 6.6 7.6 8.0 7.3 5.6 5.2 5.6 6.4
Garoua 13.8 13.6 14.9 15.4 14.1 11.9 11.0 10.5 9.8 10.9 12.7 14.3 12.7
Maroua 14.8 14.5 15.9 16.5 15.0 12.6 11.6 11.1 10.2 11.6 13.6 15.4 13.6
Tibati 11.5 11.9 12.7 13.4 12.9 11.5 10.8 10.6 9.8 10.3 10.9 11.8 11.5
Kribi 6.5 7.2 5.4 4.9 5.4 6.8. 8.3 9.0 8.3 6.1 5.4 5.4 6.5
Wum 9.0 9.1 9.3 8.9 8.6 8.4 7.7 7.8 7.3 7.0 7.8 8.4 8.3
Yaoundé 6.2 6.7 5.6 4.8 4.4 4.9 5.5 6.0 5.8 4.7 4.4 4.8 5.3
Tableau 3: vitesses des vents à Madagascar (source NASA)
Mois villes
Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre
Vitesses moyenne annuel par région (km/h)
Vitesses moyenne annuel pou Madagascar (km/h)
Antsiranana 14.8 14.9 15.2 19.6 26.4 27.3 29.5 28.9 26.4 22.1 19.0 15.0 21.6 13,3
Fiananratsoa 10.4 11.8 11.3 11.6 11.4 13.2 13.3 13.8 13.7 13.5 12.6 10.7 12.3
Mahajunga 10.1 9.0 9.0 7.6 8.3 9.4 12.2 13.3 13.7 12.2 13.0 10.4 10.7
Toamasina 6.5 6.8 6.5 6.1 6.5 6.8 7.6 7.6 6.5 6.1 6.5 6.1 6.6
Toliary 13.8 15.5 14.4 14.9 14.5 15.9 15.4 16.2 16.8 16.0 15.3 13.8 15.2
32
III.1.2. Calcul du profil des vents
Au sol, le vent est fortement freiné par des obstacles et par des accidents de terrain. A
une certaine hauteur, dans les couches géostrophiques (à environ 5 km de hauteur), le vent ne
subit plus l'influence de la surface du sol. Entre les deux, la vitesse du vent varie en fonction
de la hauteur. Ce phénomène est connu sous la désignation de cisaillement vertical du vent.
Au-dessus d'un terrain plat et avec une stratification atmosphérique neutre, le profil
logarithmique du vent permet une bonne approximation du cisaillement vertical. Nous nous
proposons de calculer le profil d‟un vent de vitesse de référence v1= 6m/s et mesurée à la
hauteur de référence h1=10m comme celle relevé dans la région d‟Antsiranana à Madagascar
(tableau 4). Cette vitesse v1= 6m/s relevée dans la ville d‟Antsiranana servira de base pour le
dimensionnement de notre éolienne. Nous choisirons comme coefficient de rugosité z0 = 0,4
qui correspond à une ville moyenne. Le calcul du profil vertical du vent nous permettra
d‟évaluer le potentiel éolien de Madagascar et du Cameroun avec plus de précision car il nous
permettra d‟évaluer la vitesse du vent à une altitude h2 quelconque. Par conséquent ce calcul
nous permettra de fixer la hauteur de la tour de notre éolienne.
v2 = v1 (1)
La vitesse de référence v1= 6m/s est mesurée à la hauteur de référence h1=10m. z0 =0,4
est le coefficient de rugosité v2 est la vitesse du vent à la hauteur h2.
Tableau 4: vitesses du vent en fonction de la hauteur h dans la région d’Antsiranana
33
Figure 23: graphe montrant la variation du vent en fonction de la hauteur dans la région d’Antsiranana
La vitesse moyenne annuelle des vents mesurée à 10m du sol étant de 13,3 km/h
(3,61m/s) à Madagascar et de 8,5 km/h (2.36m/s) au Cameroun, le calcul du profil vertical du
vent montre qu‟à 20m du sol, les vents ont une vitesse de 4,40m/s à Madagascar et de
3.00m/s au Cameroun et à 30m du sol, la vitesse moyenne du vent est de 5,00m/s à
Madagascar et de 3.50 m/s au Cameroun. En général, on considère qu'un vent de 3 m/s moyen
annuel mesuré de 10 à 12 mètres de hauteur est un minimum et que les systèmes éoliens
atteignent leur optimal autour de 7 m/s, nous pouvons donc conclure à partir des résultats
fournis par le calcul du profil vertical du vent que le Cameroun et Madagascar possède un
potentiel éolien acceptable malgré leurs vitesses des vents relativement faibles à des hauteurs
basses.
III.2. Etude de l’hélice d’une éolienne de 5 kW
III.2.1 L’hélice
Une hélice ou une éolienne comporte essentiellement un moyeu et des pales. La pale de
l‟hélice ou la pale éolienne peut être considérée comme une aile tournante. La forme de pale
est définie par des profils choisis pour leurs performances aérodynamiques. Les profils sont
répartis le long de la pale de l'éolienne ou de l‟hélice de manière à réaliser le meilleur
compromis entre résistance et production de portance.
La rotation de l'hélice engendre une vitesse et un angle apparent qui varient suivant la
position du point observé sur le rayon de la pale. Pour garder un angle d'incidence optimum
34
les profils de la pale devront avoir un calage ajusté aux vitesses apparentes le long de la pale.
Le calage des profils varie et provoque un vrillage de la pale.
Le vrillage de la pale est l'angle mesuré entre la corde du profil au pied de pale et la
corde du profil au bout de pale de l‟éolienne.
III.2.1.1. Composition de l’hélice
Elle est composée de trois pales de diamètre D et d‟un moyeu de diamètre d. Notre
prototype sera réalisé en fibre de verre et de résine (Figure 24).
- Calcul du diamètre des pales
La puissance du vent contenue dans un cylindre de section S est :
Pcinétique= ρ. S. v3 (2)
Betz a démontré que la puissance maximale récupérable est:
Pmec = Pcinétique = ρπr2v
3 (3)
v = 7,29m/s, la masse volumique de l‟air étant ρ = 1,23 kg/m3. Ainsi pour une puissance
mécanique de 5000 W soit 5 kW la longueur d‟une pale (lp = r) est :
P = ρπr2v
3 (4)
r = Pm = 5000 =3 m (5)
Dr =6m
- Calcul de la largeur du profil
La largeur du profil est donnée par la formule ci-dessous :
(6)
Cette formule dépend des paramètres suivants :
- P : puissance fournie par l‟hélice de l‟éolienne (W)
- R : rayon du disque crée par les pales
- r0 : rayon élémentaire en mètre
- λ0 : vitesse spécifique
- CZ : coefficient aérodynamique de portance
Dans cette formule le coefficient aérodynamique de portance CZ est un paramètre
déterminé expérimentalement.
35
Figure 24: Dimensions globales de l’éolienne
III.2.1.2. Le profil de pale
Les choix de profils sont nombreux et répondent à des besoins particuliers. Dans notre
cas, nous utilisons un profil simple, efficace et qui a fait ses preuves depuis des dizaines
d‟années. Dans le cas présent, il s‟agit d‟un profil NACA 4412 (Figure 25) très performant,
mais légèrement difficile à réaliser. Pour cela, nous avons déterminé les différents points du profil et ce à une
dizaine de sections variables. Le travail a été répété pour une pale non vrillée et une autre
vrillée.
Figure 25: Profil NACA 4412
Démarche: Il faut tout d‟abord estimer le diamètre suffisant du rotor qui peut fournir la
puissance recherchée. Pour cela, on a effectué un calcul plus haut qui nous a permis de fixer
les valeurs du diamètre du rotor à: Dr = 6m, diamètre du moyeu d = 0,2 m, vitesse du vent v=
36
7,29m/s. La puissance mécanique récupérable est de 5000 Watt. La longueur d‟une pale
calculée ci-dessous est Lp=2,9 m. Sa corde est 170,00 mm a 100% de sa longueur et 70,00
mm a 10% de longueur.
Les coordonnées de l‟intrados et de l‟extrados sont exprimées en pourcentage de la
corde du catalogue du profil NACA 4412 (Tableau 5), et on a pu trouver notre profil aux
sections progressant d‟un pas de 5 % du sommet jusqu‟au pied de la pale. Ces données ont été
rassemblées dans des tableaux pour permettre de concevoir le modèle 3D de la pale.
Figure 26: La pale non vrillée
La pale d‟une éolienne est vrillée et à section variable. Les travaux de M. Nadjah et al.
ont montré que pour des pales d‟éoliennes similaire à la nôtre, des variations de l‟angle de
vrillage de 0° à 100 % de corde, de 11.1° à 50 % et de 52.8° à 10 % permettent d‟obtenir un
meilleur fonctionnement des pales. (Tableau 6).
Pour calculer le vrillage (Figure 27), M. Nadjah et al. fait fonctionner le profil à
incidence constante par rapport au vent apparent tout au long de l‟envergure de la pale. Pour
simplifier le dessin de la pale et son réglage, on prend le bout de pale comme référence (0°)
pour le vrillage. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau 6 :
37
Tableau 5: Tableau des coordonnées des cordes NACA à 100% et à 10% d’envergure calculé sur 26 de l’intrados et de l’extrados.
Catalogue NACA 4412
Coordonnées en % de la corde
du NACA 4412 à 100%
d'envergure.26 points pour
l'intrados et 26 points pour
l'extrados
Coordonnées en % de la
corde du NACA4412 à 10 %
d‟envergure. 26 points pour
l‟intrados,
26 pour l‟extrados
17.75
Corde
100%
Envergure
70
Corde
10%
Envergure
Stations
en %
Position
haute
(extrados)+
Position
basse
(intrados)-
X
Y
extrados
Y
intrados
X
Y
extrados
Y
intrados
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,501408 1,656338 -0,88563
0,085239 0,281577
-
0,15056
0,350986 1,159437
-
0,61994
0,749296 1,95493 -1,10986
0,12738 0,332338
-
0,18868
0,524507 1,368451 -0,7769
1,250704 2,44507 -1,4338
0,21262 0,415662
-
0,24375
0,875493 1,711549
-
1,00366
2,501408 3,380282 -1,94873
0,425239 0,574648
-
0,33128
1,750986 2,366197
-
1,36411
5,002817 4,732394 -2,48338
0,850479 0,804507
-
0,42217
3,501972 3,312676
-
1,73837
7,498592 5,757746 -2,7431
1,274761 0,978817
-
0,46633
5,249014 4,030423
-
1,92017
10 6,597183 -2,86366
1,7 1,121521
-
0,48682
7 4,618028
-
2,00456
15,00282 7,887324 -2,87944
2,550479 1,340845 -0,4895
10,50197 5,521127
-
2,01561
20 8,794366 -2,73183
3,4 1,495042
-
0,46441
14 6,156056
-
1,91228
25,00282 9,408451 -2,50873
4,250479 1,599437
-
0,42648
17,50197 6,585915
-
1,75611
30 9,757746 -2,25972
5,1 1,658817
-
0,38415
21 6,830423 -1,5818
35,00282 9,887324 -2,01634
5,950479 1,680845
-
0,34278
24,50197 6,921127
-
1,41144
40 9,802817 -1,80282
6,8 1,666479
-
0,30648
28 6,861972
-
1,26197
45,00282 9,55493 -1,60563
7,650479 1,624338
-
0,27296
31,50197 6,688451
-
1,12394
50 9,194366 -1,39887
8,5 1,563042
-
0,23781
35 6,436056
-
0,97921
55,00282 8,715493 -1,19324
9,350479 1,481634
-
0,20285
38,50197 6,100845
-
0,83527
60 8,140845 -0,99549
10,2 1,383944
-
0,16923
42 5,698592
-
0,69685
65,00282 7,464789 -0,81239
11,05048 1,269014
-
0,13811
45,50197 5,225352
-
0,56868
70 6,698592 -0,64845
11,9 1,138761
-
0,11024
49 4,689014
-
0,45392
75,00282 5,83662 -0,50535
12,75048 0,992225
-
0,08591
52,50197 4,085634
-
0,35375
80 4,884507 -0,38535
13,6 0,830366
-
0,06551
56 3,419155
-
0,26975
85,00282 3,83662 -0,28901
14,45048 0,652225
-
0,04913
59,50197 2,685634
-
0,20231
90,00563 2,698592 -0,21465 15,30096 0,458761 - 63,00394 1,889014 -
38
0,03649 0,15025
95,00282 1,464789 -0,16113
16,15048 0,249014
-
0,02739
66,50197 1,025352
-
0,11279
100,0056 0 0 17,00096 0 0 70,00394 0 0
Tableau 6: Angle du vrillage en fonction de l’envergure
Figure 27: Prototype 3D de pale vrillée
39
III.2.1.3. La vitesse de rotation de l’hélice
La vitesse de rotation de l‟hélice est donnée par la relation
N= (7)
où d est le diamètre de l‟éolienne en [m] ; avec d=2r,
v la vitesse du vent en [m/s].
La vitesse spécifique ou le paramètre de rapidité noté λ0 est le rapport entre la vitesse de
l'extrémité des pales et la vitesse du vent (λ0 = 6m/s). Le paramètre λ0 permet de déterminer le
nombre de pale. Pour une éolienne tripale 5 < λ0< 8.
N= avec r=3,3m
N= =2,34trs/s
N= 2,3trs/s soit 140,00trs/min
Figure 28: turbine d’éolienne avec trois pales vrillées.
40
III.2. Dimensionnement de la machine synchrone à aimants permanents
III.2.1. Caractérisation géométrique de la génératrice
Un modèle de dimensionnement analytique de la génératrice synchrone à aimants
permanents a été développé par G. Slemon , A. Abdelli, et J. Regnier. A partir de
l‟expression du couple électromagnétique, il est possible de mettre en relation les grandeurs
magnétiques et géométriques de la machine. Un choix judicieux du vecteur de paramètres
d‟entrée permet alors de déterminer toutes les dimensions définissant la machine. Pour ce
faire, nous présentons, sur la Figure 29, les grandeurs géométriques à extraire du modèle de
dimensionnement.
Figure 29: Dimensions géométriques de la génératrice synchrone à aimants permanents
III.2.1.1. Définition des paramètres
Nous allons ici définir les paramètres géométriques de la machine que nous utiliserons
lors de la modélisation.
41
Tableau 7: Dimensions géométriques de la machine synchrone à aimants permanents.
Symboles Paramètres unité
lm Epaisseur radiale de l‟aimant au rotor (m)
g Entrefer stator- rotor (m)
wm Largeur d‟aimant pour un pôle (m)
ws Largeur d‟une encoche statorique (m)
wt Largeur d‟une dent statorique (m)
ds Profondeur d‟encoche (m)
dy Profondeur de la culasse de la machine (m)
lr Longueur active de la machine (m)
rs Rayon d‟alésage de la machine (m)
Le couple électromagnétique développé est donné par:
C= 2π lr ia Kis (8)
où ia (T) la densité de flux dans l‟entrefer et KiS (A/m) la valeur efficace de la charge
linéique de courant.
• Calcul de la valeur efficace du fondamental de l‟induction dans l‟entrefer
Pour calculer la densité de flux dans l‟entrefer, nous considérons des aimants à
aimantation radiale. L‟induction crée par un aimant dans l‟entrefer est représentée sur la
figure 30.
42
Figure 30: induction créée par l’aimant dans l’entrefer
La valeur de la densité de flux dans l‟entrefer a est déduite de la valeur de
l‟aimantation rémanente de l‟aimant Br par la relation.
= (8)
où µr est la perméabilité relative de l‟aimant (typiquement µr = 1,05), lm (mm) l‟épaisseur
d‟aimant et Kcg l‟entrefer corrigé par le coefficient de Carter (typiquement Kc = 1,05). Celui-
ci prend en compte de manière moyenne les effets des encoches sur la valeur de l‟entrefer. En
posant : g’= Kc g, nous pouvons réécrire l‟expression précédente comme suit :
a = r (9)
Traditionnellement, pour des génératrices de puissance proches de quelques kW, le rapport
lm/g’ se situe dans l‟intervalle [3, 5]. Pour notre part, nous avons imposé ce rapport à la valeur
4 et négligé l‟effet des variations du coefficient de Carter en considérant Kc = 1.05.
a =1,1 = 0.87T (10)
A partir du coefficient de remplissage d‟un pôle donné par Kp = nous
définissons l‟angle αaimant par: αaimant= p
Une décomposition en série de Fourier permet d‟extraire la valeur de l‟induction crée
par l‟aimant dans l‟entrefer :
43
= a sin∝aimant = 1,07 T (11)
• Densité linéique du courant K1S
La valeur efficace de la charge linéique de courant caractérise le courant réparti le long
de l‟entrefer par unité de longueur. Il s‟agit d‟une donnée essentielle pour le dimensionnement
car elle influe directement sur l‟échauffement. L‟expression de la charge linéique de courant
en fonction des paramètres géométrique et électrique est donnée par :
K1S= (12)
où Js (A/m2) désigne la densité surfacique du courant dans les encoches et KR le
coefficient de remplissage d‟encoches.
Le facteur de bobinage KB1 se limite au terme fondamental du facteur de distribution KZ.
Ce facteur prend en compte le fait qu‟une phase est répartie sur plusieurs encoches. Si l‟on
suppose que le champ est à répartition spatiale sinusoïdale, le coefficient KZ1 a pour
expression:
KZ1 + = KB1 (13)
KB1 = 0,97
où Nepp est le nombre d‟encoches par pôle et par phase.
En considérant que la largeur d‟une encoche et la largeur d‟une dent sont égales (ws =
wT), le couple électromagnétique peut s‟écrire de la façon suivante :
Cem= rs2lr Bia ds Js KR KBI (14)
Afin de réduire le nombre d‟inconnues de l‟équation (14), nous introduisons deux
facteurs de forme suivants :
• le rapport profondeur d‟encoche / rayon d‟alésage Rrl =
• le rapport rayon d‟alésage / longueur active de la machine Rdr=
L‟expression du couple électromagnétique devient :
Cem= πrs4 Rrl
-1 Rdl Js Bia KR KBI (15)
La densité surfacique de la machine est donné par :
44
Js= (16)
III.2.1.2. Démarche de dimensionnement
Le principe du dimensionnement repose donc sur le choix de plusieurs paramètres
d‟entrée que l‟utilisateur modifie à son gré. Nous allons montrer qu‟à partir d‟un choix
judicieux des paramètres d‟entrée, les relations analytiques permettent de déterminer toutes
les dimensions définissant la machine.
III.2.1.3 Hypothèses de dimensionnement
•Nous fixons le facteur de remplissage Kp = 0,833. Cette valeur correspond à une valeur
de ∝aimant = 75° La largeur angulaire des aimants est choisie afin de minimiser certains
harmoniques de la Fem et d‟assurer un bon rapport entre le volume d‟aimant et la valeur
efficace de l‟induction dans l‟entrefer (B. Nogarede, 1997).
• Nous imposons également la valeur des rapports Rrl et Rdr
- Le rapport rayon d‟alésage / longueur active de la machine Rrl = = =0.80
- Le rapport profondeur d‟encoche / rayon d‟alésage Rdr = =0,25
• Le coefficient de bobinage (KB1) dépend du nombre d‟encoches par pôle et par phase
et du type de bobinage (pas diamétral, pas raccourci…). Le coefficient de remplissage
d‟encoche (KR 0,5) représente le pourcentage de la surface d‟encoche occupée par les
conducteurs.
• L‟aimantation rémanente (Br = 1.1 T) et la perméabilité relative (µr = 1,05) des aimants
dépendent des caractéristiques et de la température des aimants. Dans notre application, nous
avons choisi des aimants de type Néodyme Fer Bore.
• La valeur maximale du flux dans la culasse y vaut la moitié du flux a produit par
les aimants alors y = a
• La largeur des dents et la largeur des encoches sont égales (ws = wT ) et les épaisseurs
des culasses statorique et rotorique sont identiques (dr = dy).
• Les inductances de fuite des têtes de bobine sont négligées dans le modèle circuit de
la génératrice.
Par rapport à ces considérations, nous dégageons huit variables de conception nous
paraissant pertinentes pour le modèle de la génératrice électrique : la puissance de
45
dimensionnement Pdim (ou puissance au point de base), le rapport rayon sur longueur Rrl, le
nombre de paires de pôles p, la densité de courant Js , l‟induction dans la culasse By , le
nombre d‟encoches par pôles et par phase Nepp, la vitesse Ωdim et la tension de
dimensionnement Vdim.
Ainsi, le rayon d‟alésage est connu et toutes les dimensions de la machine synchrone
peuvent être déterminées à l‟aide des relations suivantes :
• La longueur active de la machine vaut :
lr = (Rrl )-1
rs (17)
lr = (0,80)-1
78,3= 97,8 mm
lr = 97,8 mm
• La profondeur des encoches ds vaut :
ds= (Rdr)rs (18)
ds= 0,25*78,3 = 19,6 mm
ds = 19,6 mm
- La valeur de l‟entrefer est calculée par la relation empirique suivante:
g = 0,001+0,003 (19)
g= 0,001+0,003
g= 1,25 mm
- Le nombre d‟encoches au stator Nenc se déduit du nombre d‟encoches par pôle et par
phase Nepp :
Nenc = 6p Nepp ; (20)
Nepp = 2
Nenc = 6*3*2 = 36
Nenc = 36
• Les largeurs des dents et d‟encoches sont obtenues par l‟intermédiaire du rayon
d‟alésage et le nombre d‟encoches par pôle et par phase :
ws = wT = , (21)
46
ws= wT = = 9,1mm
Supposons qu‟une encoche est définie selon les paramètres de la figure 31.
Nous imposons :
Figure 31: encoche statorique
h1 = ds – h2 – h3 =16,87 mm ; (22)
h2 = ws /8 = 1,14 mm ; (23)
h3 = 0,02rs = 1,57mm ; (24)
b1= ws = 9,1 mm ; (25)
b2= ws /2 = 4,55mm ; (26)
b3= 3ws /4 = 6,83 mm (27)
La surface utile d‟une encoche est déterminée analytiquement par :
Senc = 0,5 (b1+b3) h1 kr (28)
= 0,5(9,1+ 6,83)16,87*0.5
Senc = 67,23mm2
• L‟épaisseur de l‟aimant est donnée par :
lm = kcg (29)
lm = 1.05*1.25 =5,21mm
• La largeur d‟un aimant est finalement déterminée par :
wm = rs avec ∝aimant= kp = 0,833 (30)
47
wm= 68,26 mm
La valeur maximale du flux dans la culasse Φy vaut la moitié du flux Φa produit par les
aimants alors :
Φy = Φa (31)
La valeur maximale du flux s‟obtient par intégration de l‟induction sous un pôle :
a = = = Balrrs∝aimant (32)
. a = Balrrs∝ aimant = 0,87* 0.0987*0.0783*1,3078 = 0.0088 wb
a = 0.0088 w
L‟expression du flux canalisé par la culasse d‟épaisseur dy = 20mm vaut :
Φy = Φa = 0.0044 wb
• L‟induction dans la culasse est déterminée par :
= ∝aimant (33)
= 1,307 = 1,48 T
= 1,48 T
III.2.1.4. Modèle circuit de la génératrice
Les paramètres électriques de la génératrice sont calculés à partir des paramètres
géométriques déterminés précédemment :
- Inductance magnétisante Lm d‟une phase
Lm = (34)
μ0 est une constante universelle, la constante magnétique, qui vaut 4π×10−7
H/m et Nce
dépend de la section du fil de cuivre et de la puissance électrique fourni par la génératrice. Les
travaux de Duc-Hoan TRAN, 2010 montrent que pour une puissance de 1.5kw, Nce se situe
entre 47 et 50.
Lm = 22*0,97
2*47
2 =0,016mH
Lm = 0,016mH
• Le flux à vide s reçu par une phase est :
s = (35)
s = 2 x 0,97 x 1,07 x 0,097 x 0,0783 x 47 = 1,49 w
s = 1,49 wb
48
L‟inductance de fuite Lf d‟une phase est calculée à partir de:
(36)
Avec : = 1,36
Lf = 2 x 4π .10-7
x 0,0978 2 x 3 x 1,36 x 472= 0.0044mH
Lf = 0.0044mH
L‟inductance magnétique mutuelle pour une spire est déduite de l‟inductance
magnétisante :
(37)
= = 0,008mH
L‟inductance synchrone (LS) d‟une phase est finalement calculée selon :
(38)
= 1,016 – 0,0044 + 0,0080 =0,0196 mH
0,0196 mH
La résistance électrique d‟une phase vaut :
(39)
Ρcuivre = 1,6.10-8
RS = 2x1,6 x 10-8
Rs= 0,15Ω
III.2.1.5. Détermination des paramètres électriques (intensité tension et puissance de la
génératrice)
Ces paramètres se déduisent aisément de ceux précédemment calculé à savoir : s ; Ls ;
Rs
- Calcul de l‟Intensité du Courant produit par la génératrice I
= L.I donc I= L (40)
I = = 76 A
49
- Calcul de la tension Vdim et de la puissance électrique Pdim produit par la génératrice
Vdim = RI (40)
La résistance électrique de la génératrice est égale à la résistance d‟une phase multiplier
par le nombre de phase :
R= Rs x 6 = 0.15 x 6 = 0,9Ω (41)
La tension électrique de la génératrice Vdim est :
Vdim= 0,9 x 76 = 68,4v
Vdim= 68,4v
La puissance électrique de la génératrice Pdim est :
Pdim = RI2
(42)
Pdim = 0,9 x 762
Pdim = 5198w
- Calcul de la vitesse de rotation de la génératrice
(43)
donc Ω (44)
Ω= Ωdim= 110.71 rad/s
- Calcul du couple électromotrice (Cem) de la génératrice :
L‟expression couple électromotrice se déduit de la puissance de la génératrice et de la
vitesse de rotation de la génératrice
P = CemΩ donc Cem = (45)
Cem = = 46.951 N.m
III.2.1.6. Calcul de la masse de la génératrice
- Rayon intérieur :
(46)
Rint = 78,3-1.25-5.21-20 = 51,84 mm = 0.051m
- Rayon extérieur :
(47)
rrotor = 78,3-1.25-5.21=71,84mm = 0.071m
50
- Masse de la culasse rotorique :
(48)
Mcr = 0,097π(0,0712 – 0,051
2)x7860 = 5,844 kg
- Rayon extérieur :
Ra = rs –g (49)
= 78,3 – 1.25 = 77,05mm = 0,077m
- Volume des aimants :
(50)
Vaimant = 0.097 x 0.833π(0.0772 – 0.071
2) = 0.00022m
3
- Masse totale des aimants :
Maimant = ρaim Vaim (51)
= 740x0.00022 = 0.1628kg
- Masse totale du rotor :
Mrotor = Mcr + Maimant (52)
= 5.844+0.1628 = 6.0068kg
Mrotor = 6.0068kg
- Masse du stator
Rayon intérieur : Rcs = rs+ds (53)
= 0.078+0.0196=0.0976m
Rayon exterieur : Rext = rs+ds+dy (54)
=0.078+0.0196+0.02=0.1176m
Volume de la culasse statorique :
VCS = 2πlrdy(rs+ds+dy/2) (55)
= 2π x 0.0978 x 0.02 (0.0783+0.0196+0.02/2) = 0.00132m3
La masse de la culasse statorique :
Mcs = ρfer Vcs (56)
= 7860 x 0.00132 = 10.422kg
L‟épanouissement angulaire du pied de dent
(57)
Le volume des pieds de dents vaut :
51
(58)
Le volume des dents hors isthme est donné par :
(59)
La masse totale des dents est égale à :
(60)
La masse totale du stator vaut alors :
(61)
=10.422+4.094 = 14.516kg
Mstator = 14.516kg
La masse du cuivre
Nous allons évaluer la longueur d‟une spire pour calculer la masse du bobinage.
Chaque spire peut être décomposée en deux parties : deux conducteurs actifs dans les
encoches et deux raccords extérieurs aux encoches qui forment les têtes de bobines.
En l‟absence d‟inclinaison des encoches, la longueur de la partie active est égale à la
longueur du paquet de tôles. Le volume de cuivre occupant les encoches vaut :
(62)
= 0.0978π x 0.0196 x 0.5 (0.0196+0.0783/2) = 0.000176m3
avec KR définissant le coefficient de remplissage des encoches.
Le volume des têtes de bobines est calculé à partir de leur longueur et s‟exprime par :
52
(63)
où
(64)
= π2(0.0783+0.5×0.0196)/(2 x 3) = 0.14491m
Donc
(65)
= 0.14491π x 0.0196 x 0.0091 x 36 x 0.5 = 0.00146m3
et Nenc représente le nombre d‟encoches au stator.
Finalement la masse totale du cuivre dans la machine est donnée par :
(66)
= (0.000176 + 0.00146) x 8960 = 14.658
où désigne la masse volumique du cuivre.
III.2.1.6. Masse totale de la génératrice
La masse totale active de la génératrice est la somme des différents éléments actifs
décrits précédemment, cette masse totale vaut alors :
(67)
= 6.0068 + 14.516 + 14.658 = 35.1808kg
Mgénératrice = 35.1808kg
III.3. Eléments de la chaine de conversion
Le dispositif éolien analysé et modélisé dans le cadre de cette étude comporte les
éléments suivants :
- Le vent
- La turbine éolienne type tripale à calage fixe
- La génératrice synchrone à aimants permanents
- Le redresseur à diodes
- La batterie qui fixe la tension du bus continu
53
Figure 32: Architecture globale de la chaîne éolienne « passive »
III.3.1. Le vent
Le vent est le vecteur énergétique d‟entrée d‟une chaîne éolienne, déterminant pour le
calcul de la production de l‟électricité, donc pour la rentabilité. Les propriétés dynamiques du
vent sont capitales pour l‟étude de l‟ensemble du système de conversion d‟énergie car la
puissance éolienne, dans les conditions optimales, est le cube de la vitesse du vent.
III.3.2 La turbine
Nous adopterons pour notre éolienne un modèle de turbine tripale vrillée construit en
fibre de verre pour accroitre sa résistance.
III.3.3 L’ensemble génératrice - redresseur
Avec un pont redresseur triphasé, les relations entre les tensions d‟entrée et de sortie
d‟une part, et les courants d‟entrée et de sortie d‟autre part, sont les suivantes :
(68)
Où Vdc et Idc sont les valeurs moyennes de la tension et du courant en sortie du
redresseur, et Vs et Is sont les valeurs efficaces de la tension et du courant fondamentaux côté
alternatif. Nous pouvons également déduire les relations de « correspondances » pour la
54
résistance, l‟inductance, le flux et la FEM de la génératrice synchrone avec les paramètres
correspondant d‟une génératrice à courant continue équivalente (voir tableau ci-après).
Tableau 8: Relations de correspondances entre une machine synchrone (MS) et une machine à courant continu (MCC) équivalente
Variables MSAP MCC Valeur
MSAP
Valeur MCC
Courant
Is
76 A
97.47 A
Résistance
Rs
0.15 Ω
0.27 Ω
Inductance
Ls
0.0196 mH
0.035 mH
Flux
Φs
1.49 wb
3.48 wb
FEM
Es=pΩvΦs
32.29 V
75.52 V
III.3.4 La batterie
55
Au point de dimensionnement, la génératrice est caractérisée par un couple de base
Cdim, une vitesse de rotation de base Ω dim et une tension de base Vdim. Cette tension est liée à la
tension de bus Vdc selon la relation.
Vdim= (69)
donc Vbatt = Vdim
Vbatt = 68,4 = 138.61
Vbatt = 138.6 V
56
CHAPITRE IV : REALISATION DE LA GENERATRICE
57
IV.1 Réalisation de la génératrice synchrone à aimants permanents
Ce chapitre décrit la réalisation d‟un prototype de génératrice conçu d‟après les résultats
de dimensionnement présenté précédemment. Ce prototype permettra de justifier l‟approche
de conception intégrée par optimisation mise en œuvre, pour la réalisation d‟une chaîne
éolienne entièrement passive. Ce modèle de génératrice a déjà été réalisé industriellement
par la société Novelté Système sur la base du cahier des charges élaboré par Duc-Hoan
TRAN.
Le détail du processus de fabrication de la génératrice (plan de réalisation, pré-étude,
photos de réalisation) est présenté au paragraphe IV.2 de ce chapitre. Dans ce chapitre, nous
synthétisons les principes et caractéristiques principales liés à la réalisation de cette
génératrice particulière.
IV.1.1 Stator
Les dimensions principales du stator ont été présentées dans le tableau 9. La figure 33
montre le plan des tôles, ainsi que le schéma développé du bobinage qui comporte 47 spires
par encoche (1 conducteur est bobiné par 13 conducteurs de diamètre 0.56 mm en parallèle
pour obtenir un conducteur de section 3.2 mm2) et 2 encoches par pôle par phase.
Avec un coefficient de remplissage d‟encoches KR = 0.5, les 36 encoches sont bobinées
identiquement comme indiqué sur la figure 33.
Notons que le stator a été dimensionné pour pouvoir être associé à un rotor avec des
aimants Néodyme Fer Bore d‟induction rémanente égale à 1.1 T (à 25°C). Les tôles
magnétiques, de type FeSi NO20, sont assemblées à l‟aide d‟un outillage spécifique et
imprégnées avec du vernis d‟imprégnation classe H (Tmax =180°C).
Nous avons choisi un bobinage imbriqué à pas diamétral maximisant le flux par pôle et
nous avons retenu une réalisation en demi-section afin de réduire les longueurs des chignons
des bobines. La tension diélectrique retenue (entre phases et entre bobinage et masse) peut
supporter jusqu‟à 5 kV.
58
Figure 33: Bobinage, plan des tôles et photographie du stator
IV.1.2. Rotor
Le rotor de la machine est de type aimants permanents Néodyme-Fe-Bore grade NH30.
Les dimensions des aimants, de la culasse rotorique sont présentées dans la figure 34 : ces
paramètres sont issus du cahier des charges présenté ci-dessous.
Compte tenu des caractéristiques de robustesse mécanique du rotor, une pré-étude de
conception, menée par Novelté système, a conduit à coller les aimants manuellement sur le
rotor afin d‟éviter un frettage onéreux. De plus, il faut noter que la température maximale de
travail des aimants est limitée à 120°C afin d‟éviter une démagnétisation causée par un
échauffement excessif. La culasse rotorique de la génératrice en acier doux (X48) est ensuite
équilibrée par enlèvement de matière.
59
Figure 34: Vue d’ensemble du rotor
La figure 35 présente une vue éclatée du prototype de génératrice (culasse, stator, rotor,
flasques…). Le cahier des charges complet et la pré-étude sur la partie mécanique du rotor et
du stator en régime nominal et en court-circuit, ainsi que la description détaillée des
matériaux et caractéristiques de la génératrice sont présentés dans le IV.2. de ce chapitre.
Figure 35
Figure 35: Vue d’ensemble du rotor
60
IV.2. Cahier de charge et plan de réalisation
IV.2.1. Cahier de charges
Les principaux éléments du cahier des charges pour la réalisation d‟un prototype sont
représentés comme suit :
Figure 36: Géométrie de la machine
Figure 37: Géométrie d’une encoche
61
Tableau 9: Paramètres du cahier des charges
Paramètres géométriques
Nombre de phases 3
Nombre de conducteur par spire Nce 10
Section du conducteur
scond mm2 3.2
Nombre d'encoche par pôle/phase Nepp 3
Nombre de paire de pôles p 3
Coefficient de remplissage Kr 0.35
Facteur de remplissage des aimants Kp 0.833
Entrefer g mm 1.18
Rayon d'alésage rs mm 70.5
Longueur active lr mm 48.5
Epaisseur de la culasse dy mm 14.1
Rayon extérieur du rotor rrotor mm 64.3
Epaisseur du rotor dr mm 14.1
Epaisseur de l'aimant lm mm 4.9
Paramètre d‟encoche h1 h1 mm 19.1
Paramètre d‟encoche h2 h2 mm 0.7
Paramètre d‟encoche h3 h3 mm 1.41
Paramètre d‟encoche b1 b1 mm 5.5
Paramètre d‟encoche b2 b2 mm 2.7
Paramètre d‟encoche b3 b3 mm 4.1
Paramètres magnétiques
Champ coercitif (A.m) 8.34
105
Induction rémanente Br T 1.1
Induction dans la culasse By T 1.8
Paramètres électriques estimés
Résistance statorique Rs Ohm 0.13
62
Inductance synchrone Ls mH 1.41
Flux magnétique Φs Wb 0.21
Paramètres Résultats
Paramètres de conception
Rrl 0.80
Rdr 0.25
By [T] 20 mm
p 3
Js [A.mm-2
]
Pdim [W] 5000 w
Nepp 2
Ωdim [rad.s1] 110.71 rad/s
Masse
Mcr 5,844 kg
Maimant 0.1628kg
Mrotor 6.0068kg
Mcs 10.422kg
Mdents 4.094kg
Mstator 14.516kg
Mcuivre 14.658
Mgénératrice 35.1808kg
Paramètres du redresseur
Idc 97.47 A
Rdc 0.27 Ω
63
Ldc 0.035 mH
Φsdc 3.48 wb
Esdc 75.52 V
Vdc 159.99 V
Paramètres batteries
Vbatterie 138.61 V
Les éléments fonctionnels complémentaires à cette machine électrique prototype sont
les suivants :
- Aimants NdFeB de 1.1 T à 25 °C, de géométrie non incliné et de largeur identique à la
longueur de fer,
- Température maximale de travail des aimants : 120 °C,
- Tôles FeSi NO20 (0.2 mm d‟épaisseur),
- Paquet de tôles non incliné avec un foisonnement souhaité de 94%,
- Bobinage diamétral imbriqué en demi section (réduction des longueurs de chignon =
réduction de la résistance de phase). La figure 38 illustre le type de bobinage retenu,
- Sortie des 3 phases sur bornier,
- Instrumentation du bobinage avec 3 capteurs de température (thermocouples de type K
de 200 mm de diamètre - 1 par phase – localisation précise à définir),
- Longueur de sortie des fils de thermocouple : 2 m,
- Classe de température du bobinage et isolants : H (180 °C),
- Température nominale de fonctionnement du bobinage : 140 °C,
- Pas d‟imprégnation du bobinage,
Figure 38:Bobinage retenu
- Tension diélectrique retenue (entre phases et entre bobinage et masse) : 1500 V,
64
- Rotor de la machine en acier doux (XC48 ou XC38),
- La longueur externe de la machine n‟est pas contrainte (degré de liberté pour la
réalisation des chignons de bobinage),
- Machine prototype de test à double sortie d‟arbre,
- Utilisation de l‟accouplement existant entre le couplemètre et la machine de test,
- Adaptation du codeur existant sur l‟autre sortie d‟arbre,
- Machine de laboratoire non soumise à des contraintes agressives extérieures de type
sable, particules, eau, ambiance marine…,
- Machine démontable occasionnellement,
- Pas de contraintes vibratoires à tenir,
- Pas de contrainte particulière sur l‟endurance et la durée de vie
- Pas de refroidissement thermique particulier (carter extérieur sans ailettes mais
quelques trous sur les côtés pour permettre une circulation naturelle d‟air),
- Machine de laboratoire non étanche (IP 20).
IV.2.2. Plan de réalisation
65
Figure 39(a):vue éclaté de la génératrice
66
Figure 39(b):vue face et vue en coupe de la génératrice
IV.3. Réalisation et test d’un prototype model réduit
L‟un des objectifs majeur de ce mémoire est la réalisation d‟un prototype d‟éolienne
conforme au cahier de charge établi au paragraphe précédent. Dans cette partie il sera
question de décrire le processus de réalisation de notre prototype, la méthode de fabrication
ainsi que les résultats obtenu.
IV.2.3.1. Méthodologie
La méthodologie de réalisation du prototype est très simple :
- Tout d‟abord nous avons fixé une puissance de référence P= 250W que devrait fournir
notre prototype model réduit ;
- En utilisant la loi de Betz Pm= P = ρπr2v
3 nous avons calculé la longueur des
pales de notre prototype model réduit r = Pm = 250 = 0,75m
- Pour les performances des pales, le profil aérodynamique NACA 4412 a été utilisé
- Réalisation d‟une matrice en bois
- Moulage de la fibre de verre
- Montage des éléments de la nacelle (génératrice)
IV.2.3.2. Procédure
67
En ce qui concerne la procédure de fabrication de notre éolienne, nous avons utilisé la
démarche suivante pour mener à bien notre projet :
- Sur une planche de dimension : 75 cm de long ; 30 cm de large et 5 cm d‟épaisseur,
nous avions tracé dix sections égale de 7.5 cm de longueur (Photo1 Annexe A) ce qui nous a
permis de calculer les profils de ces dix sections (tableau 1 Annexe A)
- Par la suite nous avons usiné les sections du profil deux par deux que nous avons
assemblé pour former une matrice de la pale (photo 2 Annexe A) ;
- Une fois la matrice assemblée, nous avons utilisé une résine semblable à celle utilisé
dans les ateliers de tôlerie (photo 3 Annexe A) et une laine en fibre de verre pour mouler les
pales (photo 4 Annexe A). Le moulage de la fibre de verre est une opération complexe surtout
quand il s‟agit d‟un composite comme dans notre cas. Simplement nous avons utilisé une
couche de fibre de verre, un squelette métallique fait d‟un grillage léger en aluminium sur
lequel on applique la résine
- Une fois les pales moulées, elles doivent être équilibrées. L‟équilibrage consiste à
poncer l‟excédent de masse sur les pales jusqu‟à ce que les trois pales atteignent la même
masse qui est de 1.250g dans notre cas (photo 5 Annexe A). Ceci permet d‟éviter les
vibrations qui peuvent endommager la machine au cours de son fonctionnement.
- Pour la génératrice nous avons utilisé un model synchrone a aimant permanant
pouvant développer une puissance de 350W que nous avons accouplé directement avec
l‟hélice (sans variateur de vitesse). Photo 6 Annexe A
- La Nacelle est faite en plaque d‟acier de 0,6cm d‟épaisseur que nous avons usiné par
pressage pour lui donner la forme adéquate pour loger la génératrice et autres composants
(Photo 6 Annexe A)
IV.2.3.3. Matériel utilisé et Résultat
Le matériel utilisé pour réaliser notre prototype est :
- Une planche de bois ;
- de la laine de fibre de verre ;
- un grillage métallique en aluminium léger ;
- du mastique polyester, du mastique fibre ainsi qu‟un catalyseur tous de marque
KAPCI ;
- une plaque métallique en acier de 0,6 cm d‟épaisseur.
En ce qui concerne les résultats de notre travail nous avons fait un test en condition
réelle. Le dispositif expérimental est composé de l‟éolienne conçu au cours de ce travail
68
auquel on a accouplé un voltmètre branché sur le calibre 200 en tension alternative (photo 1 et
2)
Photo 1: montage du dispositif expérimentale
Les résultats obtenus pendant ces tests sont satisfaisants car avec des vitesses de vent
relativement faible et avec un couplage direct sans variateur nous avons enregistré des
tensions de 9.9 V ; 10V et même un pic de 12V. Les photos 2 montrent quelques résultats de
notre test.
Photo 2 : quelques résultats montrés par le voltmètre pendant l’expérience
69
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Dans un contexte écologique de plus en plus prégnant, ce mémoire est une contribution
au domaine des énergies renouvelables, particulièrement dans le secteur dit du « petit éolien
». Un état de l‟art ciblé sur l‟énergie éolienne nous a montré que l‟utilisation de l‟énergie
contenue dans le vent date de la plus haute antiquité orientale. L‟emploi de la voile pour la
navigation des bateaux remonterait à 5000 ans en Egypte. Cette forme d‟énergie a ensuite
évolué à travers les civilisations Chinoises et Occidentales pour aboutir à la production
d‟énergie électrique comme nous la connaissons actuellement. Ce qui fait de l‟énergie
éolienne une des plus vieille forme d‟énergie utilisé par l‟Homme. Actuellement dans le
monde, l‟énergie éolienne occupe la troisième place des énergies les plus utilisées par
l‟homme derrière les combustibles fossiles avec un pourcentage de 16,9%. La Chine, les Etats
Unis, l‟Allemagne et l‟Espagne occupe les quatre premiers rangs dans le monde en terme de
capacité éolienne installé avec respectivement : 42300MW, 40159 MW, 27214MW, et 20676
MW de capacité éolienne totale d‟après GWEC. Le continent africain particulièrement
l‟Afrique subsaharienne reste encore à la traine dans ce domaine.
Le travail présenté dans ce mémoire concerne la conception et la réalisation d‟une
chaîne éolienne de petite puissance (5kW) pour une maison d‟habitation malgache ou
camerounaise. L‟objectif était d‟apporter une solution au problème de l‟insuffisance
énergétique africaine et en particulier à Madagascar et au Cameroun. Celle-ci pourra
permettre à nos villes et campagnes de pouvoir accéder à l‟électricité à bas coût tout en
luttant contre le réchauffement climatique et en préservant l‟environnement. Cependant, le
dispositif éolien à optimiser fait cohabiter plusieurs phénomènes physiques fortement couplés
: aérodynamiques – mécaniques – électriques – thermique. Afin de prendre en compte ces
couplages, il est nécessaire de considérer le système dans sa globalité lors de son
dimensionnement. Pour cela, nous avons développé un modèle de dimensionnement pour
caractériser les différents éléments constituant la chaîne éolienne de la source jusqu‟à
l‟utilisation.
La démarche que nous avons utilisée pour élaborer notre méthode de dimensionnement
par optimisation consiste à développer un modèle de pré dimensionnement de la génératrice
synchrone à aimants permanent. Ce modèle permet de déterminer les paramètres électriques à
partir des paramètres géométriques et magnétiques de la génératrice. Nous avons couplé ce
modèle de pré dimensionnement analytique à un modèle comportemental de la chaîne
éolienne qui permet de prendre en compte les différents phénomènes physique existant dans
70
le système éolien : aérodynamique – électrique – mécanique – thermique. Le couplage de ces
modèles, nous a permis d‟évaluer les critères à optimiser. Les résultats de notre travail
contenu dans le tableau 9 nous montrent que le modèle dimensionné dans ce travail peut
fournir une puissance de 5kW pour une longueur active de 9,78cm et un rayon total de
11,75cm. L‟hélice dimensionnée pour fournir la puissance mécanique de 5kW a un rayon de
3m et doit être vrillé pour optimiser son rendement. Un dispositif model réduit de la chaine
éolienne a été réalisé et testé. Les résultats de ces tests nous montrent que l‟éolienne
dimensionnée dans ce travail peut être utilisé avec un bon rendement dans une maison
d‟habitation. Cela atteste que le modèle conçu dans ce travail est bien fonctionnel. Un tel
dispositif peut être très important dans les pays africains qui connaissent un déficit en énergie
électrique et surtout dans les campagnes qui sont rarement connecté au le réseau électrique.
Cette génératrice pouvant fournir une puissance de 5kW peut aisément être utilisé pour
alimenter une maison malgache ou camerounaise dans les villes comme dans les campagnes.
Comme le montre les plans de construction de la génératrice synchrone à aimant permanent,
ce model simpliste offre une grande facilité de fabrication qui permet de réduire les coûts de
la chaine éolienne dimensionnée dans ce mémoire et le rendant plus facile à mettre en œuvre
en Afrique.
Dans la continuité des travaux que nous avons effectués, plusieurs points peuvent être
développés :
-Validation expérimentale des résultats issus de l‟optimisation, par la réalisation d‟une
ou deux configurations optimisées ;
- Réalisation d‟un modèle grandeur réelle de la chaine de conversion afin de tester
chaque composant du système dans les conditions réelle de fonctionnement ;
- Utilisation des modèles plus fins, "un dimensionnement basé sur une méthode semi
analytique ";
- Faire des simulations informatiques poussées avec des algorithmes comme FEMM
pour simuler la résistance de la génératrice ;
- Utilisation de méthodes d‟optimisation plus robuste ;
- Extension de l‟optimisation système sur une chaîne éolienne de plus forte puissance
couplée à un bus continu de valeur plus importante, directement « couplage au réseau »
- Interconnexion avec d‟autres sources d‟énergie renouvelable (photovoltaïque) ou
optimisation d‟une ferme éolienne (détermination de la taille et de la modularité des turbines).
71
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE
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horizontal et l'utilisation de la CAO dans sa conception ", Université Biskra, 2010.
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Switzerland, Aug. 2006.
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TiziOuzou, 2010.
73
ANNEXE A : PHOTOS DE LA REALISATION DU PROTOTYPE
Photo 1: Schéma des pales sur une matrice en bois
Photo 2 : Se ctions des pales usinées selon le profil NACA 4412
Photo 3 : Assemblage de la matrice en bois à l‟aide d‟un mastique polyester
Photo 4 : Moulage de la fibre de verre
74
Photo 5 : équilibrage des pales (à gauche étalonnage de la balance et à droites pésage d‟une
pale)
Photo 6 : Génératrice et son couplage avec la nacelle et ses éléments
Photo 7 : Mat Photo 8 : Gouvernail Photo 9 : Multimètre
75
Tableau 1: Tableau des coordonnées des différentes sections du profil de la pale du prototype
modèle réduit
Catalogue NACA 4412
Coordonnées en % de la corde du
NACA 4412 à 100%
d'envergure.26 points pour
l'intrados et 26 points pour
l'extrados
Coordonnées en % de la
corde du NACA4412 à 10 %
d‟envergure. 26 points pour
l‟intrados,
26 pour l‟extrados
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0,501408 1,656338 -0,88563
0,065183 0,215324 -0,11513
0,070197 0,231887 -0,12399
0,749296 1,95493 -1,10986
0,097408 0,254141 -0,14428
0,104901 0,27369 -0,15538
1,250704 2,44507 -1,4338
0,162592 0,317859 -0,18639
0,175099 0,34231 -0,20073
2,501408 3,380282 -1,94873
0,325183 0,439437 -0,25334
0,350197 0,473239 -0,27282
5,002817 4,732394 -2,48338
0,650366 0,615211 -0,32284
0,700394 0,662535 -0,34767
7,498592 5,757746 -2,7431
0,974817 0,748507 -0,3566
1,049803 0,806085 -0,38403
10 6,597183 -2,86366
1,3 0,857634 -0,37228
1,4 0,923606 -0,40091
15,00282 7,887324 -2,87944
1,950366 1,025352 -0,37433
2,100394 1,104225 -0,40312
20 8,794366 -2,73183
2,6 1,143268 -0,35514
2,8 1,231211 -0,38246
25,00282 9,408451 -2,50873
3,250366 1,223099 -0,32614
3,500394 1,317183 -0,35122
30 9,757746 -2,25972
3,9 1,268507 -0,29376
4,2 1,366085 -0,31636
35,00282 9,887324 -2,01634
4,550366 1,285352 -0,26212
4,900394 1,384225 -0,28229
40 9,802817 -1,80282
5,2 1,274366 -0,23437
5,6 1,372394 -0,25239
45,00282 9,55493 -1,60563
5,850366 1,242141 -0,20873
6,300394 1,33769 -0,22479
50 9,194366 -1,39887
6,5 1,195268 -0,18185
7 1,287211 -0,19584
55,00282 8,715493 -1,19324
7,150366 1,133014 -0,15512
7,700394 1,220169 -0,16705
60 8,140845 -0,99549
7,8 1,05831 -0,12941
8,4 1,139718 -0,13937
65,00282 7,464789 -0,81239
8,450366 0,970423 -0,10561
9,100394 1,04507 -0,11374
70 6,698592 -0,64845
9,1 0,870817 -0,0843
9,8 0,937803 -0,09078
75,00282 5,83662 -0,50535
9,750366 0,758761 -0,0657
10,50039 0,817127 -0,07075
80 4,884507 -0,38535
10,4 0,634986 -0,0501
11,2 0,683831 -0,05395
85,00282 3,83662 -0,28901
11,05037 0,498761 -0,03757
11,90039 0,537127 -0,04046
90,00563 2,698592 -0,21465
11,70073 0,350817 -0,0279
12,60079 0,377803 -0,03005
95,00282 1,464789 -0,16113
12,35037 0,190423 -0,02095
13,30039 0,20507 -0,02256
100,0056 0 0
13,00073 0 0
14,00079 0 0
l=13 l=13 l=13
l=14 l=14 l=14
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0,075211 0,248451 -0,13285
0,077718 0,256732 -0,13727
0,082732 0,273296 -0,14613
0,112394 0,293239 -0,16648
0,116141 0,303014 -0,17203
0,123634 0,322563 -0,18313
0,187606 0,366761 -0,21507
0,193859 0,378986 -0,22224
0,206366 0,403437 -0,23658
0,375211 0,507042 -0,29231
0,387718 0,523944 -0,30205
0,412732 0,557746 -0,32154
0,750423 0,709859 -0,37251
0,775437 0,733521 -0,38492
0,825465 0,780845 -0,40976
1,124789 0,863662 -0,41146
1,162282 0,892451 -0,42518
1,237268 0,950028 -0,45261
1,5 0,989577 -0,42955
1,55 1,022563 -0,44387
1,65 1,088535 -0,4725
2,250423 1,183099 -0,43192
2,325437 1,222535 -0,44631
2,475465 1,301408 -0,47511
3 1,319155 -0,40977
3,1 1,363127 -0,42343
3,3 1,45107 -0,45075
76
3,750423 1,411268 -0,37631
3,875437 1,45831 -0,38885
4,125465 1,552394 -0,41394
4,5 1,463662 -0,33896
4,65 1,512451 -0,35026
4,95 1,610028 -0,37285
5,250423 1,483099 -0,30245
5,425437 1,532535 -0,31253
5,775465 1,631408 -0,3327
6 1,470423 -0,27042
6,2 1,519437 -0,27944
6,6 1,617465 -0,29746
6,750423 1,433239 -0,24085
6,975437 1,481014 -0,24887
7,425465 1,576563 -0,26493
7,5 1,379155 -0,20983
7,75 1,425127 -0,21683
8,25 1,51707 -0,23081
8,250423 1,307324 -0,17899
8,525437 1,350901 -0,18495
9,075465 1,438056 -0,19688
9 1,221127 -0,14932
9,3 1,261831 -0,1543
9,9 1,343239 -0,16426
9,750423 1,119718 -0,12186
10,07544 1,157042 -0,12592
10,72546 1,23169 -0,13405
10,5 1,004789 -0,09727
10,85 1,038282 -0,10051
11,55 1,105268 -0,10699
11,25042 0,875493 -0,0758
11,62544 0,904676 -0,07833
12,37546 0,963042 -0,08338
12 0,732676 -0,0578
12,4 0,757099 -0,05973
13,2 0,805944 -0,06358
12,75042 0,575493 -0,04335
13,17544 0,594676 -0,0448
14,02546 0,633042 -0,04769
13,50085 0,404789 -0,0322
13,95087 0,418282 -0,03327
14,85093 0,445268 -0,03542
14,25042 0,219718 -0,02417
14,72544 0,227042 -0,02497
15,67546 0,24169 -0,02659
15,00085 0 0
15,50087 0 0
16,50093 0 0
l=15 l=15 l=15
l=15,5 l=15,5 l=15,5
l=16,5 l=16,5 l=16,5
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0,085239 0,281577 -0,15056
0,090254 0,298141 -0,15941
0,092761 0,306423 -0,16384
0,12738 0,332338 -0,18868
0,134873 0,351887 -0,19977
0,13862 0,361662 -0,20532
0,21262 0,415662 -0,24375
0,225127 0,440113 -0,25808
0,23138 0,452338 -0,26525
0,425239 0,574648 -0,33128
0,450254 0,608451 -0,35077
0,462761 0,625352 -0,36052
0,850479 0,804507 -0,42217
0,900507 0,851831 -0,44701
0,925521 0,875493 -0,45943
1,274761 0,978817 -0,46633
1,349746 1,036394 -0,49376
1,387239 1,065183 -0,50747
1,7 1,121521 -0,48682
1,8 1,187493 -0,51546
1,85 1,220479 -0,52978
2,550479 1,340845 -0,4895
2,700507 1,419718 -0,5183
2,775521 1,459155 -0,5327
3,4 1,495042 -0,46441
3,6 1,582986 -0,49173
3,7 1,626958 -0,50539
4,250479 1,599437 -0,42648
4,500507 1,693521 -0,45157
4,625521 1,740563 -0,46412
5,1 1,658817 -0,38415
5,4 1,756394 -0,40675
5,55 1,805183 -0,41805
5,950479 1,680845 -0,34278
6,300507 1,779718 -0,36294
6,475521 1,829155 -0,37302
6,8 1,666479 -0,30648
7,2 1,764507 -0,32451
7,4 1,813521 -0,33352
7,650479 1,624338 -0,27296
8,100507 1,719887 -0,28901
8,325521 1,767662 -0,29704
8,5 1,563042 -0,23781
9 1,654986 -0,2518
9,25 1,700958 -0,25879
9,350479 1,481634 -0,20285
9,900507 1,568789 -0,21478
10,17552 1,612366 -0,22075
10,2 1,383944 -0,16923
10,8 1,465352 -0,17919
11,1 1,506056 -0,18417
11,05048 1,269014 -0,13811
11,70051 1,343662 -0,14623
12,02552 1,380986 -0,15029
11,9 1,138761 -0,11024
12,6 1,205746 -0,11672
12,95 1,239239 -0,11996
12,75048 0,992225 -0,08591
13,50051 1,050592 -0,09096
13,87552 1,079775 -0,09349
13,6 0,830366 -0,06551
14,4 0,879211 -0,06936
14,8 0,903634 -0,07129
14,45048 0,652225 -0,04913
15,30051 0,690592 -0,05202
15,72552 0,709775 -0,05347
15,30096 0,458761 -0,03649
16,20101 0,485746 -0,03864
16,65104 0,499239 -0,03971
16,15048 0,249014 -0,02739
17,10051 0,263662 -0,029
17,57552 0,270986 -0,02981
17,00096 0 0
18,00101 0 0
18,50104 0 0
l=17 l=17 l=17
l=18 l=18 l=18
l=18,5 l=18,5 l=18,5
77
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,095268 0,314704 -0,16827 0,097775 0,322986 -0,1727 0,100282
0,3312
68 -0,17713
0,142366 0,371437 -0,21087 0,146113 0,381211 -0,21642 0,149859
0,3909
86 -0,22197
0,237634 0,464563 -0,27242 0,243887 0,476789 -0,27959 0,250141
0,4890
14 -0,28676
0,475268 0,642254 -0,37026 0,487775 0,659155 -0,38 0,500282
0,6760
56 -0,38975
0,950535 0,899155 -0,47184 0,975549 0,922817 -0,48426 1,000563
0,9464
79 -0,49668
1,424732 1,093972 -0,52119 1,462225 1,122761 -0,5349 1,499718
1,1515
49 -0,54862
1,9 1,253465 -0,5441 1,95 1,286451 -0,55841 2
1,3194
37 -0,57273
2,850535 1,498592 -0,54709 2,925549 1,538028 -0,56149 3,000563
1,5774
65 -0,57589
3,8 1,67093 -0,51905 3,9 1,714901 -0,53271 4
1,7588
73 -0,54637
4,750535 1,787606 -0,47666 4,875549 1,834648 -0,4892 5,000563
1,8816
9 -0,50175
5,7 1,853972 -0,42935 5,85 1,902761 -0,44065 6
1,9515
49 -0,45194
6,650535 1,878592 -0,3831 6,825549 1,928028 -0,39319 7,000563
1,9774
65 -0,40327
7,6 1,862535 -0,34254 7,8 1,911549 -0,35155 8
1,9605
63 -0,36056
8,550535 1,815437 -0,30507 8,775549 1,863211 -0,3131 9,000563
1,9109
86 -0,32113
9,5 1,74693 -0,26579 9,75 1,792901 -0,27278 10
1,8388
73 -0,27977
10,45054 1,655944 -0,22672 10,72555 1,699521 -0,23268 11,00056
1,7430
99 -0,23865
11,4 1,546761 -0,18914 11,7 1,587465 -0,19412 12
1,6281
69 -0,1991
12,35054 1,41831 -0,15435 12,67555 1,455634 -0,15842 13,00056
1,4929
58 -0,16248
13,3 1,272732 -0,12321 13,65 1,306225 -0,12645 14
1,3397
18 -0,12969
14,25054 1,108958 -0,09602 14,62555 1,138141 -0,09854 15,00056
1,1673
24 -0,10107
15,2 0,928056 -0,07322 15,6 0,952479 -0,07514 16
0,9769
01 -0,07707
16,15054 0,728958 -0,05491 16,57555 0,748141 -0,05636 17,00056
0,7673
24 -0,0578
17,10107 0,512732 -0,04078 17,5511 0,526225 -0,04186 18,00113
0,5397
18 -0,04293
18,05054 0,27831 -0,03061 18,52555 0,285634 -0,03142 19,00056
0,2929
58 -0,03223
19,00107 0 0 19,5011 0 0 20,00113 0 0
l=19 l=19 l=19 l=19,5 l=19,5 l=19,5 l=20 l=20 l=20
78
ANNEXE B : Quelques données Climatique de Madagascar et du Cameroun (RETScreen)
Feuille de calcul « Démarrer »
Tableau1 : des données Climatique de Madagascar fourni par le logiciel RETScreen
International
79
80
Tableau1 : des données Climatique du Cameroun fourni par le logiciel RETScreen
International
81
ANNEXE C : AUTRES PHOTOS
