Introduction:Le vent est une consquence de l'nergie solaire. Les masses d'air sont plus ou moins chauffes par le soleil, elles ont donc des tempratures diffrentes ce qui provoque des mouvements d'air, le vent. Les arognrateurs, autre nom des oliennes, captent l'nergie du vent grce aux ples et la transforment en lectricit. Le but de ce travail est de faire le point sur les diffrents types de technologies actuelles, le choix dun type particulier adapt au besoins prescrits par le cahier de charge dans notre cas dtude, faire le dimensionnement de cette olienne et finalement en faire une valuation technico-conomiqueEn fait, une olienne est un quipement qui utilise la force du vent pour pomper leau ou pour produire de llectricit. Les oliennes les plus connues sont celles qui servent produire de llectricit. Elles peuvent tre installes dans des parcs exposes au vent (parcs oliens), on parle doliennes industrielles possdant une hauteur de 50 120m et un diamtre de 4 6 mtres, de puissance qui va de 100kW jusqu 40 MW. Elles peuvent galement tre installes dans des maisons, pour usage domestique, do lappellation olienne domestique ou petit olienne. Elles sont limites des petites puissances variant entre 15 et 100 kW, et une hauteur ne dpassant pas les 30 mtres.

Les composants dune olienne:Une olienne axe horizontale (les plus courantes) se compose de plusieurs lments. Les schma ci-dessous prsente ces principaux composants.

1. La tour: La tour a une fonction structurelle de soutien. Elle permet de placer lensemble de lolienne la hauteur dsire et de supporter la masse du systme.2. Les pales: Elles constituent ce que lon appelle le rotor et se mettent en rotation sous leffet du vent.3. Arbre lent: Cette pice fait le lien entre les pales (2) et la boite dengrenage (10) . Il tourne la mme vitesse que les pales.4. Arbre rapide: Cette pice transmet la puissance de la boite vitesse (10) lalternateur (9). Il tourne la vitesse spcifique de lalternateur (9) grce la modification obtenue par la boite dengrenage (10).5. Nacelle: La nacelle est la boite qui abrite lensemble des composantes en haut de la tour (1).6. Anmomtre: Il mesure la vitesse du vent. Reli un systme de contrle (10), il permet dactiver les mcanismes de freinage de lolienne afin de ralentir voire darrter lolienne si les vents sont trop forts.7. Girouette: Indique la direction du vent. Linformation est transmise au systme dorientation (8) via un systme de contrle lectronique (11).8. Systme dorientation: Il permet dorienter lolienne selon la direction du vent car il ne souffle pas toujours dans le mme sens.9. Alternateur: Lalternateur est compos de deux parties: un rotor et un stator. Le rotor (lectroaimant mobile) est li larbre rapide et tourne lintrieur du stator (bobine de cuivre immobiles). Linteraction magntique entre le rotor et le stator de lalternateur cre le courant lectrique dans la bobine.10. Boite dengrenage: La boite dengrenage ou boite de vitesse est un systme de transmission de puissance qui permet de rduire ou daugmenter la vitesse de rotation dun mcanisme.

Les diffrents types doliennes:Il existe plusieurs types doliennes, qui peuvent tre classs en plusieurs catgories selon le critre de classification choisi. De par leur domaine dexploitation, les oliennes peuvent tre classes en oliennes industrielles ou oliennes domestiques. Du point de vue gomtrique, et plus prcisment selon laxe de rotation du rotor, on distingue entre deux grandes familles doliennes: les oliennes axe vertical et les oliennes axe horizontal. Lolienne axe horizontal: Cette olienne a besoin de sorienter par rapport au vent pour fonctionner. Lhlice de ce type dolienne est perpendiculaire au vent sur un mt qui varie de 10 100 m en gnral. Elle possde entre 1 et 4 pales. Lhlice peut tre en amont de la machine par rapport au vent, on dit alors que lolienne est hlice au vent. Dans le cas contraire, lolienne est dite est hlice sous le vent. Cest le type le plus rpandu lheure actuelle car il possde le rendement le plus lev.Ces oliennes peuvent elles mme tre rparties sur des sous-familles. En effet, On distingue les oliennes on shore (terme amricain signifiant sur le sol cest--dire sur les continents), et les oliennes off-shore (sur la mer).

Figure: Schmas dune olienne on-shore et une olienne off-shore

Le tableau ci-dessous regroupe les avantages et inconvnients de ce type doliennesAvantagesInconvnients

Rendement lev Equipes dun systme dorientation selon la direction des vents Frais de fonctionnement faible Mieux adaptes au secteur rural Plus solides Cout moins important Moins exposes aux contraintes mcaniques que celles axe vertical.

Moins simples que celles axe vertical Pales du rotor non flexibles Trop bruyantes

Lolienne axe vertical: La particularit de ce type dolienne est quelles nont pas besoin de sorienter par rapport au vent. Cependant, leur rendement est plus faible que celui des oliennes axe vertical. Il existe deux types diffrents, Darrieus et Savonius.a- Le type Darrieus: Le principe de fonctionnement de ce type dolienne est celui dun rotor daxe vertical qui tourne au centre dun stator ailettes, il repose sur leffet deportancesubi par un profil soumis laction d'unvent relatif; effet qui s'exerce sur l'aile d'un avion. On distingue plusieurs dclinaisons autour de ce principe, depuis le simple rotor cylindrique - deux profils disposs de part et d'autre de l'axe - jusquau rotor parabolique o les profils sont recourbs entroposkineet fixs au sommet et la base de l'axe vertical.

Figure: Schma dune olienne du type Darrieus

Le tableau ci-dessous regroupe les avantages et inconvnients de ce type doliennesAvantagesInconvnients

Peut se passer dun systme dorientation Capte tous les vents quelle que soir leur direction Bonne rsistance aux vents turbulents Faible encombrement Intgrable au btiment Gnratrice pouvant tre place au sol

Rendement plus faible que les oliennes axe horizontal. Dmarrage difficile aux vents faibles. Frottements dus leffet du poids de rotor sur son socle.

b- Le type Savonius: Cest uneolienne axe vertical dont le fonctionnement du rotor est bas sur un couple arodynamique induit par la dflexion de lcoulement sur les pales. Elle est constitu de deux ou plusieurs godets demi-cylindriques lgrement dsaxs.

Figure: Schma dune olienne du type Savonius

Le tableau ci-dessous regroupe les avantages et inconvnients de ce type doliennes:AvantagesInconvnients

Capte tous les vents de toutes directions Peu encombrante (axe vertical) Faible vibrations Couple lev au dmarrage Esthtique Peu bruyante Economique Faible rendement par rapport une olienne classique Masse non ngligeable Couple non constant

Dimensionnement de lolienne:Dans cette partie nous allons essayer de mettre le point sur les tapes principales et importantes du dimensionnement dune olienne sans pour autant rentrer les dtails. Lois et formules pour le dimensionnement:Si nous considrons lolienne comme un dispositif de rcupration de lnergie fournie par le vent, notamment lnergie cintique: Ec= m V.Alors la puissance disponible travers la surface S (surface couverte par le rotor) sexprime par la formule:P = 0S V3Avec:V: Vitesse du vent en m/sS: surface balaye par les hlices en m2 0: densit de lair (1,25 Kg/m3)La loi de Betz montre que la puissance thorique maximale rcuprable par un capteur olien est gale 16/27 de la puissance incidente du vent qui traverse l'olienne. C'est--dire que Cp estmaximalpour une valeur de 16/27 soit environ 0,593. Cela signifie quil est impossible de rcuprer plus de 59% de lnergie cintique du vent. Ce qui correspond :P = 0,37 SV3.Dans le cas dune hlice de diamtre D, la surface balaye par lhlice correspond /4 D soit : P = 0,29 DV3La puissance fournie par une olienne est donc proportionnelle au carr du diamtre du rotor et au cube de la vitesse du vent.

Application:Lolienne que nous allons dimensionner (olienne domestique axe horizontal) doit subvenir 40% du besoin en lectricit dun foyer consommant 20000 kWh/an.Lolienne sera en marche le long de lanne lexception dun total darrt de 30 jours pour des raisons dentretien et de maintenance. La puissance idale de lolienne recommander est:Polienne= = 0.99 Cette valeur est possible pour diffrentes valeurs du diamtre et de vitesse moyenne du vent. Pour ne pas avoir un diamtre de rotor trs grand, il faut augmenter la hauteur du mat pour avoir accs des vents de vitesse moyenne de lordre de 15 m. Il est noter quen principe si la hauteur dpasse 12 m, un permis de construction est ncessaire. Nous allons donc prendre une hauteur de mat de 8 m.

En utilisant la loi de Betz, on peut facilement calculer le diamtre du rotor tripalique:Drotor=

Analyse Economique: Cout de base:Nous avons trouv que le cout de base de lolienne en question est:Cbase= 1970 euros (prix en 2010) Actualisation:Cactuel=

Daprs les donnes de: Indice de prix de production de l'industrie franaise pour le march franais - Prix de base - CPF 28.11 - Moteurs et turbines, sauf moteurs pour avions, automobiles, motocycles - Base 2010 - (FB0D281100)- 28.11.24. Turbines oliennes: Indice base= 100 (Janvier 2010) Indice actuel= 103.2 (Dcembre 2014)Donc:Cactuel= 2033 euros Investissement total:Equipement principal100

Montage de lquipement principal38

Intsrumentation et contrle11

Tuyautrie0

Installation Electrique9

Batiment0

Prparation du site0

Services gnraux et utilits0

Achat du terrain0

Total cout direct158%

Engineering et supervision40

Frais de construction0

ssFrais dentrepreneur0

Imprvus30

Total cout indirect70%

Total gnral228%

Ctotal = Cactuel * 228% = 4635 euros