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L'éolienne à axe vertical

Article de présentation

Bien qu'à caractère commercial, j'ai jugé bon de publier cet article car il démontre bien qu'il est aujourd'hui possible de se passer de l'énergie nucléaire, même dans le milieu industriel ou en collectif.

EcliptuX

Le STATOEOLIEN est une éolienne à axe vertical, constituée d'un stator fixe et d'un rotor mobile, destinée à être implantée en milieu urbain. Il offre la possibilité de produire de l'énergie renouvelable au coeur des villes tout en s'intégrant parfaitement esthétiquement et techniquement aux structures bâties. Il est adapté aux vents urbains à fort caractère turbulent, ainsi qu'aux contraintes architecturales modernes.

Caractéristiques Aérodynamiques

Le caractère axisymétrique du STATOEOLIEN lui permet d'être totalement indépendant vis-à-vis de la direction du vent. En effet, les ailettes fixes du stator et les aubes mobiles du rotor sont réparties de manière symétrique autour de l'axe vertical de la machine, ne favorisant ainsi aucune direction privilégiée de fonctionnement. Il en résulte un fonctionnement optimal quelle que soit la direction du vent, ce qui est particulièrement utile en milieu urbain, dans la mesure où les écoulements turbulents se manifestent par des changements fréquents de direction.

Principes du Stator

L'utilisation d'un stator présente trois avantages principaux :

  1. Tout d'abord, le stator permet de canaliser de manière optimale l'écoulement de l'air sur l'intrados des aubes rotor, afin de générer le maximum de puissance.
  2. Le stator offre la possibilité d'intégrer à la machine une structure tubulaire rigide, ce qui permet au STATOEOLIEN de résister à des vents violents. Cette structure entoure le rotor et le maintient solidement, récupérant ainsi tous les efforts et les vibrations aérodynamiques qu'il génère (tourbillons au niveau des aubes, variation cyclique du couple appliqué à l'arbre...).
  3. Lorsque les aubes rotor présentent leur extrados au vent, elles génèrent un couple opposé au sens de rotation normal. Il en résulte une chute de puissance. C'est pourquoi le stator a été conçu pour générer au niveau de cette zone dite "frein" des turbulences qui vont empêcher le vent de pénétrer dans la machine et donc de la freiner.

Caractéristiques Mécaniques

Rigidité de la structure stator

La structure tubulaire du STATOEOLIEN lui permet de résister à des vents supérieurs à 220 km/h, tout en restant compacte et esthétique (absence de haubans ou de systèmes externes d'ancrage). Par ailleurs, les ailettes stator et les aubes rotor sont maintenues à leurs deux extrémités, ce qui élimine les problèmes de stabilité mécanique dus à un montage en porte-à-faux.
En effet, la fixation d'un profil aérodynamique (aile d'avion ou pales d'éolienne à hélices par exemple) entraîne une instabilité mécanique, qui devient source de vibrations et de fatigue du matériau.
Par ailleurs, le STATOEOLIEN ne nécessite pas l'utilisation d'un pylône lorsqu'il est implanté sur une construction : il s'installe directement sur la structure du toit.

En revanche, un pylône peut devenir nécessaire lorsqu'aucune construction ne peut recevoir la machine (installations en milieux isolés, pompage d'eau...).

Comparaison entre une structure en porte-à-faux (à gauche) et une structure maintenue à ses deux extrémités (à droite).

La première est instable mécaniquement (vibrations, contraintes élevées au niveau de l'encastrement).
En revanche, la seconde répartit aussi bien les efforts que les vibrations au encastrements. Elle conduit à une stabilité maximale.

Légèreté du rotor

Le rotor est fabriqué en aluminium, de manière à réduire son poids, et ainsi de pouvoir moduler rapidement sa vitesse de rotation en fonction de la vitesse du vent.

Facilité d'intégration

L'aspect compact du STATOEOLIEN et sa forme cylindrique lui permettent de s'adapter à un grand nombre de configuration architecturales. Il s'intègre donc parfaitement aussi bien à des toits plans qu'à des charpentes inclinées.

Fonctionnement en couple et non pas en vitesse de rotation

Le STATOEOLIEN fonctionne en couple et non en vitesse de rotation, ce qui se traduit par une réduction de la vitesse linéaire des aubes rotor. Alors que la vitesse en bout de pales des éoliennes à hélices peut facilement atteindre 400 km/h, les aubes du STATOEOLIEN ne dépassent pas 85 km/h, ce qui élimine les vibrations et réduit considérablement les efforts centrifuges. Par ailleurs, de faibles vitesses de rotation offrent un niveau de sécurité amélioré (réduction du temps d'arrêt d'urgence).

Absorption des vibrations

Toute la structure tubulaire du STATOEOLIEN a été étudiée de manière à ne générer que très peu de vibrations dues au phénomène de résonance. En parallèle, le STATOEOLIEN est équipé de suspensions élastomères destinées à filtrer les vibrations qui pourraient être transmises au bâtiment (absorption des fréquences propres de la structure métallique). Il en résulte un niveau sonore en fonctionnement particulièrement faible, voire nul.

Insensibilité aux agressions extérieures

Le stator est construit en acier peint, et le rotor en aluminium, ce qui élimine tout risque de corrosion prématurée ou de dégradation des propriétés mécaniques des composants de la machine suite aux agressions extérieures telles que les UV, le vent, la chaleur, ou encore les atmosphères salines. Il en résulte une fiabilité accrue et une diminution des opérations de maintenance. Quant à la chaîne électrotechnique, elle est dimensionnée selon la norme IP 54, qui la protège contre les projections d'eau et la poussière.

Sécurité et Maintenance réduite

Dans la mesure où le STATOEOLIEN est destiné à fonctionner en milieu urbain, il se doit d'être parfaitement conçu d'un point de vue sécurité. C'est pourquoi il est équipé de plusieurs dispositifs de sécurité : d'une part d'un dispositif de limitation de la vitesse de rotation pour des vents supérieurs à 150 km/h, et d'autre part d'un frein à disque électromécanique par manque de courant intégré au générateur, qui stoppe la machine en cas de panne de courant, de danger, ou de vibration anormale (capteur intégré). Il est utile de rappeler que le stator constitue lui-même un dispositif de sécurité puisqu'il réduit l'accès, de personnes comme d'objets, au rotor en mouvement. Enfin, des dispositifs anti-basculement équipent chaque point d'ancrage (4 au total) de la machine. Ces derniers éliminent les risques d'arrachement par basculement de la machine lors de tempêtes.

Par ailleurs, le STATOEOLIEN a été conçu de manière à réduire au maximum les opérations de maintenance. Ainsi, les roulements (palier auto-aligneur et roulement conique situés respectivement au sommet et à la base du rotor) sont garantis à vie, et leur vérification est réalisable très facilement grâce à un système de cage du roulement entièrement démontable. En ce qui concerne le multiplicateur, une vidange tous les 4 ans et un changement complet tous les 10 ans sont nécessaires. Quant à la chaîne électrotechnique (générateur, électronique de puissance), elle devra faire l'objet d'un contrôle annuel, de la même manière que l'éolienne entière. Ces opérations de maintenance seront facilitées par le fait que la machine n'est pas installée au sommet d'un pylône, mais placée sur un toit. De plus, elles seront réalisées dans des conditions de sécurité optimales.

Récapitulatif des avantages mécaniques

  • Facilité d'intégration
  • Fiabilité élevée
  • Faible niveau sonore
  • Sécurité élevée
  • Maintenance réduite
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Source :

  • Article provenant du site Archi-art.net
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