Énergie éolienne (Physique)

Système d'énergie éolienne

L'énergie éolienne est une forme d'énergie solaire, c'est-à-dire qu'elle provient du soleil. Le soleil chauffe l'atmosphère de façon inégale, de sorte que la température varie à différents endroits. Cela entraîne des courants de convection extrêmement forts dans toute l'atmosphère, et c'est ce que nous ressentons sous forme de vent. Les irrégularités de la surface de la Terre, ainsi que sa rotation, contribuent également à ces courants de convection. Cela nous explique pourquoi l'énergie éolienne est une source d'énergie renouvelable - parce que l'énergie provient du soleil, qui sera toujours là (au moins pendant la durée de vie de l'humanité !).

Le soleil chauffe différentes parties de l'atmosphère à des températures différentes, ce qui entraîne des courants de convection - socratique.

Le schéma ci-dessus illustre comment les courants de convection se créent par étapes dans l'atmosphère terrestre :

• L'air plus frais de l'atmosphère descend et, lorsqu'il atteint les océans, s'étale, créant ainsi une brise (vent).
• Au-dessus des terres, il se réchauffe et s'élève à nouveau, et cet air ascendant contribue à former les nuages.
• Au fur et à mesure que l'air s'élève, il se refroidit et le processus recommence.

Il s'agit d'une explication très simplifiée pour te donner une idée générale et les autres facteurs mentionnés ci-dessus contribuent également au courant de convection.

Schéma de l'énergie éolienne

Comment utilise-t-on l'énergie cinétique du vent pour produire de l'électricité ? Le moyen le plus courant est l'éolienne, qui utilise l'énergie cinétique du vent pour produire de l'électricité.

Les éoliennes modernes sont généralement composées de trois pales maintenues en l'air par une tour en acier, wikipedia.

Les éoliennes sont généralement constituées de trois pales montées au sommet d'une tour en acier, comme le montre l'image ci-dessus. Le sommet de l'éolienne est souvent plus$100\mathrm{ft}$Le sommet de l'éolienne est souvent surélevé, là où la vitesse du vent est plus élevée que plus près du sol. Les pales d'une éolienne tournent de la même façon qu'un avion est maintenu en l'air. Il s'agit d'un effet appelé portance. Lorsque le vent souffle sur le côté incurvé d'une pale d'éolienne, une poche d'air à basse pression se forme sur ce côté. L'effet combiné de basse pression des poches d'air de chaque pale crée un couple et les fait tourner. Les pales tournent également sous l'effet de la force du vent contre les côtés plats, mais cet effet est beaucoup plus faible que la portance.

Les pales d'une éolienne sont incurvées et l'écoulement de l'air au-dessus d'elles produit une portance. La forme est similaire à celle d'un avion, alternative-energy-tutorials.

Les pales d'une éolienne sont reliées à un arbre de transmission qui est lui-même relié à un générateur. Lorsque les pales tournent, l'arbre de transmission tourne ainsi que le générateur, ce qui entraîne la production d'électricité. Ceci est illustré dans le diagramme ci-dessous.

Exemples d'énergie éolienne

Nous utilisons l'énergie cinétique du vent à de nombreuses fins, en plus de la production d'électricité. En fait, les humains exploitent l'énergie du vent pour voyager sur des bateaux depuis des milliers d'années !

Voile

Les voiliers utilisent l'énergie cinétique des molécules d'air en mouvement du vent pour avancer - l'énergie du vent est convertie en énergie cinétique du bateau. Tu as peut-être remarqué que lorsque les voiliers se déplacent sur l'eau, leurs voiles sont toujours courbées. Les voiles sont faites d'un matériau souple qui prend cette forme lorsqu'il est gonflé par le vent. Cette forme incurvée signifie qu'en plus d'être poussé par la pression du vent sur la voile, le bateau est également propulsé vers l'avant grâce à l'effet de portance - tout comme les pales d'une éolienne. Cet effet permet également aux bateaux de se déplacer perpendiculairement à la direction du vent.

Les voiles d'un bateau à voile utilisent le vent pour faire avancer le bateau, wikipedia.

Pompage de l'eau

L'énergie éolienne était traditionnellement utilisée pour pomper de l'eau à travers des moulins à vent, qui sont semblables à des éoliennes. Cette eau était ensuite utilisée pour abreuver le bétail et pour l'irrigation. Un moulin à vent est illustré ci-dessous, il a des pales comme une turbine mais elles sont beaucoup plus larges. C'est parce qu'elles sont beaucoup plus proches du sol, où le vent est plus lent, et qu'elles doivent capter le plus de vent possible.

Les moulins à vent ont des pales plus larges et sont plus bas que les éoliennes, les pixels.

Avantages de l'énergie éolienne

Il y a de nombreux avantages à utiliser l'énergie éolienne plutôt que d'autres ressources énergétiques non renouvelables.

Durabilité

Comme nous l'avons déjà mentionné, l'énergie éolienne est une source d'énergie renouvelable car elle provient du soleil. Cela signifie qu'elle ne s'épuisera jamais et que nous pourrons donc continuer à l'utiliser pour toujours. Les ressources non renouvelables, telles que les combustibles fossiles, sont des ressources limitées qui finiront par s'épuiser. Il est vital que nous passions à l'utilisation de sources plus renouvelables comme l'énergie éolienne avant que cela ne devienne un problème majeur pour l'humanité.

Respect de l'environnement

L'utilisation d'éoliennes pour récolter l'énergie du vent ne nuit pas à l'environnement. Il n'y a pas d'émissions de gaz à effet de serre, contrairement aux combustibles fossiles. De plus, les éoliennes ne présentent pas de risque pour la santé humaine et ne produisent pas de déchets, comme le font par exemple les réacteurs nucléaires.

Coût

L'utilisation de l'énergie éolienne pour produire de l'électricité est l'un des moyens les plus rentables. Les éoliennes sont assez chères à installer au départ, surtout en grand nombre, mais ce coût est largement compensé au fil des ans par la gratuité totale du vent ! Pendant toute la durée de vie d'une éolienne, le coût par unité d'électricité produite est très faible. En revanche, les combustibles tels que le charbon et le pétrole doivent être constamment extraits de la Terre, ce qui signifie que ces sources d'électricité sont plus coûteuses à long terme.

Inconvénients de l'énergie éolienne

L'utilisation du vent comme ressource énergétique présente également quelques inconvénients.

Imprévisibilité

Il est évident que l'énergie ne peut pas être produite en permanence à partir du vent, car il n'y a pas toujours de vent à utiliser ! De plus, les éoliennes ne peuvent pas fonctionner lorsque le vent est trop rapide. Cela signifie que le vent ne peut pas être utilisé comme principale source de production d'énergie dans le monde, car sa disponibilité est trop imprévisible.

Emplacements limités pour les éoliennes

Un autre problème lié à l'utilisation d'éoliennes pour produire de l'électricité à partir du vent est qu'il n'y a pas beaucoup d'endroits propices à leur construction. Les éoliennes doivent être construites dans des endroits où le vent est fort et constant - normalement dans les zones côtières, qui sont souvent éloignées. Cela signifie qu'il faut construire de nouvelles lignes électriques pour relier les éoliennes au réseau national, ce qui peut être coûteux.

Effet sur la faune et la flore

L'énergie éolienne ne libère pas de gaz à effet de serre comme les ressources énergétiques non renouvelables, mais elle peut avoir un effet néfaste sur la faune et la flore. Les oiseaux et les chauves-souris ne survivent généralement pas s'ils entrent en collision avec une pale d'éolienne en rotation. Il est possible d'éviter ce problème en planifiant soigneusement l'emplacement des éoliennes. De plus, des études ont suggéré que le fait de peindre l'une des pales en noir peut réduire le nombre de collisions avec les oiseaux !