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Friday, 30 August 2024
Caractérisation d'une éolienne de Savonius - rendement 05/10/2020 Nino Morvan-Heckel Lycée Henri Loritz, Nancy Delphine Chareyron ENS Lyon / DGESCO Travail réalisé dans le cadre des XXVII e Olympiades de Physique sous la tutelle de Romain Dardevet, professeur de Physique-Chimie. Résumé Qui n'a jamais été étonné de voir une éolienne tourner dès que le vent se lève? Celle-ci convertit par sa rotation l'énergie cinétique du vent en électricité. Se soulèvent alors quelques questions: quelle énergie peut être récupérée de cette rotation? Eolienne verticale pour particulier - Ooreka. Quelles données physiques peuvent-être étudiées? Comment est produite l'énergie électrique des éoliennes? Dans le cadre de ce projet nous avons choisi d'étudier le modèle d'éolienne Savonius hélicoïdal qui de par sa forme et ses dimensions permet une analyse dans des souffleries en laboratoire plus aisée. Tout d'abord nous avons élaboré un protocole afin d'établir un rendement, puis nous avons souhaité produire un alternateur artisanal afin de bien comprendre la physique en jeu.

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Le rotor de Savonius est une éolienne à axe vertical inventée par l'ingénieur finlandais Sigurd Savonius en 1924 [ 1] et brevetée en 1929. Il entre dans la catégorie des machines dites "à traînée différentielle". Le fonctionnement du rotor de Savonius est basé sur un couple aérodynamique induit par la déflexion de l'écoulement sur les pales. Ce n'est pas le Rotor de Savonius Conception Flux d'air dans un rotor de Savonius Le type Savonius, constitué schématiquement de deux godets demi-cylindriques légèrement désaxés présente un grand nombre d'avantages [ 2]. Outre son faible encombrement, qui permet d'intégrer l'éolienne aux bâtiments sans en dénaturer l'esthétique, il est peu bruyant. Il démarre à de faibles vitesses de vent et présente un couple élevé quoique variant de façon sinusoïdale au cours de la rotation. L'accroissement important de la masse en fonction de la dimension rend l'éolienne de type Savonius peu adaptée à la production de masse dans un parc à éoliennes. Le modèle original a été conçu avec un espacement e entre les pales tel que (où représente le diamètre du rotor).

Le maximum est atteint lorsque v 2 = 1/3 v 1 On a alors: P max = 16 27 × P cinétique Plus généralement, on note la puissance développée par l'éolienne: P = C p × P cinétique Avec Cp, le coefficient de puissance, ou rendement aérodynamique, de la machine. Betz a montré, dans le cas d'une turbine à axe horizontal fonctionnant en milieu ouvert, que la puissance utile disponible sur l'arbre moteur à l'aval du rotor ne peut pas dépasser 16/27 ème (soit 59%) de la puissance mécanique maximale récupérable, il s'agit là de la valeur limite de Cp [7]. Cette loi s'applique à tous types d'éoliennes à pales. 2. Rendement énergétique Nous allons nous intéresser ici au calcul du rendement de l'éolienne de Savonius que nous avons fabriquée. L'année précédente, pour notre T. P. E., nous avions réalisés des modèles informatiques de ce type d'éolienne. Ils ont pu être réinvestis afin de matérialiser facilement notre maquette par impression 3D. L'alternateur, couplé à l'éolienne, a été fabriqué de toutes pièces.

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