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Dimensionnement d'un système de pompage d'eau potable pour les sites de Tlemcen et Adrar

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par Meriem CHADEL
Université de Tlemcen - Master 2 Physique Énergétique et Recherche 2012
  

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b) Capteurs à axe vertical

Si les capteurs à axe vertical ont été probablement les premiers utilisés, par la suite ils ont été abandonnés au profit des précédents. C'est assez récemment qu'ils ont été redécouverts et ont fait l'objet de nouveaux développements qui en font des concurrents directs des capteurs à axe horizontal en présentant sur eux un certain nombre d'avantages. Les calculs de leurs caractéristiques se font à partir des mêmes relations (I.24), (I.25) et (I.26) que celles des capteurs à axe horizontal.

Rotor de SAVONIUS

Ce rotor a été inventé par le Finlandais Sigurd Savonius en 1925 et a fait l'objet d'un brevet français [6]. Il comporte essentiellement deux demi-cylindres dont les axes sont décalés l'un par rapport à l'autre (Voir Figure (I.14)).

Figure I. 14 : Rotor SAVONIUS.

Outre le fait que les forces exercées par le vent sur les aubages diffèrent suivant qu'il s'agit de la partie convexe ou de la partie concave, le rotor dans la position de la figure est soumis à un couple aérodynamique supplémentaire dû aux deux déviations successives à 180° des filets par les aubages.

Le meilleur rendement est obtenu pour un rapport e/d= 1/6.

Le coefficient de puissance CP maximal atteint 0,3 et les conditions optimales de fonctionnement sont réalisées lorsque le paramètre de vitesse :

(I.35)

Avec surface utile du capteur.

Le couple moyen est donné par :

(I.36)

Le coefficient Cm est donné par la courbe de la figure I.15.

Figure I. 15: Coefficients de puissance Cp et de couple Cm en fonction du paramètre de vitesse

dans le cas du rotor de Savonius.

Le rotor de Savonius, étant très simple, présente un intérêt pour les pays très peu industrialisés car il est facile à fabriquer. Il a été développé aussi pour de petites éoliennes conçues pour la navigation de plaisance (recharge de batteries). Par suite de son couple au démarrage élevé, il est aussi intéressant de l'associer au rotor de Darrieus.

Le rotor de SAVONIUS a l'avantage du démarrage à basses vitesses du vent, de l'ordre de 2 m/s. pour cela ils sont utilisés pour des fins de ventilation des immeubles. A coté du faible rendement, les rotors Savonius ont un inconvénient : la demande en matériel est élevée.

Les dimensions des machines à rotor de Savonius restent toutefois modestes, 3 à 4 m de hauteur maximale pour des diamètres de 2 m environ.

Rotor Darrieus

Il s'agit d'un capteur à circulation instationnaire. Conçu par l'ingénieur français Georges Darrieus, il a fait l'objet d'un brevet français en 1925 [7]. Non exploité, il a été redécouvert il y a environ 20 ans par les Canadiens et a fait l'objet d'un certain nombre d'études dans plusieurs pays.

Le rotor est constitué de plusieurs pales, en général 2 ou 3, de profil symétrique biconvexe lié rigidement entre elles et tournant autour d'un axe vertical. Les formes adoptées pour les surfaces décrites par les pales (figure I.16) sont cylindriques ou coniques ou bien encore, cas le plus courant, engendrées par une courbe chaînette afin de ne soumettre les pales qu'à une contrainte de traction, cette dernière surface étant assimilable à une surface parabolique.

Figure I. 16: Rotor de Darrieus : différentes formes adoptées pour les surfaces décrites par les pales.

L'avantage des rotors DARRIEUS est qu'ils ne dépendent pas de la direction du vent. Pour démarrer, ils ont besoin d'un générateur fonctionnant comme un moteur ou l'aide d'un rotor SAVONIUS installé au sommet de l'axe vertical.

Ils sont plus bruyants que les éoliennes à axe horizontal. Un autre inconvénient c'est que la vitesse du vent augmente significativement avec la hauteur, faisant les éoliennes à axe horizontal plus économique en ce qui concerne le tour.

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"Qui vit sans folie n'est pas si sage qu'il croit."   La Rochefoucault