Le principe d'une pale

Nous vous présenterons seulement celui des pales à axe horizontal qui sont les plus répandues. Noter qu'il existe aussi des éoliennes avec un axe vertical. Il y a deux anciens systèmes pas plus performants, et récemment un prototype breveté a été mis au point par Gual-industrie, qui serait plus performant avec des vents turbulents. Elles sont aussi plus difficiles à mettre en oeuvre.

Les pales d’une éolienne fonctionnent exactement sur le même principe que les ailes d’un avion comme expliqué par le schéma si dessous. Grâce à la forme du profil l’air passant sur le dessus de l’aile, l’extrados, doit parcourir plus de chemin que celle passant par le dessous, l’intrados, c’est pourquoi l’air accélère créant une dépression et donc une aspiration vers le haut. Sur l’intrados l’air provoque une surpression ce qui génère aussi un effort vers le haut. Ces deux efforts réunis s’appellent la portance. La pénétration dans l’air ne se faisant pas sans frottement un autre effort, la traînée, s’oppose au mouvement. La résultante aérodynamique est la résultante de ces deux efforts,la portance et la traînée, c’est elle qui permet à l’avion de tenir en l’air ou ici de faire tourner le rotor.

Il existe une théorie, appelée loi de Betz qui établit une pale ne peut avoir un rendement supérieur à 59%. Aujourd'hui on arrive tout juste à avoir un rendement de 50% pour les dernières éoliennes. L'amélioration du rendement des pales est un point important, car le rendement global est le produit des rendements ! Exemple: une éolienne avec des pales avec un rendement de 0.5, un multiplicateur de 0.9 et une génératrice de 0.8, le rendement global est égal à 0.5*0.8*0.9=0.36 !

Comme on l'a vu le profil d'une pale ressemble à celui d'une aile d'avion, voici deux exemples, des profils de planeurs de modélisme:

Le deuxième profil semblerait plus efficace, cependant l'intrados est plus difficile à réaliser.

Vous aurez remarqué que les stations sont exprimées en pourcentage, car le profil de la pale n'est pas constant sur toute sa longueur. En effet, la vitesse linéaire en bout de pale est beaucoup plus élevée qu'au pied de la pale. Cela induit des frottements plus grands en bout de pale. Et puis l'effort en bout de pale est aussi beaucoup plus important, à cause du bras de levier. C'est pour ces raisons que l'on adopte généralement un profil à largeur variable.

Nous avons choisit une pale à largeur variable (voir la photo) avec un profil un peu 'tassé' pour facilité le pillage (cf le chapitre sur la fabrication des pales)