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  1. Vertical wind turbine

    Principe

    Les éoliennes à axe vertical ont des pales qui successivement remontent et descendent le vent. La vitesse linéaire moyenne des pales est généralement faible par rapport à la vitesse du vent.

    Types d'éoliennes verticales

    Rotor de Savonius - Savonius' rotor

    Conception

    Le rotor de Savonius a été inventé par l'ingénieur finnois Sigurd Savonius en 1924 et breveté en 1929. Il est constitué de deux demi-cylindres dont les axes sont décalés l’un par rapport à l’autre d'une distance e.

    Rotor de Savonius

    Le modèle original a été conçu avec un espacement e entre les pales tel que Rapport e/D - Savonius Wind Turbine (où D représente le diamètre du rotor). Mais il présente de meilleures performances pour une géométrie telle que Rapport e/D optimisé - Savonius Wind Turbine.  L’écoulement interne favorise les caractéristiques de performance de la machine. Le coefficient Cp maximal atteint 0.3. Le rotor de Savonius est caractérisé par un grand couple de démarrage. A titre d’exemple, des machines de plusieurs kilowatts ont été réalisées pour assurer le pompage de l’eau dans les pays du Sahel; elles démarrent à des vitesses de vent faible, voisines de 2 à 3 m/s. Ces systèmes présentent cependant beaucoup plus d’inconvénients que d’avantages dans les réalisations actuelles, en particulier ils nécessitent comme les systèmes à axe horizontal parallèle « au vent » un dispositif d’orientation. La récupération de l’énergie produite est en général beaucoup plus compliquée et se traduit souvent par une perte sensible du rendement global.

    Utilisation

    Ce type d'éolienne est utilisé dans les applications où on accord plus d'importance au coût et à la fiabilité qu'au rendement. Le ventilateur de toit Fletter, de type Savonius, est l'application la plus courante. Il assure la ventilation et le refroidissement.

    De petits rotors Savonius sont également utilisés à des fins publicitaires, la rotation attirant l'attention sur l'objet de la publicité. Les pales sont parfois décorées d'une animation à deux images.

    Caractéristiques

    Avantages

    • Peu encombrante,
    • Peu bruyante,
    • Démarre à de faibles vitesses de vent,
    • Couple élevé au démarrage,
    • Pas de contraintes sur la direction du vent,
    • Bonne esthétique.

    Inconvénients

    • Faible rendement,
    • Masse non négligeable,
    • Couple sinusoïdal non constant.

    Rotor de Darrieus - Darrieus' rotor

    Le principe du rotor ou panémone de Darrieus inventé par l’académicien français Darrieus au cours des années 1920-1935 repose sur l’effet de portance d’un profil soumis à l’action d’un vent relatif. Il existe quatre sortes de rotors de Darrieus: le rotor cylindrique, le rotor tronconique, le rotor à variation cyclique et le rotor parabolique.

    Plus grande éolienne à axe vertical du monde, Gaspésie, Québec, Canada

    Plus grande éolienne à axe vertical du monde, Gaspésie, Québec, Canada
    World highest Darrieus wind generator, Gaspé peninsula, Quebec, Canada
    GNU Free Documentation Licence: Wikimedia Creative Commons - Author: Guillaume Paumier.

    Toutes ces machines ont besoin d’être haubanées, c’est-à-dire soutenues par des câbles ou des cordages. Le comportement dynamique de la machine doit tenir compte des modes propres de vibration de tous les organes structuraux, y compris celle des haubans.


    Moulinet - Reel

    Le moulinet qui est une machine à traînée différentielle est constitué de plusieures demi-sphères ou de coquilles cylindriques (augets) montées sur des bras reliés à un axe vertical tournant.

    La rotation est assurée par la traînée aérodynamique qui s’exerce différemment sur l’aube qui remonte face au vent et sur celle qui s efface au vent. Le paramètre λ est inférieur à 1 ce qui dénote une assez faible vitesse de rotation. Le coefficient de puissance maximal Cp max est voisin de 0.18 lorsque λ vaut 0,6. Les anémomètre

    s à coupelles, à papillon et du type Ailleret fonctionnent suivant ce principe. Les vents de faible vitesse, 1 à 2 m/s, suffisent pour assurer leur démarrage.

    Cependant, ce type de capteur éolien ne convient pas pour alimenter un générateur électrique car il ne produit qu’une très faible puissance.

    Les machines à écran - Machine fit with screens

    Les aubages qui vont à contre-courant du vent sont protégés par un écran orientable grâce à la présence d’un gouvernail.

    Les aubes peuvent être réduites à de simples plaques planes ou légèrement cambrées.


    Eolienne verticale à pales orientables - Wind turbine with adjustable pitch blades

    Un inventeur Français, Pierre Dieudonné, a breveté une éolienne à pales orientables. Chaque pale est orientée pour capter le maximum d'énergie cinétique du vent à la manière d'un voilier qui réaliserait une rotation compléte de 360° par rapport à la direction du vent dominant.