Orientation et furling
L'orientation de l'éolienne dans le vent
Toute éolienne doit assurer une orientation de son hélice face au vent de manière autonome. Les grosse éoliennes le font de manière active, avec des capteurs de vent et des actionneurs électriques. Les plus petites éoliennes assurent cette fonction de manière passive, c'est à dire sans apport d'énergie autre que le vent. Il existe deux possibilités pour cela : mettre l'éolienne sous le vent du mât, ou bien mettre l'éolienne face au vent à l'aide d'une dérive. C'est cette seconde solution que nous avons choisie, pour des raisons expliquées dans le paragraphe suivant. La rotation de l'éolienne autour du mât est réalisée par simple manchonnage d'un tube métallique sur un autre, avec de la graisse pour lubrifier le contact.
Le furling horizontal
On s'intéresse maintenant au problème complexe et bien connu de l'éolien : comment protéger l'hélice des survitesses, afin d'éviter sa destruction lors d'un gros coup de vent ! Toute éolienne possède en effet un dispositif de protection, passif ou actif, qu'elle fasse 1 mètre ou 60 mètres de diamètre.
Jean Andreau a beaucoup étudié la question sur ses prototypes. Le premier prototype de 6m50 de diamètre disposait d'une dérive d'orientation, et d'un système de volets centrifuge sur l'extrados des pales. Le second prototype de 7m était sous le vent du mât (sans dérive), et disposait d'une variation de pas des pales, mécanique et passive. Ce système était actionné par un moulinet frontal qui exerçait un couple statique en fonction de la force du vent. Il assurait la régulation de l'hélice au delà du vent nominal, mais aussi l'arrêt de celle-ci en cas d'ouragan.
Certaines petites éoliennes font du pas variable (Superwind, Ampair 600). mais cette solution, mécaniquement complexe, est plutôt utilisée sur les machines plus grosses (4m et plus). Nous avons donc décidé à la conception que notre pas serait fixe. L'éolienne dispose d'une dérive d'orientation, et la régulation de l'hélice est effectuée par un système classique de furling horizontal, c'est à dire par un effacement permettant d'offrir moins de surface au vent. Il est possible de proposer des solutions innovantes avec l'existence de la dépression dans l'éolienne, mais il nous a semblé plus sage, pour commencer, de reproduire le furling horizontal classique en déportant l'hélice.
Ce déport est assuré par un coude de 45 degrés qui précède le coude à 90 degrés menant au rotor. Il permet un décalage entre l'axe de l'hélice et l'axe du mât d'une dizaine de centimètres. Comme sur l'éolienne Piggott, la dérive est articulée au niveau de son point d'attache, avec un angle d'élévation qui assure un couple de rappel par gravité. Le système est ainsi simplifié au maximum.
La vidéo suivante est une simulation dynamique réalisée sous Matlab et importée sur Catia. On y simule l'éolienne dans un vent en rafales (+-30% en force et quelques degrés en direction) qui augmente en intensité moyenne jusqu'à 10m/s, déclenche le furling de l'éolienne, puis diminue, ramenant l'éolienne à sa position initiale.
