La régulation de l'éolienne : le roseau plutôt que le chêne face aux tempêtes.
Antoine de St Exupéry disait : "la perfection est atteinte non pas quand il n'y a plus rien à ajouter, mais quand il n'y a plus rien à enlever".
Cette phrase résume à la perfection la philosophie à mettre en pratique avec les éoliennes : garder les choses simples. Cela s'applique en particulier à la régulation de l'éolienne qui est un point critique de sécurité. Comme nous l'avons vu à propos de l'énergie dans le vent, la force de l'air atteint rapidement des valeurs phénoménale capable de tout détruire. Entre une brise de 15 km/h et une rafale de 70 km/h, la puissance du vent multipliée par 100 !
Avec de tels effets en jeu, il vaut mieux compter sur une technique de régulation de l'éolienne très fiable, simple et résistante. D'autant plus pour de petites unitées qui bénéficent d'une maintenance plus rare et moins poussée qu'une grande éolienne de plusieurs MW. Généralement une bonne vieille régulation mécanique est le meilleur choix, et parmis elles deux classiques efficaces : la régulation par modification de l'angle de calage des pales, et la régulation par effacement du rotor (furling).
La régulation par calage variable des pales, parfois nommée "pitch variable", est surtout utilisée sur des éoliennes de 5 kW et plus. C'est la régulation la plus efficace et précise, qui est cependant plus fragile et plus dur à mettre au point que le furling. Pour information, c'est la technique utilisée dans le grand éolien, mais au lien d'avoir un fonctionnement passif avec masselotes et ressorts, il est actif, avec capteurs et servo-moteurs.
Les images ci-dessus montrent les régulations passives par modification de l'angle de calage des pales, respectivement pour l'éolienne Scirocco de Eoltec, pour le constructeur Westwind et pour l'éolienne Jimp 25.
Encore plus clair que les photos et les explications, cette vidéo d'un système de calage variable actif (avec servo-moteurs):
La technique de régulation par effacement du rotor complet (l'hélice) est plutôt utilisée pour les petites machines. Au delà de 6m de diamètre de pales, cette régulation n'est pas adaptée car un peu lente et générant des efforts importants sur le mât.
Elle présente l'énorme avantage d'être très simple avec seulement une pièce en mouvement et, dans les systèmes les plus efficaces, la suppression du ressort de rappel, comme par exemple dans la conception de Hugh Piggott. Cette technique très économique rend également les petites éoliennes à furling plus accesibles financièrement.
Le système fonctionne sur un équilibre de forces autour du pivot de l'éolienne sur le mât. Le centre de rotation des pales est excentré par rapport au pivot du mât, ce qui décale l'éolienne hors du vent. Cette rotation est contrecarrée par la poussée du vent sur le safran. Un état d'équilibre est crée qui maintient l'éolienne face au vent. Si le vent forcit au delà d'une certaine vitesse, l'équilibre ce romp et l'articulation du safran se plie. Le rotor et le safran se retrouvent alors parallèles, dans la direction du vent, l'éolienne complètement "pliée", ce qui réduit complètement la surface de captage des pales. Quand le vent diminue, un ressort de rappel, ou bien le propre poids du safran assure le retour de l'éolienne en position normale, face au vent.
Les images suivantes décomposent le mouvement d'une éolienne en court de furling lors du passage d'une rafale de vent :
Là aussi une petite vidéo aide à clarifier toutes ces explications. Réalisée par les fabuleux larons de Otherpower aux Etats-Unis :
Et une autre vidéo de furling en situation bien ventée en haut du mât avec la petite éolienne Whisper 200 de South West Wind Power :
