Introduction :

Pour développer la part des énergies renouvelables dans la production d'énergie française, l'énergie éolienne semble être une voie intéressante. Alors que les champs d'éoliennes à axe horizontale se développent sous l'impulsion du programme Eole 2005 imposant à EDF une obligation de rachat de production d'électricité d'origine éolienne à des tarifs avantageux (de l'ordre de 10 centimes d'euro du kWh), d'autres voies exploitant le gisement de vent urbain sont envisageables. Les éoliennes à axe vertical présentent des qualités particulièrement intéressantes pour des échelles de production d'énergie plus modestes.  Il existe deux familles d'éoliennes à axe vertical :

L'éolienne Darrieus :

http://www.xtec.es/~jpujada1/molins/aerogeneradors_darrieus.htm

Ces éoliennes exploitent la portance créée par le vent sur des profils d'ailes (droits ou courbés) pour entraîner une génératrice.
 

L'éolienne Savonius :
 
   

http://assoc.wanadoo.fr/eolehna1/ardeshe_inst.htm






Le fonctionnement de l'éolienne Savonius est basé sur un couple aérodynamique induit par la déflection de l'écoulement sur les pales [56].

figure 1 :  lignes de courant autour de l'éolienne Savonius






En effet, l'éolienne placée dans l'écoulment d'air va dévier les lignes de courant arrivant sur la pale motrice vers la pale freînante. Ainsi, il se crée une différence de pression entre la partie concave et la partie convexe des pales et la machine est mise en rotation.
 

Les propriétés de cette éolienne sont décrites dans la partie suivante.
 

L'éolienne Savonius :

Cette machine a été inventée par  l'ingénieur finnois Sigurd Savonius en 1924 et a été brevetée en 1929. Elle est constituée schématiquement de deux demi-cylindres légèrement désaxés. Le modèle original a été conçu avec un espacement e entre les pales tel que e/D=1/3 (où d représente le diamètre d'une péle). Mais, elle présente de meilleurs performances pour une géométrie telle que e/D=1/6 (cf. figure2).

figure 2: vue de dessus de l'éolienne Savonius






La puissance de cette machine se calcule par la formule :

où S représente la surface présentée au vent et V la viteese du vent.

La vitesse du vent étant au cube, il apparaît plus intéressant de jouer sur ce paramètre que sur les rendements de l'installation. Pour illustrer ce propos, une augmenntation de 20% de la vitesse permet pratiquement de doubler le redement de l'éolienne.
 

L'éolienne Savonius présente un grand nombre d'avantages. Nous en présenterons ici une liste non exhaustive.

Le premier de ses avantages, et celui qui a mené à son développement, est son faible encombrement, qui s'explique simplement du fait de son fonctionnement à axe vertical. De plus, nous avons pu constater lors de nos expériences que l'éolienne est peu bruyante voire pas du tout. Cela représente une propriété nécessaire si on veut l'intégrer en zone urbaine
L'éolienne est esthétique ce qui lui permet d'être facilement intégrer aux bâtiments, en collaboration avec les architectes, sans dénaturer les façades.
Par ailleurs, elle démarre à de faibles vitesses de vent de l'ordre de 2m/s et présente alors un couple élevé. C'est d'ailleurs pour cette raison qu'on la trouve parfois associée à des éoliennes Darrieus. Elle facilite leur entraînement.
 

De plus contrairement aux éoliennes à axe horizontal, l'éolienne étudiée peut fonctionner quelque soit la direction du vent.

Cependant, à l'heure actuelle, la Savonius possède encore un faible rendement de l'ordre de 0.15 à 0.30 selon lessources bibliographiques ( [34], [55])et du fait de son fonctionnement, au cours d'une rotation, son couple varie  de manière sinusoïdale. De plus, son développement n'est pas envisageable pour des parcs éoliens car ils nécessitent des éoliennes de grandes dimensions et leur masse devient alors non négligeable.
 

Les avantages et inconvénients de l'éolienne Savonius sont récapitulés dans le tableau ci dessous.

Avantages
Inconvénients
peu encombrante  faible rendement
peu bruyante  masse non négligeable 
démarre à de faible vitesse de vent couple non constant 
couple élevé au démarrage   
pas de contraintes sur la direction du vent   
esthétique   
L'éolienne Savonius a donc tous les avantages recquis pour être intégrée dans le bâtiment et c'est dans ce contexte que notre étude prend naissance.