La ressource en vent

Le paramètre le plus important pour l'installation d'éolienne est la vitesse du vent sur le lieu exact de l'implantation de futures éoliennes. C'est le paramètre le plus difficile à obtenir.

Ainsi, pour installer une éolienne, il faut être sûr que le ressource en vent soit suffisante,  c'est-à-dire que la vitesse du vent soit ni trop faible pour pouvoir faire tourner l’éolienne ni trop élevée car sinon celle-ci s’arrêterait pour des raisons de sécurité ou d’usure.
 
L’étude du gisement est une composante essentielle d’un projet éolien, une infime erreur dans l'étude de la ressource en vent peut remettre en cause la rentabilité d'un projet. 
Une autre condition, en dehors de la vitesse du vent, est que celui-ci doit être constant avec très peu de changement d’orientation.

1. Les cartes de vitesse du vent :

Des cartes de vitesse du vent sont faites par différentes entités comme l'ADEME pour l’étude et la recherche de zone favorable à la mise en place d’éoliennes (Zone de développement éolien).

Vous trouverez ci-dessous une de ses cartes :




Figure 1: Carte des vitesses de vent en Europe. (Source : http://www.windatlas.dk/europe/landmap.html)

Nous pouvons observer sur cette carte que la région d’étude se situe dans une zone faiblement soumise au vent. La présence de colline localement sur Champeix nous permet de prendre une valeur maximale de 7m/s pour notre lieu d’étude. Cependant, cette carte reste à une échelle pas assez détaillée.

Vous pourrez trouver  les calculs sur l'estimation de la vitesse du vent dans la partie "L'étude d'implantation d'éolienne".


2. Les différents apppareils pour la mesure du vent :

- Les anémomètres :

A l’heure actuelle, la méthode la plus répendue est l’utilisation d'un mât de la taille souhaitée sur lequel sont positionnés un ou plusieurs anémomètres. Un anémomètre se compose en général de trois demi-coquilles disposées à 120 degrés, d'un dispositif de compteur de tours et d'un appareil d’enregistrement de données électronique. Les avantages de cet anémomètre sont sa simplicité et l’absence de limitation dans la gamme de vitesse du vent mesurée.

Les données sont enregistrées et stockées pendant plusieurs mois ou années.

Ces données permettent ensuite de déterminer les fonctions de densité de probabilité de la vitesse du vent.

Il existe d’autres types d’anémomètres (à hélice, à ultrason, à plaque, à tube, à fil chaud). Cependant, pour certains d’entre eux, ils ne sont pas très précis ou spécifiques pour de faibles vitesses du vent.

Figure 2: Mât de mesure avec 2 anémomètres. (Source : http://www.station-meteo.com/wp-content/uploads/2009/01/fr29680-anemometre.jpg)


- Les Sodars :

Les Sodars (Sound Distance and Ranging Systems) sont des instruments de mesure du vent basés sur l’effet Doppler (décalage de fréquence de l’onde accoustique entre la mesure de l’émission et la mesure de la réception).

Ces appareils mesurent en continue la vitesse, la direction, et la composante verticale du vent, ainsi que les turbulences de 15 à 5000 mètres.

L’ordre de prix pour ce type d'appareil est de l'odre de 30 000 à 40 000 €.

Cependant, il est à noter que cette méthode n’est performante que pour des échelles de temps de l’ordre du mois et ne donne pas de bons résultats dans des sites fortement bruités.



Figure 3: Un exemple de Sodar. (Source : http://www.zephyr-enr.fr/images/sodar.gif)

 

- Les Lidars :

Les Lidars (Light Distance and Ranging Systems) se basent aussi sur l’effet Doppler mais de la lumière.
Il utilise la rétrodiffusion de la lumière infrarouge qu’ils émettent par les aérosols, poussières …
Les signaux de retour ont une fréquence différente, c’est ainsi que les lidars peuvent calculer la composante de la vitesse du vent.

Ce type d'appareil est plus précis que les Sodars, car ils ne sont pas perturbés par les ondes sonores. 

Mais ils coûtent extrêmement chers. L'ordre de prix est de 150 000€.


Figure 4: Un exemple de Lindar. (Source : http://2.bp.blogspot.com/_VifU9ICsOoU/SQdpig9aQdI/AAAAAAAAAe8/6TxwqC8o_0Q/s320/ALS300.jpg)


De tous ces appareils de mesures, le plus utilisé, pour des raisons évidentes de prix, est l’anémomètre.
Cependant, l’utilisation d'autres types d'appareil permet d’obtenir des données plus précises.

Dans le cas des anémomètres, si la zone d’étude se situe à une hauteur de plus de 12m, il est obligatoire de passer par une déclaration préalable pour la mise en place d'un mât.


3. La représentation des données (la rose des vents) :

Le vent peut être caractérisé en un point par la rose des vents.
C’est un diagramme polaire qui permet de savoir la vitesse et la direction du vent sur une période de mesures.
Elle indique généralement la vitesse, la direction et la fréquence des vents.
Il existe différente roses des vents représentant les différents paramètres désirés.

Vous pourrez voir ci-dessous
la rose des vents sur la commune d'Issoire :




Figure 5: Rose des vents de la région d'Issoire. (Source: http://www.auvergne.pref.gouv.fr/pdf/gisement_eolien.pdf)

 

4. Gradient de vitesse et détermination de la vitesse du vent :

 

La vitesse de référence d’un vent est exprimée à une certaine hauteur, par exemple celle de l’anémomètre lors de la mesure.

 

Pour connaitre la vitesse du vent en tout point sur une verticale, nous pouvons considérer un gradient de vitesse qui ne dépend que de l’altitude et d’un coefficient caractéristique (α

) du lieu :

 

Où:

V0 et H0 sont respectivement la vitesse du vent et la hauteur au point connu
V la vitesse du vent cherché a la hauteur H
α le coefficient caractéristique du lieu

Cependant cette formule n’est pas applicable pour des hauteurs inférieures à 10 m. En effet il existe une couche limite atmosphérique dans laquelle, pour des hauteurs inférieur à 10m, on considère qu’il y a une couche limite de turbulence atmosphérique où l’écoulement est turbulent et la vitesse et direction du vent n’est pas constante et varient très souvent. La convection due aux différences de température et les effets dynamiques du relief en sont responsables.

) du lieu :

 

Où:

V0 et H0 sont respectivement la vitesse du vent et la hauteur au point connu
V la vitesse du vent cherché a la hauteur H
α le coefficient caractéristique du lieu

Cependant cette formule n’est pas applicable pour des hauteurs inférieures à 10 m. En effet il existe une couche limite atmosphérique dans laquelle, pour des hauteurs inférieur à 10m, on considère qu’il y a une couche limite de turbulence atmosphérique où l’écoulement est turbulent et la vitesse et direction du vent n’est pas constante et varient très souvent. La convection due aux différences de température et les effets dynamiques du relief en sont responsables.

Figure 6: Explication de la couche limite atmosphérique. (Source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e2/Couche_limite_atmos.png)