Quels matériaux pour construire les éoliennes et en particulier une éolienne de démonstration et quels matériaux pour l'améliorer ? (TPE)

Résumé du document

Les premières éoliennes créées par l'homme sont apparues au VIIème siècle en Iran. Elles étaient fabriquées à partir de pales faites en paquets de roseau qui tournent autour d'un axe horizontal. Elles servaient en général à moudre des grains.
C'est seulement au XIIème siècle que les premières éoliennes apparaissent en Europe. Sous la forme de moulins à vent, elles sont construites avec quatre pales tournant sur un axe horizontal. Avec le temps, leur champ d'action augmente et elles permettent l'irrigation des champs, de scier du bois ou encore de traiter des produits comme les épices ou le tabac. En général elles étaient fabriquées en bois, un matériau très répandu car accessible et facile à travailler.
C'est en 1888 avec l'américain Charles Brush que la première éolienne est utilisée pour produire de l'électricité.
Elle est constituée de 144 pales de cèdre et est haute de près de 17 mètres. Cette éolienne avait une production de 12 kilowatts.
En 1891, le danois Poul la Cour met au point les premières éoliennes basées sur les principes de l'aérodynamisme moderne. Elles produisent 25 kilowatts grâce à des rotors à quatre pales et affichent une plus grande efficacité.
La première éolienne qualifiée de moderne a été inventée en 1957 par Johannes Juul en mettant au point la turbine Gedser. Ce type d'éolienne se compose de trois pales à pivot et d'un générateur.
Dans les années 1960, un nouveau type de matériau fait son apparition : la fibre de verre. Elle est notamment utilisée par Ulrich Utter qui met au point des turbines à axe horizontal dotées de pales à angle d'attaque réglables pour une meilleure efficacité.

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L'éolienne présentée ici est du type Air-X du constructeur français sud concept. C'est l'éolienne la plus vendue au monde avec près de 90 000 exemplaires en activité à ce jour.
Cette éolienne est utilisée en général pour des vents de 3.58 à 49.2 m/s mais l'utilisation optimale se situe autour de 12.5 m/s. Lors d'une utilisation optimale cette éolienne peut produire jusqu'à 400 Watts (...)

Extraits

[...] Dans les années 1960, un nouveau type de matériau fait son apparition : la fibre de verre. Elle est notamment utilisée par Ulrich Utter qui met au point des turbines à axe horizontal dotées de pales à angle d'attaque réglables pour une meilleure efficacité TPE : Quels matériaux pour construire l'éolienne de démonstration et quels matériaux pour l'améliorer ? I. Les matériaux pour construire l'éolienne. Cahier des charges de l'éolienne Schéma explicatif : L'éolienne présentée ici est du type Air-X du constructeur français sud concept. [...]

[...] Selon le pourcentage de carbone ajouté, on obtient de l'acier doux, dur ou extra-dur. Il est recyclable à l'infini. La production mondiale d'acier est de plus de un milliard de tonnes par année. Caractéristiques techniques : Densité=7770 kg.m3 (pour acier au carbone) 8010 kg.m3 (pour acier inox) 8080 kg.m3 (pour acier au tungstène) module d'Young = MPa Coefficient de Poisson= 0.27 - 0.30 Coût = 0.6 - 1.0 le Kg Capacité thermique massique à 100 : 500 J·kg Avantages: un montage simple et rapide L'acier est recyclable à 100%. [...]

[...] Dans quelle partie de l'éolienne peut-il être utilisé: Mât et moyeu 6 TPE : Quels matériaux pour construire l'éolienne de démonstration et quels matériaux pour l'améliorer ? Le plastique: Mode d'élaboration: Le plastique est généralement fabriqué à partir de matières premières fossiles telles que le pétrole, me gaz naturel ou encore le charbon. Ces matières premières sont transformées et mises en formes par divers procédés telles que le vapocraquage. Caractéristiques techniques: Densité= 0.92 g.cm-3=920 kg.m-3 (pour polyéthylène) 1340 kg.m-3 (PET) Module d'Young= MPa Coefficient de Poisson= 0.37 - 0.44 Coût : variable suivant le type de plastique mais aux alentours de Capacité thermique massique= 3200 J.Kg-1.K-1 Avantages: Matériau très léger Facile à mettre en œuvre Longue durée de vie Prix attractif Inconvénients: Résistance aux efforts plus faible que les métaux Matière polluante (utilise des matières fossiles) Usage courant : Le plastique est un matériau très rependu de nos jours, il est présent dans tous les objets du quotidien. [...]

[...] Dans quelle partie de l'éolienne peut-il être utilisé: Le mât TPE : Quels matériaux pour construire l'éolienne de démonstration et quels matériaux pour l'améliorer ? Tableau comparatif de ces quatre matériaux : Acier 7770 kg.m MPa 0.27 - au Kg 500 Aluminium 2698 kg.m- 000MPa 0.33 euro au Kg 1218 Bois 0,5 - MPa / Dépend de la forme et du type de bois 1200-2700 Plastique 920 kg.m- MPa 0.37 - 0.44 Environ 3200 J.Kg1.K-1 Densité Rigidité Coefficient de Poisson Coût Capacité thermique massique II. [...]

[...] Caractéristiques techniques : Densité=2698 kg.m-3 module d'Young = 69 000MPa (rigidité) Coefficient de Poisson= 0.33 Coût = variable, euro au Kg Capacité thermique massique à 100 = TPE : Quels matériaux pour construire l'éolienne de démonstration et quels matériaux pour l'améliorer ? Avantage: Sa légèreté par rapport à l'acier. Sa solidité et sa résistance mécanique, bien que légèrement inférieure à l'acier. découpe et usinage facile. longévité dans le temps, en milieu non marin. Inconvénients : Prix relativement cher Soudure chère (poste à soudure spécial) Corrosion électrolytique, ce phénomène n'est présent qu'en atmosphère salée. [...]