A gauche, un vieux moulin à vent se dresse contre le ciel bleu à Consuegra, Espagne, tandis que les éoliennes, à droite, produire de l'électricité au parc éolien de San Gorgonio Pass près de Palm Springs, Californie. Moulin à vent :Pixabay ; éolienne :Robert Alexander/Getty Images Comme le vent souffle, il en va de même pour les aubes des moulins à vent et des éoliennes. Ces machines à aubes massives existent depuis plus de 1 000 ans, avec les premiers moulins à vent apparaissant en Perse vers 800 de notre ère.
Ces premiers moulins à vent étaient utilisés exactement pour ce que leur nom l'indique - ils étaient des moulins actionnés par le vent. Le vent ferait tourner les girouettes, ou des lames, du moulin à vent, faire tourner un arbre central, qui ferait ensuite tourner un moulin à grains, généralement fait de grands, pierres plates, pour produire de la farine et d'autres produits céréaliers. Ces moulins à vent servaient également un autre objectif vital :pomper de l'eau vers les villes et les maisons. Plutôt que de faire tourner un moulin à grains, la rotation de l'éolienne pouvait être utilisée pour entraîner une pompe.
Alors que les moulins à vent existent depuis des lustres, les éoliennes n'existent que depuis environ 1888, lorsque la première éolienne connue créée pour la production d'électricité aux États-Unis a été construite par l'inventeur Charles Brush pour créer de l'électricité pour son manoir dans l'Ohio. Les éoliennes sont utilisées pour produire de l'électricité à partir de la rotation des pales, plutôt que de simplement convertir cette énergie de filature en un travail plus mécanique, comme tourner un moulin ou pomper de l'eau.
« Une éolienne aux États-Unis mesure environ 85 mètres de haut, alors que l'ancien moulin à vent ne dépasserait généralement pas les 80 pieds (24 mètres), " dit James Herzing, ingénieur et animateur primé du podcast Unprofessional Engineering, dans un entretien par e-mail. "La taille des voiles ou des pales est une autre grande différence. Les moulins à vent sont traditionnellement mesurés par le diamètre des roues, et il n'est pas rare de voir un moulin à vent de 8 pieds (2 mètres), où 8 pieds sont mesurés à travers les lames. Éoliennes, d'autre part, peut avoir une seule lame bien au-dessus de 100 pieds (30 mètres). "
Alors que les moulins à vent sont parmi les machines les plus anciennes et les plus vitales de la civilisation et sont généralement utilisés pour pomper de l'eau ou moudre le grain, ils présentent d'autres différences fonctionnelles par rapport à la technologie beaucoup plus récente des éoliennes.
Les pales d'une éolienne sont proches du sol et doivent donc exploiter les courants d'air près du sol pour tourner. Étant donné que les courants de vent sont généralement moins près de la surface de la Terre que dans les hautes atmosphères, les éoliennes doivent avoir des pales plus grandes pour capter le plus de vent possible.
Alors que les moulins à vent existent depuis environ 800 de notre ère, ils se sont vraiment répandus en popularité au milieu des années 1800. Déclenché par la révolution industrielle dans les décennies qui ont suivi 1850, plus de 6 millions d'éoliennes mécaniques ont été installées rien qu'aux États-Unis pour alimenter des pompes et des usines et répondre à d'autres besoins énergétiques.
Un moulin à vent appelé 'The Stork' est toujours fonctionnel à l'usine de transformation de cacao et de chocolat Duyvis sur la rivière Zaan, Pays-Bas. Prisma par Dukas/Universal Images Group/Getty Images Cette popularité était due à la simplicité des moulins à vent en tant que générateurs d'énergie mécanique. En mettant simplement un moulin à vent avec de nombreuses pales, vous pourriez rapidement accéder à une source d'énergie mécanique gratuite. Par le filage des lames, que l'énergie de rotation pourrait être utilisée pour entraîner des machines à travers des engrenages ou utilisée pour pousser et tirer l'eau du sol avec de simples pompes à tige de pompage.
Alors que les moulins à vent se popularisaient dans l'industrie moderne, une autre invention était également en cours de développement et de perfectionnement :le générateur.
Plutôt que de ne pouvoir utiliser un moulin à vent que lorsque le vent soufflait, un générateur permettrait de stocker l'énergie de rotation en la convertissant en électricité. Ainsi, le développement des éoliennes a été la prochaine étape dans le perfectionnement des dispositifs de captation de l'énergie éolienne.
Pour capter des courants d'air plus forts, une éolienne atteint des centaines de pieds plus haut dans le ciel qu'un moulin à vent. Il utilise les mêmes principes fonctionnels qu'une éolienne - transformer le vent en énergie de rotation - mais ce qu'il fait ensuite est différent. Les éoliennes ont des générateurs à l'intérieur, généralement directement connecté à une tige de palette tournante. En faisant tourner le générateur, un courant électrique est produit qui peut être utilisé pour charger des batteries, alimenter le réseau, ou faire fonctionner directement des appareils électroniques. La meilleure façon de comprendre comment cela fonctionne est de considérer un moteur, mais à l'envers. Un moteur électrique utilise l'électricité pour créer du mouvement, tandis qu'une éolienne utilise le mouvement pour produire de l'électricité.
Plus précisement, les pales d'une éolienne captent l'énergie cinétique – énergie créée par le mouvement – du vent et la transforment en énergie de rotation. Cette énergie de rotation est ensuite transmise à une série d'engrenages pour augmenter la vitesse d'un générateur.
Les travailleurs se tiennent à l'intérieur d'une pale d'éolienne géante pendant la construction près de Mountainair, Nouveau Mexique. Photographie de construction/Avalon/Getty Images Ces turbines commencent généralement à produire de l'énergie à des vitesses de vent de 5 à 10 miles par heure (8 à 16 kilomètres par heure) et s'arrêtent à des vitesses élevées proches de 60 mph (96 km/h) afin qu'elles ne fonctionnent pas mal ou ne s'endommagent pas, selon l'American Wind Energy Association.
Alors que les éoliennes produisent de l'électricité, ils ne sont pas techniquement aussi efficaces que les moulins à vent. Les éoliennes ont un rendement maximum de 59 pour cent, ce qu'on appelle la limite de Betz. Cela est dû à l'incapacité d'exploiter toute l'énergie du vent et aux inefficacités dans la conversion de l'énergie de rotation en énergie mécanique.
Même avec leurs inefficacités, les éoliennes sont la voie de l'avenir pour exploiter le vent et produire de l'électricité. James dit qu'il « voit les éoliennes comme faisant partie intégrante de la réduction, et éventuellement, éliminer notre dépendance aux carburants carbonés. Un projet éolien type rembourse son empreinte carbone en six mois, fournissant des décennies d'énergie à zéro émission. En réalité, certains pays comme l'Ecosse ont déjà suffisamment investi dans l'énergie éolienne pour qu'elle puisse produire suffisamment d'électricité pour alimenter deux Ecosse !
En 2018, le vent a produit environ 5 pour cent de l'électricité mondiale, ce qui en fait la deuxième plus grande source d'énergie renouvelable, derrière l'hydroélectricité. Depuis la première utilisation du moulin à vent comme épine dorsale mécanique des premières civilisations perse et chinoise, aux énormes éoliennes d'aujourd'hui, la technologie sous-jacente est là pour rester.
Maintenant c'est intéressantLes éoliennes n'ont que trois pales afin de garder leur moment cinétique constant. Avec trois lames, quand on pointe vers le haut, les deux pointant vers le bas à un angle équilibrent parfaitement les forces. Si les éoliennes avaient plus de trois pales, elles seraient soit instables, soit trop lourdes pour être efficaces.
