PISTES DE TRAVAIL POUR LES 3 CYCLES

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FONCTIONNEMENT D’UNE EOLIENNE

Une éolienne permet de récupérer l'énergie cinétique du vent, pour produire le plus souvent de l'électricité.
Elle comporte les éléments suivants :

- le mât qui permet de placer l'éolienne à une altitude à laquelle la vitesse du vent est plus élevée et plus régulière qu'au sol

- une hélice, montée sur l'axe du rotor de l'alternateur, composée généralement de 2 à 3 pâles

- une nacelle montée au sommet du mât et abritant les composants électriques, pneumatiques et électroniques nécessaires pour convertir le mouvement de rotation du rotor en énergie électrique à la sortie d'un alternateur

- une cabine de dispersion à la base de l'éolienne permettant de se connecter au réseau d'électricité existant, afin de pouvoir y injecter l'énergie produite et non consommée directement.

EXPERIMENTATION SUR L’IMPACT DU VENT

Pour faciliter l’expérimentation, le vent peut être simulé en classe avec un sèche-cheveux, ou mieux un ventilateur. L’élève doit s’apercevoir que plus l’éolienne est près du ventilateur, plus le vent est fort, plus elle tournera vite.

En cycle 3, l’élève prendra alors conscience que la quantité d’énergie produite est tributaire de la présence et de la force du vent. La production d'énergie a lieu en fonction du vent et non de la demande.

L’élève pivotera son éolienne de façon à ce qu’elle utilise le vent de manière optimale (hélice face au vent).

Le maître prévoira 4 expériences :

q Une seule éolienne placée face au vent

Force du vent	Distance entre l’éolienne et la source de vent	Vitesse de l’éolienne : nulle, lente, rapide, très rapide
Vent fort	d=0,3 m
Vent moyen	d=0,5 m
Vent faible	d=1,5 m
Vent nul

q Vent sur le côté gauche ou droit de l’éolienne.

Force du vent	Distance entre l’éolienne et la source de vent	Vitesse de l’éolienne : nulle, lente, rapide, très rapide
Vent fort	d=0,3 m
Vent moyen	d=0,5 m
Vent faible	d=1,5 m
Vent nul

q Deux éoliennes dans l’axe du vent

Un élève place son éolienne à 0,5 m de la source du vent. Le deuxième élève place son éolienne derrière la première (distance = environ 0,3 m) - Expérimentation

Force du vent	Vitesse de la première éolienne : nulle, lente, rapide, très rapide	Vitesse de la deuxième éolienne : nulle, lente, rapide, très rapide
Vent fort (d=0,3 m)
Vent moyen (d=0,5 m)
Vent faible (d=1,5 m)
Vent nul

q Deux éoliennes côte à côte (distance entre les 2 pylônes = 0,4 m)

Force du vent	Vitesse de la première éolienne : nulle, lente, rapide, très rapide	Vitesse de la deuxième éolienne : nulle, lente, rapide, très rapide
Vent fort (d=0,3 m)
Vent moyen (d=0,5 m)
Vent faible (d=1,5 m)
Vent nul

Pour le maître : les éoliennes doivent utiliser un espace libre et l’on doit laisser une certaine distance entre chacune pour éviter qu’elles ne se nuisent.

A noter que la vitesse du vent (la distance entre l’éolienne de l’élève et le ventilateur) influence de façon directement proportionnelle la vitesse de rotation du rotor. Plus le vent est fort, plus l’éolienne tourne vite.

En pratique, une vitesse de vent minimum est nécessaire pour faire tourner l’alternateur à l’intérieur de l’éolienne et donc produire de l’énergie électrique. Donc il faut un vent minimum.

Il se peut que l’éolienne d’un élève se brise sous un vent très fort. Cela n’est pas inhabituel puisque même les grandes éoliennes doivent parfois être freinées lors de grands vents (de nombreuses casses dans le département de l’Aude).

Il est important de bien faire saisir aux élèves que ce qu’ils expérimentent se transpose dans la réalité.

Les éoliennes ont besoin de vent pour tourner et les obstacles sont à éviter pour tirer profit au maximum de la ressource (d’où l’intérêt de les placer sur des hauteurs).

Une éolienne peut donc devenir un obstacle pour une autre éolienne.

Dans les grands parcs, les appareils sont éloignés les uns des autres pour éviter de se nuire. Les élèves verront donc que l’éolienne qu’ils placent directement derrière une autre tourne moins vite.

Contrairement à ce que l'on peut penser, la quantité de vent « récolté » par une éolienne ne dépend pas du nombre de pâles mais plutôt de la surface balayée par elles. C'est la raison pour laquelle une éolienne à 2 pâles peut être tout aussi efficace qu'une éolienne à 3.

Il faut :

- savoir que chaque éolienne coûte très cher, mais que les frais de fonctionnement sont assez limités étant donné le haut niveau de fiabilité et la relative simplicité des technologies mises en oeuvre.
Le prix de revient d'une éolienne va probablement diminuer dans les années à venir.

- savoir qu’une éolienne ne produit que très peu de pollution

- comprendre que le vent est une source d’énergie renouvelable, et donc que les éoliennes sont rentables dans les régions bien ventées

- savoir que la période de haute productivité, située souvent en hiver où les vents sont plus forts, correspond à la période de l'année où la demande d'énergie est la plus importante