WO2015158754A1

WO2015158754A1 - Eolienne adaptative

Info

Publication number: WO2015158754A1
Application number: PCT/EP2015/058133
Authority: WO
Inventors: Philippe CROCHAT
Original assignee: Crochat Philippe
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2015-10-22
Also published as: US20170036761A1; FR3020096B1; FR3020096A1; US10864989B2

Abstract

Eolienne (10) comportant au moins une pale (20, 21) reliée par un moyen de liaison (40) à une structure (30) de support, une génératrice (50) étant fixée sur au moins une pale (20, 21), ledit moyen de liaison (40) étant relié à la structure (30) de support par un moyeu (60) et chaque pale (20, 21) étant apte à effectuer une rotation, caractérisée en ce que le rayon de rotation de chaque pale (20, 21) s'adapte en fonction de la vitesse du vent.

Description

EOLIENNE ADAPTATIVE

Domaine de l'invention

La présente invention concerne une éolienne comportant au moins une pale sur laquelle est positionnée une génératrice, le rayon de rotation des pales par rapport à la structure de support s'adaptant en fonction de la vitesse du vent.

L'invention a notamment pour but l'optimisation du rapport puissance/coût d'une éolienne afin de faire baisser significativement le coût de production de l'énergie éolienne.

Etat de la technique

De manière connue, une éolienne est constituée d'un mât, d'une nacelle contenant la génératrice électrique et d'un rotor constitué en général de 3 pales séparées de 120°. La plupart des mâts classiques d'éolienne ont une forme haubanée ou en treillis, ou encore tubulaire.

La puissance maximale P produite par une éolienne est la suivante :

_{P =} £ * _K3 , ₅ , H (1)

2 27

Où ^ est la limite de Betz et correspond au rendement théorique maximum, S est la surface balayée par l'éolienne et V est la vitesse du vent et p la masse volumique de l'air.

Il est aussi connu qu'afin de se placer à la limite de Betz et extraire ainsi le maximum de puissance du vent, un élément de pale devra avoir approximativement une longueur de corde C de la forme suivante : l6nR

R est le rayon de balayage de l'éolienne

B est le nombre de pales

Lambda est le rapport vitesse en bout de pale sur vitesse du vent (« tip speed ratio » ou tsr en terminologie anglo-saxonne)

^ est la position sur la pale de notre élément, à 1 il est sur l'extrémité de la pale, à 0 il est au niveau du moyeu, à 0.5 il est au milieu de la pale.

Or, étant donné que le coût de fabrication d'un élément de pale est sensiblement proportionnel au volume de matière constitutif de celui-ci et que ce volume est proportionnel au carré de la corde, l'équation (2) nous indique que le coût de fabrication (dcoût) de cet élément de pale est inversement proportionnel au carré de la position de notre élément de pale sur la pale.

Soit dcoûtoc 1/

Par ailleurs, notre élément de pale couvre une surface dS=2n(-)R, et comme d'après l'équation (1 ), la puissance est proportionnelle à la surface balayée donc la puissance générée dP de notre élément de pale est proportionnelle à la position de celui-ci sur la pale.

Soit dPoc -

R

Le rapport puissance/cout est donc oc

La recherche aujourd'hui tente d'améliorer le rendement d'énergie des éoliennes tout en en diminuant le coût. Or, si l'on veut optimiser le rapport puissance/cout d'une éolienne, il vaut mieux privilégier le bout de pale que la base de celle-ci.

Afin de limiter les coûts et la complexité de la mécanique de l'éolienne, les acteurs de cette filière s'orientent, quand cela est possible, de plus en plus vers le choix d'une génératrice à aimants permanents en prise directe avec les pales. Ainsi le besoin d'un système à engrenages disparaît. Cependant, toute chose égale par ailleurs, une génératrice est d'autant plus chère que sa vitesse de rotation est faible. On a donc intérêt à trouver un système qui permette à la fois de conserver l'entraînement direct tout en assurant une vitesse de rotation élevée. Une éolienne à rotors secondaires est une éolienne à axe horizontale classique où l'on a fait migrer la génératrice de courant du moyeu vers le bout de chacune des pales. En outre, chacune des génératrices secondaires est équipée d'une hélice afin de faire tourner ladite génératrice. La demande de brevet internationale N° WO 02/086312 A1 divulgue ce type d'éoliennes. Une autre demande de brevet internationale N° WO 2010/039790 A2 divulgue une éolienne comportant des génératrices secondaires équipées d'hélices, cette éolienne flottant dans les airs à la manière d'un cerf-volant rotatif.

Pour une éolienne de surface balayée S₀ la puissance produite par l'éolienne est donnée par la formule suivante \ p x S₀ x V³ x Cp₀ où p est la masse volumique de l'air, V est la vitesse du vent et Cp₀ est le coefficient de puissance de l'éolienne dite classique.

Un Cp₀ égale à 0 signifierait une éolienne d'efficacité énergétique nulle. Inversement un Cp₀ égale à 1 signifierait une éolienne d'efficacité énergétique de 100%, c'est à dire une éolienne qui arriverait à capter toute l'énergie du vent. En pratique, toute éolienne quelle que soit sa forme et sa construction est limitée par la

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limite de Betz à une valeur théorique de— soit environ 59%. Il en sera de même

^ 27

avec une éolienne équipée de rotor(s) secondaire(s).

Soit λ le rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent, appelé tsr (« tip speed ratio «en terminologie anglo-saxonne) ; T la somme des forces de poussées (« Thrust » en terminologie anglo-saxonne) des rotors secondaires.

On a alors TÀV = ^S₀V³Cp₀ (3)

On peut voir cette équation comme étant l'égalité entre l'énergie produite par les pales et l'énergie récupérée par les rotors secondaires. ^S₀V³ (3. 1) n'est autre que la puissance du vent traversant la surface balayée par l'éolienne.

De l'équation (3) on tire T = ^PS°^{V2 CP}° (4)

Or la théorie de Γ « actuator dise » (l'éolienne forme en première approximation un disque poreux) nous enseigne que T est aussi égal à :

T = np ²V² (l — CL)2CLS_î (5)

Où n représente le nombre de rotors secondaires (ou le nombre de pale s'il n'y a qu'un seul rotor secondaire installé sur chacune des pales), S₁ est la surface balayée par un rotor, on suppose ici que chaque rotor secondaire est identique, Enfin, a est l'atténuation de la vitesse du vent. La forme du sillage ainsi que les vitesses du vent loin en amont de l'éolienne, au niveau de l'éolienne et loin derrière l'éolienne sont connues.

Si on pose a =— (rapport entre la surface balayée par un rotor secondaire et la surface balayée par les pales), de (4) et (5) on tire (1 - _α)4α = ^ (6) or la même théorie de Γ « actuator dise » nous enseigne que la puissance P récupérée par l'ensemble des rotors secondaires est

P = np(l - a)²2aÀ³V³S₁ (7)

En injectant (6) dans (7) on trouve P = - ^p {l - a)S_QC_PoV³ (8)

Sachant que le coefficient de puissance de notre éolienne (équipée de rotors secondaires) que nous noterons C_Pl est le rapport entre la puissance P récupérée par l'ensemble des rotors secondaires et la puissance du vent; (3.1 ) et (8) donne

Où Cp₀ est le coefficient de puissance de notre éolienne si elle n'avait pas été pourvue de rotors secondaires, c'est à dire si le générateur de courant électrique avait été placé dans le moyeu.

Par ailleurs, si ^la solution CL = -

En injectant (6.1 ) dans (9), on trouve

De (9.1 ) nous pouvons en tirer les conclusions suivantes :

Comme le terme à l'intérieur de la racine est forcément inférieur à 1 alors Cp₁ < Cp_Q. Une éolienne à rotors secondaires est donc forcément moins efficace énergétiquement qu'une éolienne classique.

Mais, comme ηλ³ a » Cp_Q alors Cp₁ ^ Cp_Q

Ainsi, si les paramètres mécaniques de l'éolienne à rotors sont suffisamment bien choisis, l'efficacité énergétique d'une telle éolienne sera similaire à celle d'une éolienne classique. Exposé de l'invention

La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique mentionnés ci-dessus.

A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, une éolienne comportant au moins une pale reliée par un moyen de liaison à une structure de support, une génératrice étant fixée sur au moins une pale, ledit moyen de liaison étant relié à la structure de support par un moyeu et chaque pale étant apte à effectuer une rotation, caractérisée en ce que le rayon de rotation de chaque pale s'adapte en fonction de la vitesse du vent.

Cela permet de faire varier S dans l'équation (1 ) et ainsi d'adapter la surface balayée par l'éolienne par rapport à la vitesse du vent afin d'obtenir une puissance produite proche de la puissance maximum quelle que soit la vitesse du vent. Dans des modes de réalisation, l'éolienne est reliée par un câble à une structure de support apte à s'élever par rapport au sol au moyen de moteurs et d'éléments assurant une portance dans l'air. Cela permet de rendre aérienne l'éolienne selon l'invention. Dans des modes de réalisation, ledit moyen de liaison est un câble. Cela engendre une résistance au vent faible et permet de diminuer les coûts de fabrication du système.

Dans des modes de réalisation, le rayon de rotation desdites pales est adaptable en fonction de la vitesse du vent grâce à un enrouleur. Cela permet d'offrir une surface de balayage des pales plus ou moins importante et ainsi de produire plus ou moins d'électricité, la production d'électricité étant proportionnelle à la surface de balayage des pales.

Dans d'autres modes de réalisation, ledit moyen de liaison est une barre. Cela permet aussi de diminuer les coûts de fabrication du système. Dans d'autres modes de réalisation, le rayon de rotation desdites pales est adaptable en fonction de la vitesse du vent grâce à des moyens télescopiques. Cela permet d'offrir une surface de balayage des pales plus ou moins importante.

Dans des modes de réalisation, ladite génératrice est fixée en bout de pale.

Dans des modes de réalisation, ladite structure de support est un mât. Dans d'autres modes de réalisation, ladite structure de support est un cerf- volant. Cela permet de profiter des vents plus forts en altitude et donc d'augmenter V dans l'équation (1 ). De plus, cela permet la rotation des pales de l'éolienne dans un plan vertical. Cette rotation dans un plan vertical est particulièrement innovante dans le domaine des éoliennes aériennes. En effet, les éoliennes aériennes faisant partie de l'état de la technique sont contraintes à effectuer une rotation dans un plan oblique afin d'assurer une portance dans l'air. La rotation dans un plan vertical de l'éolienne aérienne objet de la présente invention, est permise grâce au fait que la portance dans l'air de l'éolienne est assurée par la structure de support qui est apte à s'élever dans les airs, par exemple le cerf-volant. La rotation dans un plan vertical assure la traversée de l'éolienne par une plus grande masse d'air et engendre un meilleur rendement en électricité par rapport à une éolienne effectuant une rotation dans un plan oblique.

Dans des modes de réalisation, un bateau comporte l'éolienne aérienne selon l'invention. Cela permet d'alimenter le moteur du bateau. Dans des modes de réalisation, la rotation des pales de l'éolienne s'effectue dans un plan vertical. Cela assure la traversée de l'éolienne par une plus grande masse d'air et engendre un meilleur rendement en électricité par rapport à une éolienne effectuant une rotation dans un plan oblique.

Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

La Figure 1 illustre une éolienne à rayon de rotation adaptable en fonction de la vitesse du vent, dont la structure de support est un mât, selon un mode de réalisation de l'invention.

La Figure 2 illustre une éolienne aérienne à rayon de rotation adaptable en fonction de la vitesse du vent, reliée à une structure de support apte à s'élever dans les airs au moyen de moteurs et d'éléments assurant une portance dans l'air, selon un mode de réalisation de l'invention. La Figure 3 illustre une éolienne aérienne à rayon de rotation adaptable en fonction de la vitesse du vent, dont la structure de support est un cerf-volant, selon un mode de réalisation de l'invention.

La Figure 4 illustre une adaptation du rayon de rotation des pales d'une éolienne, selon un mode de réalisation de l'invention. La Figure 5 illustre un bateau comportant une éolienne aérienne selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée des modes de réalisation de l'invention

La Figure 1 révèle une éolienne 10 comportant un mât en tant que structure 30 de support, deux pales 20, 21 reliées par un moyen de liaison 40 à ladite structure 30 de support et une génératrice 50 fixée sur chaque pale 20, 21 . Ledit moyen de liaison 40 est relié à la structure 30 de support par un moyeu 60 et lesdites pales 20, 21 sont aptes à effectuer une rotation, le rayon de rotation desdites pales 20, 21 s'adaptant en fonction de la vitesse du vent.

Dans les modes de réalisation où la structure 30 de support est un mât et que les moyens de liaison 40 ne sont pas rigides, l'éolienne n'est pas placée face au vent mais sous le vent, afin d'éviter le contact entre les pales et le mât. De plus, les éléments de pales sont maintenus en place grâce à la force centrifuge.

Dans les modes de réalisation où l'éolienne 10 ne comporte qu'une seule pale 20, un contrepoids relié au moyeu 60 est placé diamétralement opposé à la pale 20.

Le moyen de liaison 40 peut être un câble ou bien une barre dans des matériaux appropriés au secteur éolien. Lorsque le moyen de liaison est un câble, il faut que la pale ait un profil auto-stable pour assurer une stabilité de l'angle d'incidence aérodynamique de la pale.

Les génératrices 50 peuvent être placées n'importe où sur les pales 20, 21 et de préférence en bout de pales. Chacune des génératrices est équipée d'une hélice afin de faire tourner ladite génératrice.

Pour permettre l'adaptation du rayon de rotation des pales 20, 21 , il est possible d'utiliser un enrouleur lorsque le moyen de liaison 40 est un câble. Un tel mouvement d'adaptation du rayon de rotation des pales 20, 21 est illustré en Figure 4. En effet, un enrouleur, par exemple positionné dans le moyeu 60 permet, en déroulant ou enroulant le moyen de liaison 40, d'augmenter ou diminuer le rayon de rotation des pales 20,21 et donc de faire varier la production d'électricité. Un autre moyen d'adapter le rayon de rotation des pales 20, 21 est l'utilisation de moyens télescopiques. Cela est notamment réalisable lorsque le moyen de liaison (40) est une barre. La Figure 2 révèle une éolienne aérienne 10 reliée par un câble 90 à une structure 30 de support apte à s'élever par rapport au sol au moyen de moteurs 1 10, 1 1 1 et d'éléments 1 15, 1 1 6, 120, 121 , 122, 123 assurant une portance dans l'air. Une telle structure 30 de support peut correspondre à un cerf-volant 70 rotatif dit de type hélicoptère.

Plusieurs types de cerf-volant peuvent être utilisés pour maintenir l'éolienne dans les airs. Les cerfs-volants peuvent être rigides ou souples, rotatifs ou fixes. La portance dans les airs étant assurée par le cerf-volant, l'éolienne n'a pas besoin d'avoir un rôle de portance et les pales de cette dernière peuvent donc effectuer une rotation dans un plan vertical, afin d'obtenir une surface de balayage traversée par une plus grande masse d'air et engendrer un meilleur rendement en électricité par rapport à une éolienne effectuant une rotation dans un plan oblique.

Un exemple de cerf-volant rigide est le cerf-volant en forme de losange qui a et qui agrémente encore le passe-temps des enfants. Un exemple de cerf-volant souple est le cerf-volant de« kitesurf » qui gagne de jour en jour en popularité et performance. Moins connu car plus complexe mais non moins performant est le cerf- volant rotatif. Une ou plusieurs pale(s) tourne(nt) autour d'un centre de rotation relié à la terre par un câble. La très grande surface balayée par ce type de cerf -volant assure une portance largement supérieure aux cerf-volants fixes à surface apparente égale.

On peut décliner deux sous-types de cerf-volant rotatif, le rotor légèrement incliné face au vent et le rotor strictement horizontal.

Le cerf-volant à rotor légèrement incliné par rapport au vent n'est autre qu'un autogire relié à la terre par un câble. Un exemple très intéressant de ce type de cerf- volant a été utilisé lors de la seconde guerre mondiale, il s'agit du Focke-Achgelis Fa 330.

Ce type de cerf-volant utilise en fait la force du vent pour faire tourner les pales qui génèrent à leur tour de la portance. Ce type de cerf-volant ne nécessite aucun moteur pour fonctionner, mais à l'inconvénient d'avoir une traînée aérodynamique parasite catastrophique ainsi qu'une difficulté au démarrage. Le cerf-volant à rotor strictement horizontal s'apparente plus à l'hélicoptère et dispose de pale(s) qui tournent dans un plan parfaitement horizontal. Ce dernier modèle nécessite l'utilisation de moteurs qui consomment de l'énergie mais possède un rapport portance/traînée excellent et peut démarrer tout seul ainsi qu'atterrir et décoller verticalement, un dispositif de contrôle électronique, par exemple positionné dans le moyeu ou au sol ou bien sur les pales, peut y être ajouté afin d'obtenir une stabilité parfaite même en cas de vent turbulent.

Tous ces types de cerfs-volants peuvent être utilisés pour porter l'éolienne conformément à la présente invention. Dans la suite, les solutions envisageables pour chacun de ces types sont présentées.

Le cerf-volant rigide ou semi-rigide est le plus connu, constitué d'une structure (squelette) rigide et de toile pour couvrir la surface. Un cerf-volant de type « aile d'avion » stabilisé est aussi un cerf-volant rigide. Ce n'est pas la forme du cerf-volant qui détermine son type mais la manière dont il est constitué. Afin d'augmenter sa portance, il conviendra de lui faire balayer une surface importante en lui faisant décrire une trajectoire la plus large possible. Ce type de cerf-volant nécessite l'utilisation d'une longue perche permettant la « prise au vent » du cerf-volant lors de sa phase initiale de décollage. Une autre solution que la perche de décollage consisterait à rajouter un ballon (ou dirigeable) gonflé d'un gaz plus léger que l'air afin de porter en permanence le cerf-volant dans les airs même en l'absence de vent. Afin de limiter le volume d'hélium embarqué, ce ballon n'aura pour vocation que de porter le cerf-volant (qui a un poids très faible). Ce cerf-volant qui doit se déplacer sans cesse nécessite un système de contrôle au sol à l'aide de plusieurs câbles. Ce type de cerf-volant n'est donc utilisable dans notre cas que s'il est conjugué avec un système de commandes couplé avec une multitude de capteurs ainsi que des moteurs ou vérins de pilotage.

Le cerf-volant souple s'est démocratisé grâce au phénomène kitesurf, c'est un cerf-volant entièrement en toile muni de caissons qui se gonflent grâce au vent incident. On peut voir ce type de cerf-volant comme une voile de parapente relié à la terre par l'intermédiaire d'un câble. Le système de décollage, atterrissage est assez compliqué et a été déjà mis au point par les sociétés Skysail (marque déposée) et Kitegen (marque déposée). Le fait que ces cerf-volants décrivent des huits dans le ciel augmente la portance des cerf-volants mais diminue le rendement aérodynamique du fait de l'augmentation de la traînée parasite. Une éolienne 10 équipée d'un tel cerf-volant 70 selon l'invention, est illustrée en Figure 3.

Pour ce qui est des cerf-volants rotatifs, le cerf-volant de type autogire n'est pas un candidat sérieux du fait de l'énorme traînée aérodynamique qu'il engendre et de son impossibilité à décoller verticalement. Seul le cerf-volant dit de type hélicoptère va être abordé.

Le cerf-volant dit de type hélicoptère (à rotor strictement horizontal), comme illustré dans la Figure 2, est constitué d'un ou plusieurs rotors 1 15, 1 1 6. Dans le cas d'un seul rotor, afin d'assurer la stabilité du cerf-volant 70, un dispositif électronique de variation cyclique d'un des paramètres aérodynamiques (angle d'attaque des pales, battement, distance pale-moyeu,..) conjugué avec la présence d'au moins un capteur, doit être ajouté (comme dans le cas d'un hélicoptère classique). Dans le cas de rotors contrarotatifs, il est adjoint d'un dispositif de contrôle de la vitesse de rotation des deux ou plus rotors (vitesse qui ne sera pas la même sur tous les rotors), ce qui a pour conséquence sous l'effet du vent incident d'assurer la stabilité sur un axe. Sur l'autre axe, la stabilité est assurée par un empennage horizontal.

L'éolienne dotée d'un tel dispositif est alors constituée d'un câble la reliant au sol, d'un moyeu 60 central tournant autour du câble, de un ou plusieurs moyens de liaison 40 rigide ou non, chaque moyen de liaison est relié à une pale 20, 21 vrillée ou non. Sur au moins une pale, est montée une génératrice 50 qui est équipée d'une hélice fonctionnant au démarrage comme hélice propulsive, et ensuite comme génératrice 50 de courant. Une telle hélice doit avoir un profil strictement symétrique. Cette génératrice 50 peut donc être utilisée comme moteur (aide au démarrage) et comme génératrice 50 de courant. L'électricité produite par la ou les génératrice(s) transite par les éléments de liaison, le moyeu et le câble relié au sol. Dans un mode de réalisation, ledit moyeu 60 central est équipé d'un enrouleur permettant à l'ensemble de se dérouler ou de s'enrouler afin de faire varier le rayon de rotation du dispositif. Cette éolienne 10 est elle-même reliée par un câble 90 à une structure rigide constituée d'un axe rigide 1 13 et éventuellement d'un empennage 1 14. Autour de l'axe rigide 1 13 de la structure, tournent un ou plusieurs rotors 1 15, 1 16. Chacun de ces rotors1 15, 1 1 6 est équipé d'une ou plusieurs pales 120, 121 , rigides ou non, équipées en bout de pale d'une aile 122, 123, montée d'un moteur 1 10, 1 1 1 à hélice propulsive. Les pales 120, 121 , les ailes 122, 123, ainsi que les rotors 1 15, 1 1 6 jouent uniquement un rôle de portance (cerf-volant) et ne contribuent pas à la génération d'électricité. Les moteurs 1 10, 1 1 1 du cerf-volant de type hélicoptère sont alimentés par l'éolienne 10 et/ou le réseau électrique. Chacun des rotors 1 15, 1 16 du cerf-volant peut être équipé d'un dispositif d'enroulage, déroulage afin de faire varier le rayon de rotation de chaque pale qui y est reliée.

Dans un mode de réalisation, l'éolienne 10 selon la présente invention est équipée d'un enrouleur situé dans le moyeu 60 et/ou au sol, qui permet lors des phases de décollage et d'atterrissage d'accueillir et de libérer le cerf-volant. La structure du cerf-volant, ainsi que celle de l'éolienne ne feront plus qu'une après l'atterrissage. La montée dans les airs se fera grâce à la rotation des pales du cerf- volant. Cette rotation engendre de la portance comme dans le cas d'un hélicoptère classique. La phase de décollage s'effectue suivant l'enchainement des étapes suivantes :

- Initialement, le cerf-volant dit de type hélicoptère et l'éolienne à rotor vertical, forment un ensemble solidaire. Tous les câbles sont complètement enroulés et le cerf-volant occupe la position supérieure de cet ensemble.

- De l'électricité provenant du réseau est injecté dans le cerf-volant, ses moteurs se mettent à faire tourner les deux rotors, qui en tournant procurent de la force centrifuge aux pales qui s'écartent progressivement du moyeu de leur rotor. Plus ces pales s'écartent du moyeu, plus elles tournent vite et plus elles produisent de la portance. A partir d'un certain moment, cette portance est supérieure au poids de l'ensemble qui s'élève alors dans les airs.

- En s'élevant dans les airs, le câble principal qui relie l'éolienne au sol et le câble qui relie l'éolienne au cerf-volant se déroulent progressivement. L'ensemble cerf-volant 70 s'éloigne alors de l'ensemble éolienne.

- Arrivé à une certaine altitude, de l'électricité est injecté dans les moteurs de l'éolienne qui se mettent à tourner, en tournant une force centrifuge est crée ce qui a pour effet de dérouler les câbles des pales de l'éolienne. - Arrivé à un certain diamètre qui est fonction du vent mesuré, le déroulage des câbles des pales de l'éolienne est bloqué, et les moteurs de l'éolienne se transforment en génératrice pour produire du courant et injecter une petite partie de ce courant dans le cerf-volant dit de type hélicoptère et une grosse partie de ce courant dans le réseau électrique.

La phase d'atterrissage s'effectue suivant l'enchainement des étapes suivantes :

- Lorsque le vent mesuré devient trop faible, les génératrices de l'éolienne s'arrêtent, et les enrouleurs de l'éolienne viennent enrouler les câbles des pales de l'éolienne.

- Une fois que l'éolienne est complètement enroulée, les moteurs du cerf- volant ralentissent et les enrouleurs enroulent les câbles des pales du cerf- volant, ceci diminue la portance et au bout d'un certain moment la portance du cerf-volant est plus faible que le poids de l'éolienne ce qui provoque une perte d'altitude.

- En perdant de l'altitude, les câbles reliant l'éolienne au sol et l'éolienne au cerf-volant s'enroulent. Arrivé au sol, tous les câbles sont enroulés et les moteurs/génératrices s'arrêtent.

L'éolienne 10 selon ce dernier mode de réalisation est dans un état stable aérodynamiquement, elle doit néanmoins être adjointe d'un dispositif de contrôle de l'enroulage et du déroulage du câble. La longueur du câble déroulé est fonction de l'altitude atteinte, de la vitesse du vent et de la distance qui sépare l'éolienne du cerf- volant.

Une éolienne 10 aérienne selon l'invention, c'est-à-dire lorsque la structure de support est un cerf-volant 70, peut être reliée à un bateau 80 produisant ainsi de l'électricité alimentant le moteur 100 propulsant le bateau comme cela est illustré sur la Figure 5. Elle peut-être reliée au bateau 80 par un câble 81 . Le point d'ancrage 82 au bateau peut être situé n'importe où. L'électricité transite par le câble 81 , le point d'ancrage 82 et vers le moteur 100 du bateau 80. Exemples non limitatifs de dimensions et caractéristiques de l'éolienne selon l'invention :

• Eolienne destinée au marché des particuliers :

- puissance nominale : 3kw

- altitude du moyeu : 40m

- diamètre du rotor principal vertical : 5m

- nombre de pales : 2

- nombre de génératrices : 2 (1 installée en bout de chacune des pales)

- puissance nominale de chacune des génératrices : 1 .5kw

- longueur d'une pale : 1 m

- longueur déroulée du câble de maintient de chacune des pales 1 .5m

- matière constitutive de la pale : composite résine / fibre de verre ou carbone

- matière constitutive du câble : polyéthylène de masse molaire très élevée, cuivre (le polyéthylène haute performance est situé au milieu du câble et est utilisé pour la résistance mécanique du câble, le cuivre pour la conductivité électrique).

• Eolienne destinée au marché des fournisseurs d'électricité :

- puissance nominale : 3MW

- altitude du moyeu : 250m

- diamètre du rotor principal vertical : 150m

- nombre de pales : 2

- nombre de génératrices : 2 (1 installée en bout de chacune des pales)

- puissance nominale de chacune des génératrices : 1 .5MW

- longueur d'une pale : 35m

- longueur déroulée du câble de maintient de chacune des pales 40m

- matière constitutive de la pale : composite résine / fibre de carbone

- matière constitutive du câble : polyéthylène de masse molaire très élevée, cuivre (le polyéthylène haute performance est situé au milieu du câble et est utilisé pour la résistance mécanique du câble, le cuivre pour la conductivité électrique). Afin que l'angle d'attaque des pales soit toujours à la valeur désirée, il y a soit la possibilité d'utiliser un profil d'aile dit « auto stable », soit d'utiliser un empennage arrière installé en bout de chaque pale. Le profil de type auto stable offre l'avantage d'être plus compact que l'ensemble « aile + stabilisateur » mais offre une portance et une stabilité inférieure.

Les enrouleurs portent un câble servant à la fois de conducteur électrique et de traction mécanique. Aucun fabricant connu de câble électrique ne propose de câble électrique et mécanique qui offre à la fois des atouts de bon conducteur électrique, faible rayon de courbure et forte résistance à la traction. Ainsi, il est plus avantageux de mettre en place deux enrouleurs spécialisés plutôt qu'un enrouleur généraliste. En lieu et place d'un enrouleur de gros diamètre qui est puissant et lourd par pale, il est avantageusement proposé d'utiliser d'une part un enrouleur de gros diamètre, léger et peu puissant comme enrouleur électrique et d'autre part un petit, léger et puissant enrouleur pour le câble de traction mécanique. Les deux enrouleurs sont synchronisés entre eux par une électronique embarquée programmée à cet effet. Le câble mécanique peut être constitué de fibres d'aramide, et le câble électrique peut être celui utilisé pour les machines outils qui résiste à un grand nombre d'embobinages dé bobinages.

Le cerf-volant de type hélicoptère tout comme l'éolienne gagne à être aussi à rayon de rotation adaptatif, donc à être équipé aussi d'enrouleurs situés dans son moyeu.

Une telle disposition lui permet une fois déployée pour la même puissance consommée de soulever une charge plus lourde. Ou bien pour la même charge soulevée, de consommer moins et donc de rendre l'ensemble « éolienne + cerf- volant » plus efficace énergétiquement.

Une telle disposition permet au cerf-volant de type hélicoptère d'être utilisé comme « drone » captif. Ou encore, via l'incorporation de batteries d'être utilisé comme un « drone » classique.

Un tel drone offre des avantages concurrentiels conséquents en termes d'autonomie, de stabilité, et de force de levage. Autrement dit, un tel moyen de portance aérodynamique à voilure tournante offre d'autres débouchés commerciaux que le seul levage d'une éolienne.

Le câble de traction mécanique, ou le câble électrique, même si son diamètre est réduit au minimum provoque une perte d'énergie non négligeable due à la traînée aérodynamique parasite qu'il engendre. Cette perte est due à la forme de son profil (un rond) qui est désavantageuse. Il y a la possibilité de réaliser un câble électrique souple à forme de profil d'aile, offrant un coefficient de traînée de l'ordre de 0,04. Ce chiffre est à comparer au coefficient de traînée de 0,5 du câble rond classique. Le procédé industriel utilisé pour réaliser un tel câble est Γ « extrusion » qui consiste à injecter du plastique entre les filaments de cuivre du câble électrique. Une fois les câbles électriques solidaires de l'enveloppe plastique (qui joue le rôle d'isolant électrique entre les câbles conducteurs par la même occasion), la forme extérieure voulue peut être obtenue. Un profil d'aile d'avion parfaitement aérodynamique peut ainsi être obtenu. Ce procédé est valable uniquement pour le câble électrique. Le câble mécanique reste séparé. La traînée générée par ce dernier est négligeable car il a un diamètre apparent très faible comparativement à celui du câble électrique.

En ce qui concerne l'hélice des génératrices/moteurs de l'éolienne et du cerf- volant porteur, on a découvert dans l'invention que le vortex généré en bout d'aile est un tourbillon parasite généré par la portance d'une pale/aile ; que ce vortex générait une traînée aérodynamique parasite supplémentaire. Pour y remédier, il est possible de choisir de faire tourner les hélices situées en bout de pale dans le sens inverse du vortex de bout de pale. Le vortex s'en trouve ainsi diminué. Le vortex tourne de l'intrados vers l'extrados de l'aile, il s'agit donc pour les petits rotors secondaires de tourner dans le sens inverse de celui-ci.

Le vortex généré par la pale et le flux tourbillonnaire généré par l'hélice représentent deux flux d'air qui sont indésirables et qui ont tendance à s'annuler mutuellement.

En ce qui concerne les moteurs/génératrices de l'éolienne et du cerf-volant porteur, ces moteurs afin d'assurer un rapport puissance/poids maximum auront avantage à être du type « inrunner » c'est à dire à posséder les aimants permanents sur le rotor et non le stator. Une telle configuration à l'avantage d'être plus efficace énergétiquement, coûter moins cher et être plus légère.

En ce qui concerne le procédé d'équilibrage dynamique du rotor, les deux ou plus pales étant déployées indépendamment l'une des autres, si une pale est déployée plus qu'un autre, cela crée un déséquilibre qui peut aboutir à la destruction de l'éolienne. Pour y remédier, il est possible de procéder de deux manières :

1 . placer un accéléromètre sur le bâti et un capteur de position (effet Hall ou capteur optique : ce capteur envoie une impulsion, à chaque fois que la pale passe devant lui), l'accéléromètre envoie un signal caractérisé une fois filtré par une amplitude et une phase. L'amplitude est proportionnelle à la grandeur du déséquilibre observé. La phase indique la position du déséquilibre. Cette phase permet donc de déterminer la pale en cause du déséquilibre.

2. Mesurer le courant instantané consommé par chacun des moteurs sur enrouleur. Puisque chaque moteur à la même caractéristique, si un des moteurs consomme un courant plus important que les autres, cela indique que la pale qu'il retient tire plus que les autres pales. Cette pale est donc responsable du déséquilibre.

Une fois la pale responsable du déséquilibre identifiée, il suffit de rembobiner son enrouleur ou de déployer les autres pales pour diminuer le déséquilibre de l'ensemble. On répète cette procédure autant de fois que nécessaire jusqu'à obtenir un déséquilibre aussi faible que voulu.

Claims

REVENDICATIONS

1 . Eolienne (10) comportant au moins une pale (20, 21 ) reliée par un moyen de liaison (40) à une structure (30) de support, une génératrice (50) étant fixée sur au moins une pale (20, 21 ), ledit moyen de liaison (40) étant relié à la structure (30) de support par un moyeu (60) et chaque pale (20, 21 ) étant apte à effectuer une rotation, le rayon de rotation de chaque pale (20, 21 ) s'adaptant en fonction de la vitesse du vent, caractérisée en ce que la rotation des pales se fait dans un plan vertical.

2. Eolienne (10) selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle est reliée par un câble (90) à une structure (30) de support apte à s'élever par rapport au sol au moyen de moteurs (1 10, 1 1 1 ) et d'éléments (120, 121 , 122, 123) assurant une portance dans l'air.

3. Eolienne (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit moyen de liaison (40) est un câble.

4. Eolienne (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit moyen de liaison (40) est un câble, et en ce que le rayon de rotation desdites pales (20, 21 ) s'adapte en fonction de la vitesse du vent grâce à un enrouleur.

5. Eolienne (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit moyen de liaison (40) est une barre.

6. Eolienne (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit moyen de liaison (40) est une barre, et en ce que le rayon de rotation desdites pales (20, 21 ) s'adapte en fonction de la vitesse du vent grâce à des moyens télescopiques.

7. Eolienne (10) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite génératrice (50) est fixée en bout de pale.

8. Eolienne (10) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite structure (30) de support est un mât.

9. Eolienne (10) selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite structure (30) de support est un cerf-volant (70).

10. Eolienne (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque pale (20,21 ) comporte des hélices situées en bout de pale, lesdites hélices tournant dans le sens inverse du vortex de bout de pale.

1 1 . Bateau (80) comportant l'éolienne (10) selon la revendication 9.