A quelle vitesse va l’électricité ? #2 – EnerJT

Salut à toutes et à tous !

Lorsqu’on appuie sur un interrupteur, la lumière s’allume tout de suite ! Alors, est-ce que l’électricité va à la vitesse de la lumière ?

Vous avez sûrement déjà entendu que l’électricité était conduite par de petites particules appelées électrons.  On peut donc penser que lorsqu’on ferme l’interrupteur, des électrons se mettent en route et apporte l’électricité jusqu’à la lampe. Mais la vitesse typique des électrons dans les fils électriques est de 50cm/h – moins vite qu’une tortue ! Autant dire que pour qu’un électron aille de la batterie jusqu’à la lampe il lui faut 1h….

 

Ce qu’on a pas pris en compte, c’est qu’il y a déjà des électrons sur le chemin. Les fils électriques sont fait en métal, par exemple en cuivre. Dans le fil, les atomes mettent en commun une petite partie de leurs électrons. Ces électrons peuvent alors se déplacer facilement, on les appelle « électrons libres ».
Donc lorsque j’appuie sur l’interrupteur, tous ces électrons libres vont se mettre en mouvement les uns après les autres, et la lampe va recevoir les électrons qui étaient dans le fil électrique (un peu comme quand on ouvre le robinet d’eau. On ne reçoit pas immédiatement l’eau de la nappe phréatique, mais celle qui était dans les tuyau). La vitesse du courant électrique, ce n’est pas la vitesse des électrons, mais la vitesse à laquelle ils se mettent en marche. Et cette vitesse de mise en marche est proche de la vitesse de la lumière.

Tout ça c’est bien beau, mais en général on branche un lampe sur une prise électrique, et le  courant qui arrive n’est pas continu mais alternatif 50Hz. C’est à dire que les électrons ne circulent pas continûment, mais changent de sens 50 fois par seconde. A la vitesse de 50cm/h, ça leur laisse à peine le temps de bouger d’un millième de millimètre avant de repartir en arrière ! En fait, les électrons ne s’écoulent pas, mais vibrent sur place.

Pour se représenter ça on peut imaginer une Ola dans un stade. Chaque supporter reste à sa place en faisant un assis-debout, mais cela créer une onde bien visible. De même les électrons s’agitent sur place, mais créer une onde électrique, qui va  aussi vite que la lumière. C’est pour ça que quand on appuie sur l’interrupteur, l’effet nous parait immédiat.

Inspiration

Crédits

  • Réalisation : Adrien Jeantet
  • Un Grand Merci à : Claire, David-Tristan, Naoki et Pierre-Antoine
  •  « La Ola du stade de France « , Chloé Boisard, 2009, https://youtu.be/v4oQVu3RqQU,
  • Crédits Musique : Fun Rock Whistle (soundatelier) via Jamendo
  • Crédits Blender :  sriniwasjha (LightBulb),  oenvoyage (Electrical line)                 mik1190 (Solar Panel), JulianHzg (Wind Power Station) @BlenderSwap

Pourquoi les éoliennes ont-elles 3 pales ? #1 – EnerJT

Salut à toutes et à tous ! Vous avez peut-être déjà rêvé d’éoliennes à une pâle, deux pales, quatre pales ou plein de pales… alors pourquoi toutes celles qu’on voit ont-elles trois pales ?

Avant d’expliquer pourquoi les éoliennes ont trois pales, il faut déjà expliquer pourquoi elles tournent ? Vous avez forcément remarqué que les pales d’éoliennes ne ressemblent pas aux voiles des vieux moulins… mais plutôt à des ailes d’avion !

Une pale d’éolienne est plate d’un côté, et arrondie de l’autre. Du côté arrondi, l’air passe plus vite et exerce une pression moins forte sur la pale. Cette différence de pression exerce une force sur la pale et entraîne donc sa rotation (voir les liens pour plus de détails).

Pales d'éolienne : plate d'un côté et bombée de l'autre. Le vent passe plus lentement du coté plat, la pression y est donc plus forte. La différence de pression entre les deux côtés crée une force qui entraîne la rotation de la pale.

Mais ça ne marche que si le flux d’air arrivant sur la pale est uniforme. S’il est perturbé, le processus est beaucoup moins efficace. En particulier, si les pales sont trop proches les unes des autres, elles vont créer des turbulences et gêner le flux d’air (Les turbulences vont surtout gêner les éoliennes qui se trouvent derrière si le parc d’éolienne n’est pas bien conçu). C’est pour ça que trop augmenter le nombre de pale finit par diminuer l’efficacité…

Mais alors pourquoi pas une seule pale ? En fait, une seule pale crée un gros déséquilibre, donc il faut mettre un contre poids, et l’intérêt par rapport à une bipale est faible.

Les éoliennes bipales ça marche bien… mais il y a un gros défaut : le vent est d’autant plus fort qu’on monte en hauteur. Du coup, lorsque les pales sont verticales, celles du haut subi une force plus grande que celle du bas. Cela entraîne des torsions, et use l’éolienne plus vite, ou oblige à changer sa conception.

Eolienne à une pale plus contrepoids

Eolienne à deux pales

 

 

 

 

 

 

 

Avec trois pales, l’éolienne est à la fois équilibrée et efficace. Ajouter une quatrième ou une cinquième pale, c’est tout à fait possible, mais le gain en efficacité est tout petit. Si l’efficacité maximale à une vitesse de vent donnée avec une pale est de 50%, pour 2 pales elle passe à 55%, à 3 pales elle passe à 56% et à 5 pales elle gagne à peine 0.5% supplémentaires. Bref, pas la peine de gaspiller plusieurs tonnes de matériaux et accessoirement plusieurs centaines de milliers d’euros pour ça…

L’éolienne à trois pales, c’est finalement un compromis entre une bonne efficacité, une grande robustesse et un coût matériel et financier raisonnable. C’est pour ça que les grands parcs éoliens ont tous les éoliennes à trois pales. Ceci étant, il existe vraiment des éoliennes à 5, 4, 2, 1 et même zéro pales… mais on en reparlera dans un autre épisode !

Alors à la prochaine pour faire un plein d’énergie !

Références

Okulov, V. L., & Sørensen, J. N. (2008). Refined Betz limit for rotors with a finite number of blades. Wind Energy, 11(4), 415-426.

Inspiration

Crédits

  • Réalisation : Adrien Jeantet
  • Un Grand Merci à : Claire, David-Tristan, Naoki et Pierre-Antoine
  • Crédits Musique : Fun Rock Whistle (soundatelier) via Jamendo
  • Crédits Blender :  sriniwasjha (LightBulb),  oenvoyage (Electrical line)                 mik1190 (Solar Panel), JulianHzg (Wind Power Station) @BlenderSwap