b)
Capteurs à axe vertical
Si les capteurs à axe vertical ont été
probablement les premiers utilisés, par la suite ils ont
été abandonnés au profit des précédents.
C'est assez récemment qu'ils ont été redécouverts
et ont fait l'objet de nouveaux développements qui en font des
concurrents directs des capteurs à axe horizontal en présentant
sur eux un certain nombre d'avantages. Les calculs de leurs
caractéristiques se font à partir des mêmes relations
(I.24), (I.25) et (I.26) que celles des capteurs à axe horizontal.
Rotor de SAVONIUS
Ce rotor a été inventé par le Finlandais
Sigurd Savonius en 1925 et a fait l'objet d'un brevet français [6]. Il
comporte essentiellement deux demi-cylindres dont les axes sont
décalés l'un par rapport à l'autre (Voir Figure
(I.14)).
Figure I. 14 :
Rotor SAVONIUS.
Outre le fait que les forces exercées par le vent sur
les aubages diffèrent suivant qu'il s'agit de la partie convexe ou de la
partie concave, le rotor dans la position de la figure est soumis à un
couple aérodynamique supplémentaire dû aux deux
déviations successives à 180° des filets par les aubages.
Le meilleur rendement est obtenu pour un rapport
e/d= 1/6.
Le coefficient de puissance CP maximal
atteint 0,3 et les conditions optimales de fonctionnement sont
réalisées lorsque le paramètre de vitesse :
 
(I.35)
Avec   surface utile du capteur.
Le couple moyen est donné par :
 
(I.36)
Le coefficient Cm est donné par la
courbe de la figure I.15.
Figure I.
15: Coefficients de puissance Cp et de couple Cm en fonction
du paramètre de vitesse  
dans le cas du rotor de Savonius.
Le rotor de Savonius, étant très simple,
présente un intérêt pour les pays très peu
industrialisés car il est facile à fabriquer. Il a
été développé aussi pour de petites
éoliennes conçues pour la navigation de plaisance (recharge de
batteries). Par suite de son couple au démarrage élevé, il
est aussi intéressant de l'associer au rotor de Darrieus.
Le rotor de SAVONIUS a l'avantage du démarrage à
basses vitesses du vent, de l'ordre de 2 m/s. pour cela ils sont
utilisés pour des fins de ventilation des immeubles. A coté du
faible rendement, les rotors Savonius ont un inconvénient : la
demande en matériel est élevée.
Les dimensions des machines à rotor de Savonius restent
toutefois modestes, 3 à 4 m de hauteur maximale pour des
diamètres de 2 m environ.
Rotor Darrieus
Il s'agit d'un capteur à circulation instationnaire.
Conçu par l'ingénieur français Georges Darrieus, il a fait
l'objet d'un brevet français en 1925 [7]. Non exploité, il a
été redécouvert il y a environ 20 ans par les Canadiens et
a fait l'objet d'un certain nombre d'études dans plusieurs pays.
Le rotor est constitué de plusieurs pales, en
général 2 ou 3, de profil symétrique biconvexe lié
rigidement entre elles et tournant autour d'un axe vertical. Les formes
adoptées pour les surfaces décrites par les pales (figure I.16)
sont cylindriques ou coniques ou bien encore, cas le plus courant,
engendrées par une courbe chaînette afin de ne soumettre les pales
qu'à une contrainte de traction, cette dernière surface
étant assimilable à une surface parabolique.
Figure I.
16: Rotor de Darrieus : différentes formes
adoptées pour les surfaces décrites par les pales.
L'avantage des rotors DARRIEUS est qu'ils ne dépendent
pas de la direction du vent. Pour démarrer, ils ont besoin d'un
générateur fonctionnant comme un moteur ou l'aide d'un rotor
SAVONIUS installé au sommet de l'axe vertical.
Ils sont plus bruyants que les éoliennes à axe
horizontal. Un autre inconvénient c'est que la vitesse du vent augmente
significativement avec la hauteur, faisant les éoliennes à axe
horizontal plus économique en ce qui concerne le tour.
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