Cisaillement du vent
Variation de la vitesse du vent (et parfois de sa direction) avec la hauteur au-dessus du sol, sous l’effet de la rugosité de surface et de la stabilité atmosphérique.
Le frottement du terrain, des cultures, des forêts et des bâtiments freine les couches les plus basses de l’atmosphère et crée un gradient vertical de vitesse du vent. Les études de gisement éolien extrapolent les mesures d’un mât de mesure ou d’un lidar jusqu’à la hauteur de moyeu avec l’un de ces deux profils :
Loi logarithmique : v(h) = vref ln(h / z0) / ln(href / z0)
Valeurs typiques de l’exposant de cisaillement α et de la longueur de rugosité z0 :
- Pleine mer : α ≈ 0,08–0,12, z0 ≈ 0,0002 m
- Prairie dégagée : α ≈ 0,14–0,16 (la classique « loi en 1/7 »), z0 ≈ 0,03 m
- Bocage : α ≈ 0,2, z0 ≈ 0,1 m
- Forêt et zones périurbaines : α ≈ 0,25–0,4, z0 ≈ 0,5–1 m
Le cisaillement varie au fil de la journée. La nuit, une couche limite stable peut donner un α supérieur à 0,4 et des jets de basse couche, ce qui explique que de nombreux sites intérieurs produisent davantage la nuit ; les après-midi ensoleillés, le mélange convectif aplatit le profil.
Pour une éolienne, le cisaillement signifie que le haut d’un rotor de 170 m reçoit un vent bien plus fort que le bas, d’où des charges cycliques sur les pales (une source de fatigue) et des écarts par rapport à la courbe de puissance garantie. L’IEC 61400-12-1 recommande donc une vitesse de vent équivalente au rotor, mesurée à plusieurs hauteurs.
Termes associés
Tous les termes →- Hauteur de moyeu
Hauteur du centre du rotor d’une éolienne au-dessus du sol ou du niveau de la mer ; un moyeu plus haut atteint des vents plus forts et plus réguliers, l’un des principaux moteurs de la hausse des facteurs de charge.
- Distribution de Weibull
Loi de probabilité à deux paramètres qui décrit la fréquence de chaque vitesse de vent sur un site, définie par un facteur d’échelle c et un facteur de forme k.
- Densité de puissance du vent
Puissance moyenne disponible dans le vent par mètre carré de surface perpendiculaire à l’écoulement, en W/m², la mesure de référence de la qualité d’une ressource éolienne.
- Courbe de puissance
Relation entre la vitesse du vent à hauteur de moyeu et la puissance électrique d’une éolienne ; combinée à la distribution des vitesses de vent, elle permet d’estimer la production annuelle.
- Éolien en mer (offshore)
Éoliennes installées en mer ou sur de grands lacs, le plus souvent sur fondations fixes par moins de 60 m de fond environ, qui profitent de vents plus forts et plus réguliers qu’à terre.