Le vent est le résultat de moteurs thermiques naturels, l’écoulement de l’air étant provoqué par des différences de températures locales et régionales; ce phénomène est dû en partie au fait que l’air froid est plus lourd que l’air chaud. Parfois il intervient aussi le dégagement de chaleur quand de la vapeur d’eau se condense ou de l’absorption de chaleur quand de l’eau s’évapore. Physiquement la source chaude vient du rayonnement du Soleil, la source froide de l’évasion de chaleur par divers mécanismes impliquant l’air, finalement par rayonnements vers l’espace, qui sauf en direction du Soleil, les absorbera tous sans limite.
Théorie de thermodynamique élémentaire.
Rappel historique: wikipedia 2ème principe (histoire thermodynamique)
Par rendement, on entend une mesure en % de la production d’énergie mécanique à partir d’énergie thermique.
L’efficacité maximale ‘’Rendement’’ d’un moteur à deux températures fonctionnant selon le wikipedia cycle de Carnot (ce qui est le cas localement dans la nature) avec une source chaude de température ‘’Tchaude’’ et une source froide de température ‘’Tfroide’’ vaut :
Rendement = 100% – (Tfroide / Tchaude) , où les températures sont exprimées en °Kelvin
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Calculs du rendement d’une machine thermique de Carnot – application historique.
Machine à vapeur d’eau, où la température de la source chaude serait 100°C (373 °K) et la température de la source froide serait 25°C (298 °K):
Rendement = 1- (298 / 373) =~ 0.2 = 20%
On a aussi, pour cette machine:
Rendement = ‘’Travail mécanique extrait’’ / ‘’Energie thermique fournie’’
Dans notre exemple, avec un Rendement de 20%, pour chaque kWh de travail mécanique extrait, il faudra fournir 5 kWh thermiques.
==> ‘’Travail mécanique extrait’’ = ‘’Energie thermique fournie’’ * Rendement
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Théorie de thermodynamique appliquée au cas des éoliennes géantes.
Au vu des différences de températures très basses en jeu dans la nature (pour la génération des vents des zones tempérées où nous nous trouvons) à cause du mauvais rendement thermodynamique qui en résulte, on doit s’attendre:
<==> à des quantités de chaleur nécessaire énormes pour que la nature fabrique un vent modéré.
<==> à des influences sur les températures des énormes sources froides aussi bien que des énormes sources chaudes, si l’on prélève à grande échelle sur le vent de l’énergie mécanique (peu abondante relativement quand le rendement est mauvais): c’est ce que font des éoliennes utilisées pour pomper de l’eau ou pour produire de l’électricité. C’est bien ce qu’on observe depuis des années, par exemple en Europe.
<==> à des influences sur le comportement des écoulements: c’est de la mécanique des fluides; ceux-ci sont soumis à de l’échauffement solaire réparti non uniformément dans le paysage … donc avec un refroidissement en diminution (vent freiné systématiquement), il va y avoir déplacements des deux sources; ça se manifestera par des modifications de direction des vents.
André Bovay-Rohr, Colombier, le 23 mars 2024