Qu'est-ce que la densité de puissance du vent ?
La densité de puissance du vent (WPD, pour wind power density) correspond à la quantité d'énergie cinétique qui traverse un mètre carré de surface placée perpendiculairement au vent, exprimée en watts par mètre carré (W/m²). C'est l'indicateur le plus pertinent pour évaluer le gisement éolien d'un site, car il traduit la forte dépendance de la puissance disponible à la vitesse du vent. Comme la puissance varie avec le cube de la vitesse, doubler la vitesse du vent multiplie par environ huit la puissance exploitable.
Comment utiliser ce calculateur
Saisissez la vitesse du vent en mètres par seconde et la densité de l'air en kilogrammes par mètre cube. Au niveau de la mer et à 15 °C, la densité de l'air est d'environ 1,225 kg/m³, valeur retenue par défaut. Un air plus froid et plus dense fournit davantage de puissance ; à l'inverse, l'altitude et les températures élevées la réduisent. Le calculateur affiche la densité de puissance théorique du vent en W/m² (et en kW/m²).
La formule expliquée
L'équation s'écrit $$\frac{P}{A} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{3}$$ où \(\rho\) désigne la densité de l'air et \(v\) la vitesse du vent. Le terme \(\frac{1}{2}\cdot\rho\cdot v^{2}\) représente la pression dynamique (l'énergie par unité de volume) ; en le multipliant par \(v\), on obtient le débit volumique par unité de surface, ce qui donne bien une puissance par unité de surface. Attention : il s'agit de la puissance contenue dans le vent, et non de celle qu'une éolienne peut réellement capter — la limite de Betz plafonne la puissance récupérable à environ 59,3 %.
Exemple concret
Pour une vitesse de vent de 10 m/s et une densité de l'air standard de 1,225 kg/m³ : $$\frac{P}{A} = 0{,}5 \times 1{,}225 \times 10^{3} = 0{,}5 \times 1{,}225 \times 1000 = 612{,}5 \ \text{W/m}^2$$ Cette valeur correspond à un « bon » gisement éolien.
Foire aux questions
Pourquoi la densité de l'air est-elle importante ? Un air plus dense transporte davantage de masse, donc plus d'énergie cinétique à vitesse égale, ce qui augmente proportionnellement la puissance disponible.
Est-ce la puissance produite par une éolienne ? Non. Il s'agit de la puissance brute présente dans le vent. Les éoliennes réelles n'en récupèrent qu'une fraction, limitée par la limite de Betz (~59,3 %) et par les rendements mécaniques et électriques.
Qu'est-ce qu'une bonne densité de puissance du vent ? Les sites dépassant environ 400 W/m² (à hauteur de moyeu) sont généralement considérés comme propices au développement éolien.
