je vais faire simple, une pale d'hélice à une résultante qui résulte de sa poussée et de sa trainée.
cette résultante n'est donc pas directement "alignée" avec le sens de déplacement de la pale, de ce fait la poussée (ou portance) ne sera jamais à 100% du faite qu'une partie de la résultante ira aussi dans la trainée, donc ce qui cré un contre couple et oblige le moteur à dépenser de l'énergie pour faire déplacer la pale.
dans le cas d'une éolienne, le vent va glisser le long de la pale et va créer aussi une résultante, ce qui va se décomposer en une trainée et une poussée, la trainée va vouloir déplacer la pale dans le sens du vent et la poussée va faire déplacer la pale perpendiculairement au vent et ainsi faire tourner le rotor.
de ce fait même si la pale à un fort rendement, il restera quand même une perte qui passera dans la trainée.
la pale aura un coéfficient de poussé qui ne sera jamais à 100% de la force du vent, déjà que sa résultante ne le sera pas à cause des pertes par frottement donc en plus avec la trainée ont va encore en perdre un peu.
dans le cas d'un panneau, sa surface s'offre entièrement au vent, de ce fait il va se créer devant une très forte poussée, et derrière une dépression, mais par contre sa résultante sera perpendiculaire au panneau et donc parrallèle au sens du vent.
aussi surprenant que cela puisse paraitre, le panneau face au vent dépasse les 100%, puisque qu'il va additionner la poussé du vent mais aussi la dépression.
son coéfficient de poussé (ou coéfficient de trainée) va atteindre au minimum 1.1 et peut dépasser 1.4 si la hauteur dépasse de 18 fois sa largeur.
une autre forme géométrique est très intéressante dans le cas d'un fort coéfficient de trainée c'est la demi sphère creuse vu qu'elle se situe entre 1.33 à 1.4 de coéfficient de trainée à condition qu'elle soit orientée de sorte que le vent entre dans son creux avant de faire demi tour pour ressortir par les cotés.
c'est le cas du parachute quand il descend.
aucun profil d'aile n'aura meilleur coéfficient de trainé.
donc si on a une très forte trainée alors on va avoir la poussée maximale sur les bras de l'éolienne et donc le couple maxi.
n'oublions pas que le vent créer une force de poussée d'environ 0.6xSxV²xCp donc le fameux Cp représente bien le pourcentage de rendement et dans le cas d'un panneau ou d'une demi sphère on dépasse les 100% alors qu'une pale ne le dépassera jamais.
un dernier point important c'est que du fait de sa rotation, la pale ne sera vraiment rentable que sur une partie de sa longueur, hors un panneau l'est sur toute sa hauteur.
l'exemple de la main du nageur est intéressante, la surface de sa main est bien perpendiculaire à son déplacement dans l'eau et la dépression joue un role important, si il devait nager avec le même principe que la pale d'hélice alors il orienterait sa main suivant un angle hors il ne le fait pas, le panneau agit exactement pareil que sa main sauf qu'il ne pousse pas l'air mais c'est l'air qui le pousse.
encore une chose importante, une hélice quand elle est soumis à une faible vitesse ou un angle trop important elle décroche alors que le panneau ne décroche jamais, même à faible vent il agit, hors une hélice n'agira pas à faible vent.
c'est éxactement comme une aile d'avion, à faiblesse vitesse ou forte angle d'incidence elle décroche.
pour résumer, le principe du panneau est la pire chose qu'on peut avoir en face du vent, c'est très facile a voir pour ceux qui font du radio modélisme avion, quand on va sur le terrain avec son aile d'avion et que le vent souffle, c'est plus difficile d'avancer avec l'aile a plat sur soit qu'avec l'aile légèrement de profil, la différence est flagrande, idem quand on sort d'un magasin de bricolage avec une planche quelconque, si le vent souffle, on va en chier des oursins pour avancer si la planche est perpendiculaire au vent alors que si on la penche un peu ça va déjà beaucoup mieux
concernant la raison pour laquelle une aile crée de la portance, il y a deux théories, la plus connue étant celle qui dit que du fait que l'aile est bombée dessus, l'air va se déplaçer plus vite dessus que dessous et créer une dépression qui va donc aspirer l'aile vers le haut.
c'est bien mignon mais c'est faux, pour une raison simple c'est que si le profil est une planche, l'aile est bien portée par le vent et pourtant la vitesse de l'air dessus et dessous l'aile est la même donc ça ne va pas avec cette théorie.
de plus il éxiste des profils bombés dessus et plat dessous qui ne soulèveront jamais une aile (heureuseument pour certain toit de monument) et des profils bombé dessous et plat dessus qui eux soulève une aile
la deuxième théorie dit que la vitesse en question n'est pas celle de l'air sur l'aile mais celle de la célérité de l'air ambiant, ce qu'on connait mieux sous le nom de vitesse du son, c'est cette théorie qui est la vrai.
plusieurs raison le prouve, tout d'abord pour que l'air au dessus d'une aile aille plus vite qu'en dessous il faudrait se trouver dans le cas d'un gaz parfait, hors l'air ambiant ne l'est pas.
si l'air se déplace plus vite dessus que dessous alors pourquoi on observe une couche limite tout autour du profil de l'aile avec au plus loin du profil une vitesse identique à celle du vent relatif et au plus près du profil une vitesse nul
en faite ce qui fait soulever une aile ce sont deux effets, tout d'abord une pression par le dessous qu'on retrouve principalement sous le dessous du bord d'attaque (dans le cas de notre planche c'est sous toute la planche) qui s'ajoute à la pression atmosphérique.
le deuxième effet se situe au dessus de l'aile, l'air va créer une pression sur le dessus du bord d'attaque mais va ensuite glisser sur le profil et va rencontrer un grand espace libre qui va lui permettre de se détendre, hors la nature voulant créer l'équilibre, l'air va vouloir se reformer dans cette zone mais malheureusement il lui faut du temps, elle ne le fera qu'a une vitesse de 340m/s, hors elle a peut de temps pour le faire et la pression sous l'aile va l'aider en poussant l'aile vers le haut, mais comme l'air loin au dessus pousse à cause de la masse de l'air encore au dessus du coup tout ce petit monde va s'organiser pour se remettre en place, mais comme l'aile n'est pas très large et que son temps de passage est court, du coup ça va se faire après le passage de l'aile et ça va créer des tourbillons formé par l'air qui pousse en dessous et l'air du dessus qui veut reprendre sa place