Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’effort horizontal produit par le flux d’air sur les pales des aérogénérateurs génère un moment de renversement à la base du mât. Le dimensionnement géotechnique des semelles des éoliennes terrestres est basé sur le respect de critères de basculement. La maîtrise du décollement de la semelle se traduit par des exigences de diamètre, de masse et de profondeur d’ancrage en fonction des cas de charge et de la présence ou non d’eau souterraine. Le mode de fondation dépend de la capacité portante des sols et de leur déformabilité.
L’article présente les différents modes de fondation possibles : superficiel, avec ou sans amélioration des sols, ou profond.
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The horizontal force produced by the air flow on the wind turbine blades generates an overturning moment at the mast base. The geotechnical foundation design of onshore wind turbines is based on the tilting criteria compliance. Controlling the sole peel-off results in requirements for the diameter, mass and anchoring depth depending on the load cases and buoyancy pressure. The type of foundation depends on the soil bearing capacity and its deformability.
The article presents the different possible foundation modes: superficial slab, with or without ground improvement, or deep foundations.
Auteur(s)
-
Eric ANTOINET : Directeur technique Infrastructures - Antea Group, Olivet, France
-
Maxime MARTHE : Responsable Activité Eolienne France - Antea Group, Lille, France
INTRODUCTION
Depuis une vingtaine d’année, environ 9 000 éoliennes terrestres, réparties au sein de 1 400 parcs, ont été construites sur le territoire français. Le rythme de construction des nouvelles éoliennes au cours des prochaines années devrait être compris entre 600 et 700 par an.
Cet article traite des problématiques géotechniques associées à la conception et à la réalisation des fondations des éoliennes à axe horizontal (figure 1 dans la direction FHE), implantées en sites terrestres.
Les fondations des éoliennes terrestres sont conçues pour résister au mouvement de renversement généré par l’effort horizontal que le vent développe sur les pales et qui est retransmis au niveau de l’axe du rotor. Il s’agit probablement du seul type d’ouvrage pour lequel la conception est totalement orientée vers la maximisation du moment de renversement.
Les semelles des éoliennes sont soumises à des efforts répétés de basculements pendant toute leur durée de vie, dans des directions susceptibles de varier de 360°.
Le fonctionnement d’une éolienne s’apparente donc à celui d’un culbuto géant : le dimensionnement géotechnique des fondations a pour objectif de maîtriser le basculement de la semelle, en vérifiant les critères de décollement admissibles en fonction du cas de charge et de s’assurer que les déplacements restent admissibles tout au long de la vie de l’éolienne. Trois paramètres sont fondamentaux pour la conception géotechnique des fondations :
-
le poids total de la semelle, avec prise en compte de la poussée d’Archimède le cas échéant en cas de présence de la nappe (« fondation avec eau ») ;
-
sa géométrie ;
-
la capacité portante du sol et sa déformabilité.
Cet article synthétise le retour d’expérience des auteurs, qui ont étudié et participé à la construction d’environ 2 500 fondations d’éoliennes en site terrestre sur le territoire français depuis une quinzaine d’années.
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KEYWORDS
geotechnical engineering | wind turbine | foundations | onshore wind turbine
DOI (Digital Object Identifier)
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Généralités sur l’éolien terrestre en France11. Conclusions
Sur le territoire français, les conditions géotechniques sont favorables à l’installation d’éoliennes et offrent très majoritairement la possibilité de retenir un mode de fondations superficielles, avec pour environ un quart des éoliennes, la mise en œuvre de techniques d’amélioration des sols en place (purge et substitution ou inclusions rigides).
Compte tenu du basculement de la semelle de l’éolienne lorsqu’elle est soumise aux efforts de vent, l’accroissement des contraintes verticales dans le sol est concentré à la périphérie de la semelle. Les premiers mètres sous la base de la semelle (moins d’une fois le rayon de la semelle) sont les plus sollicités et leurs caractéristiques géotechniques sont donc fondamentales pour définir le mode de fondation. L’évaluation des tassements, est importante pour le choix d’une amélioration de sol ou non. Elle doit prendre en compte la forme circulaire de la semelle et le basculement de celle-ci.
La prise en compte ou non d’une sous-pression hydrostatique sous la base de la semelle impacte également fortement la conception de la semelle et en particulier son diamètre et sa masse et le coût de la semelle. Une estimation rapide permet de chiffrer à environ 12 t d’émission de CO2 supplémentaire par MW pour la seule fabrication du ciment supplémentaire entre une éolienne avec nappe par rapport à la même éolienne sans nappe. Le sujet principal pour le géotechnicien est donc d’évaluer si une nappe perchée est susceptible d’être présente en période de forte pluviométrie. Une réponse à cette question peut être obtenue en analysant les conditions de ruissellement des eaux pluviales (site en pente ou non) et les conditions d’infiltration des eaux dans les terrains en place (perméabilité des sols et contrastes de perméabilité dans les premiers mètres du sol). Pour un site sans pente générale clairement identifiée ou avec des terrains superficiels faiblement perméables, il est prudent de dimensionner les fondations avec nappe.
Il apparaît préférable d’éviter de fonder les semelles des éoliennes sur des pieux compte tenu de leur mode de fonctionnement en sollicitations alternées (pieux alternativement en traction et en compression en fonction des conditions de vent), ce qui peut réduire le frottement latéral mobilisable le long des futs des pieux.
Enfin, le sujet géotechnique majeur au cours des prochaines années sera la mise en œuvre de solutions de repowering...
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Conclusions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CFMS, Groupe de travail « Fondations d’éoliennes » - Recommandations sur la conception, le calcul, l’exécution et le contrôle des fondations d’éoliennes, - 5 juillet 2011.
-
(2) - Projet national ASIRI - Recommandations pour la conception, le dimensionnement, l’exécution et le contrôle de l’amélioration des sols de fondation par inclusions rigides, - Presses des Ponts (2012).
-
(3) - CFMS, Groupe de travail - Recommandations sur la conception, le calcul, l'exécution et le contrôle des colonnes ballastées sous bâtiments et ouvrages sensibles au tassement, - Revue Française de Géotechnique, n° 111, 2e trimestre (2005).
-
(4) - Guide des Terrassements Routiers - Réalisation des remblais et des couches de forme, - LCPC, SETRA, (GTR92) (1992).
-
(5) - Projet national SOLCYP - Recommandations pour le dimensionnement des pieux sous chargements cycliques, - ISTE Editions, Février...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Site Internet de la Fédération de l’Energie Eolienne (FEE)
https://fee.asso.fr/pub/observatoire-de-leolien-2019/
Sites Internet d’informations géologiques, hydrogéologiques et sur les risques naturels
https://www.georisques.gouv.fr/
https://www.georisques.gouv.fr/dossiers/cavites-souterraines#/
Site Internet du projet FUI FEDRE
https://geomas.insa-lyon.fr/fr/content/lancement-projet-fui-fedre
HAUT DE PAGE
Norme NF EN 61 400-1 ((3e édition)), « Éoliennes – Partie 1 : exigences de conception »
Norme NF P 94 500 (de novembre 2013), « Missions d’ingénierie géotechnique – Classification et spécifications »,
Eurocode 7 (NF EN 1997) (de juin 2005), « Calcul géotechnique – Partie 1 : règles générales »
Eurocode 8 (NF EN 1998), Calcul...
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