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)
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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 :
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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 ;
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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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Conclusions10. Réflexions sur le repowering
La durée de vie conventionnelle d’un aérogénérateur est d’une vingtaine d’années (cf. norme NF EN 61 400). Les contrats d’achat de l’électricité à prix garanti portent dans la plupart des cas sur une durée de 15 ans, au-delà de cette période l’électricité étant rachetée au prix du marché. La poursuite du développement de la puissance électrique d’origine éolienne au cours des prochaines années, rendra nécessaire de remplacer les éoliennes arrivées en fin de vie dans le cadre d’un processus appelé rééquipement ou repowering.
Sur une période de 15 à 20 ans, la technologie éolienne a fortement progressé. Les phases de rééquipement, appelées « repowering », sont donc l’occasion de remplacer d’anciennes éoliennes par de nouvelles, plus performantes. Ces opérations présentent de nombreux avantages :
-
alors que la mise en exploitation d’un nouveau site demande la réalisation de nombreuses études pour évaluer son potentiel, le prolongement de la durée de vie d’un parc existant permet de s’appuyer sur un ensemble de données connues et sur les ressources disponibles. Il profite également des infrastructures existantes : piste d’accès, poste de livraison, raccordement au réseau électrique national ;
-
le remplacement des anciens aérogénérateurs par de nouveaux aux rendements plus élevés permet d’exploiter une plus grande quantité d’énergie, avec une moindre utilisation des terres ;
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les emplois locaux sont préservés tout comme les ressources fiscales des collectivités territoriales ;
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enfin, les habitants sont déjà habitués à la présence d’un parc éolien, ce qui induit, en général une meilleure acceptation locale du projet.
On observera que, sur la période de 20 ans correspondant aux années 2000-2020, la puissance unitaire des aérogénérateurs a fortement augmenté. Néanmoins, il est probable que cette courbe d’accroissement se stabilise dans le futur car les conditions d’acceptabilité visuelle des éoliennes en sites terrestres rendent difficile d’accroître la hauteur des mâts et la dimension des rotors.
La solution de repowering la plus simple est de construire une nouvelle semelle à proximité d’une semelle existante puis démonter l’ancienne...
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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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