Bibliographie & annexes
Présentation
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN IEC 61400-3-1 de septembre 2019 citée dans cet article a été complétée par l'amendement NF EN IEC 61400-3-1/A11 (C57-700-3-1/A11) : Systèmes de génération d’énergie éolienne - Partie 3-1 : Exigences de conception des éoliennes fixes en pleine mer (Révision janvier 2021)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille VN2101 (Février 2021)
La norme IEC 61400 citée dans cet article a été complétée par une sixième partie : NF EN IEC 61400-6 (C57-700-6) : Systèmes de génération d'énergie éolienne - Partie 6 : exigences en matière de conception du mât et de la fondation (Révision octobre 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2009 (Novembre 2020).
Cet article est la réédition actualisée de l’article BM4640 intitulé « Éoliennes » paru en 2009 et rédigé par Marc RAPIN et Philippe LECONTE.
La norme NF EN 61400-3 de juin 2009 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN IEC 61400-3-1 (C57-700-3-1) : Systèmes de génération d'énergie éolienne - Partie 3-1 : exigences de conception des éoliennes fixes en pleine mer (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2002 (Mars 2020).
RÉSUMÉ
L'intérêt premier d'une éolienne se situe dans la récupération de l'énergie cinétique présente dans le vent. Ce dispositif fait appel à des compétences dans des domaines variés, comme l’aérodynamique, la mécanique, les matériaux, la météorologie, etc. Cet article s’attache à exposer le contexte actuel des différents types d’éoliennes (à axe vertical et à axe horizontal), à travers les aspects et les caractéristiques liés à leur utilisation. Leur principe de fonctionnement, et notamment la conception du rotor et des pales (premier étage de la récupération d’énergie) mais encore leur implantation sur site sont des paramètres importants, également abordés dans cet article.
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Lire l’articleABSTRACT
The main utility of the wind turbine is in the transformation of kinetic energy provided by wind. This device calls on various technical and scientific domains such as aerodynamics, mechanics, materials, meteorology, etc. This article describes and explains the context of current machines (vertical- and horizontal-axis) through their various operating characteristics. Their working principles, and especially rotor and blade designs (the first step in energy transformation), and site implementation are also described.
Auteur(s)
-
Marc RAPIN : Délégué général - CEVEO Cluster (Centre Expertise et Valorisation de l’ÉOlien), Énergies Normandie, France
-
Philippe LECONTE : Chef du service Bureaux d’Études Centraux - Direction des Grands moyens techniques de l’Onera, The French Aerospace Lab, Châtillon, France
INTRODUCTION
Les éoliennes représentent une forme très ancienne d’exploitation du vent. Toutefois, leurs principes de fonctionnement ne seront établis qu’au début du XXe siècle, et il faudra attendre en particulier les années 1970-2000 pour voir le développement des éoliennes actuelles, avec une importante évolution à la fois de leur utilisation de par le monde, de leurs taille et puissance, et de leur conception. On est ainsi passé de la petite machine isolée pour le pompage de l’eau aux grands parcs d’aérogénérateurs multimégawatts connectés sur le réseau.
Les progrès technologiques et scientifiques réalisés dans différents domaines de l’ingénieur, dont l’aérodynamique, les structures, les matériaux, l’électrotechnique, la météorologie et le contrôle, ont permis d’améliorer l’efficacité et la fiabilité de ces machines. Les éoliennes tripales à axe horizontal se sont progressivement imposées et représentent la quasi-totalité du marché actuel. Ces progrès ont aussi mené à une réduction très importante du coût du kilowattheure éolien, ce qui conduit à une capacité installée très importante et toujours en croissance en Europe, Amérique et Asie.
Cet article permet de donner une vision globale des aspects liés à l’éolien, d’appréhender, sans être exhaustif, les thématiques impliquées et ses spécificités. Il s’attache en particulier à décrire le potentiel de conversion d’énergie que l’on peut obtenir grâce au rotor d’une éolienne, dont les principes s’apparentent ou sont issus de ceux des hélices et rotors d’hélicoptère.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
renewable | wind energy | rotor
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2001 par Philippe LECONTE, Marc RAPIN, Edmond SZECHENYI
- Version archivée 2 de avr. 2009 par Marc RAPIN, Philippe LECONTE
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Mécanique > Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques > Machines aérodynamiques et compresseurs > Éoliennes - Évolution, principes de base et potentiel de conversion > Pales
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Implantation sur site5. Pales
5.1 Dimensionnement
On l’aura compris : la conception d’une pale doit faire appel à un compromis délicat entre le rendement aérodynamique, la légèreté, la résistance statique, la tenue en fatigue et le coût de fabrication.
Ainsi, le choix des profils et leur répartition en envergure, la forme en plan (évolution de la corde en fonction de l’envergure) et le vrillage de la pale doivent être soigneusement étudiés et adaptés au type de machine utilisé. Ainsi, selon la taille de l’éolienne, le vrillage pourra différer significativement d’une machine à l’autre. Pour une machine de grande taille à pas variable, on pourra envisager de démarrer la rotation en s’aidant du générateur utilisé en moteur ou en choisissant le bon calage de pale. Par contre, pour une petite éolienne régulée au décrochage, le vrillage, notamment au pied de la pale, devra permettre un démarrage autonome de la machine. À ces contraintes s’ajoutent bien évidemment les critères relatifs au vent que la machine devra « utiliser ». Les constructeurs sont ainsi amenés à proposer différents types et diamètres de pale pour une même puissance en fonction de la vitesse moyenne rencontrée sur les sites d’implantation.
Après le choix d’une première configuration aérodynamique, il faut concevoir une structure résistante et légère. Là encore, la classe de vent choisie définit les conditions de vent rencontrées et les cas de charges à respecter. La conception adoptée est ensuite vérifiée lors du processus de certification par :
-
les tests statiques où l’on applique, à l’aide de brides réparties en envergure sur la pale qui est ancrée sur un important massif, successivement le chargement nominal, le chargement extrême, puis enfin ce dernier avec coefficient de sécurité. À chaque étape, la pale est ramenée au repos et son état de surface examiné pour détecter d’éventuels problèmes. Ses caractéristiques mécaniques sont par ailleurs remesurées et ne doivent pas différer de l’état initial : tout écart traduit un comportement non élastique de la structure. Un chargement progressif de la pale jusqu’à rupture peut éventuellement être conduit pour mesurer la marge offerte par la conception adoptée ;
-
les tests de fatigue où...
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Pales
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GWEC - * - Global Wind Energy Council http://www.gwec.net
-
(2) - SER - * - Syndicat des Énergies Renouvelables http://www.enr.fr
-
(3) - RTE - * - Réseau de Transport d’Électricité http://www.rte-france.com
-
(4) - WINEUR - * - Project, Wind Energy Integration in the Urban Environment http://www.urbanwind.net
-
(5) - RAPIN (M.), NOËL (J.-M.) - Du petit éolien à l’éolien offshore. - 2e édition, Dunod (2014).
-
(6) - GIPE (P.) - Wind energy – Comes of age. - Wiley (1995).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Colloque National éolien : organisé annuellement par FEE http://colloque-national-eolien.fr
Rencontres Windustry France : organisées annuellement par le SER http://www.windustry.fr
WindEurope Conference and Exhibition : organisé annuellement par l’Association européenne de l’éolien WindEurope https://windeurope.org/events/
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Logiciels : FAST, WASP, WindPRo, Wind Farm, GéoWind...
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• Normalisation et certification
Bureau Véritas, France http://www.bureauveritas.fr
DNV GL, organisme de certification indépendant https://www.dnv.fr
IEC (International Electrotechnical Commission) http://www.iec.ch
MEASNET (Réseau Européen d’Instituts de Mesure) http://www.measnet.com...
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