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Etude pdf du sillage d’une éolienne à axe horizontal

Résumé :
La plupart des éoliennes sont installées dans une configuration de centrales éoliennes.
Pour une éolienne dans ce cas, la production d’énergie et la durée de vie dépendront entre autre du sillage des autres éoliennes à l’amont.
Ainsi, il est important de savoir comment se développe le sillage à l’aval d’une éolienne. L’objectif de cette étude est de tester la validité de la simulation numérique obtenue par un code industriel Navier-Stokes 3D.

Pour cela, la simulation numérique du champ de vitesses derrière une hélice d’éolienne est comparée avec les données expérimentales venant des essais en soufflerie.

Les expérimentations sont effectuées dans la soufflerie de l’ENSAM où une éolienne instrumentée est testée.
Le champ de vitesses dans le sillage est exploré à l’aide d’un robot porte sonde permettant d’obtenir la cartographie de vitesse dans différentes coupes transversales derrière l’hélice. La cartographie ainsi mesurée permet de juger la qualité des simulations numériques.

Ce ne doit pas être bien different pour édicter des normes de résistances aux vents.

Ce sont des simulations réalisées par des entreprises tel que Germanischer Lloyd ou dans une moindre mesure Garrad Hassan (pales).

Les gars de GL sont des pros. L'expérience démontre la fiabilité et le sérieux de ces calculs.

Il n'y a pas a ma connaissance d'éoliennes "professionnelles" effondrées suite à une tempête. Et les tempêtes, ce n'est pas ce qu'il manque en mer du nord.

Pour être sur que les éoliennes respectent bien ces normes, est-ce qu'elle sont testée en soufflerie (géante) ou c'est simplement calculé a l'aide de logiciel de simulation par élément fini?

J'aimerais bien que tu me montres une soufflerie qui permet de tester sur un plan vertical des objets de 150 mètres de haut avec des pales qui totalisent un diamètre de 100 mètres (spécifications pour une éolienne 2.5MW)... et qui génèrent des vents de 200Kmh et plus pour simuler les conditions d'une tempête sur une telle surface/volume.

J'imagine plutôt une modélisation ainsi que quelques calculs... mais si d'autres sont de la branche, qu'ils parlent.

Sauf erreur, les pales se mettent en drapeau dès 90kmh ce qui diminue également la prise au vent en cas de vents violents...

T

ToTheEnd a écrit : dès 90kmh

A cette vitesse de vent, tu as déjà des problèmes très sérieux sur les autres constructions ou sur les arbres.

Durant la tempête, les éoliennes n'ont été arrêtées que moins de deux heures. Et cela sera probablement la seule fois de l'année.

Le problème vient surtout d'ERDF, car leur réseau résiste bien moins que les éoliennes, et tous les parcs ont subits des défauts de réseau durant une telle tempête.

ToTheEnd a écrit :

Pour être sur que les éoliennes respectent bien ces normes, est-ce qu'elle sont testée en soufflerie (géante) ou c'est simplement calculé a l'aide de logiciel de simulation par élément fini?

J'aimerais bien que tu me montres une soufflerie qui permet de tester sur un plan vertical des objets de 150 mètres de haut avec des pales qui totalisent un diamètre de 100 mètres (spécifications pour une éolienne 2.5MW)... et qui génèrent des vents de 200Kmh et plus pour simuler les conditions d'une tempête sur une telle surface/volume.

J'imagine plutôt une modélisation ainsi que quelques calculs... mais si d'autres sont de la branche, qu'ils parlent.

Sauf erreur, les pales se mettent en drapeau dès 90kmh ce qui diminue également la prise au vent en cas de vents violents...

T

Il n'y a aucune difficulté à effectuer des essais sur des modèles réduits, à conditions de transposer tous les paramètres physiques existants. Typiquement (je dis pas que c'est ce qui est utilisé là, hein, je parle de l'état des connaissances pratiques à ce niveau), tu peux simuler un écoulement d'air autour d'un grand objet par un écoulement d'eau autour de sa maquette.

ToTheEnd, voilà une éolienne de 112 mètres de diamètre, un record du monde je pense:

http://www.futura-sciences.com/fr/news/ ... mme_18081/

Pura Vida a écrit :ToTheEnd, voilà une éolienne de 112 mètres de diamètre, un record du monde je pense:

http://www.futura-sciences.com/fr/news/ ... mme_18081/

Jusqu'où s'arrêteront ils ?

Il y a un modèle de 10MW en développement aux USA, ce qui doit donner un rotor de 150 mètres de diamètre environ.

Ce qui m'étonnes, c'est que ça continue d'être rentable d'augmenter la taille. On devrait bien finir par atteindre une sorte de point optimal pour la taille des éoliennes, au delà duquel le prix de revient remonte.

Raminagrobis a écrit :

Pura Vida a écrit :ToTheEnd, voilà une éolienne de 112 mètres de diamètre, un record du monde je pense:

http://www.futura-sciences.com/fr/news/ ... mme_18081/

Jusqu'où s'arrêteront ils ?

Jolie phrase

Il y a un modèle de 10MW en développement aux USA, ce qui doit donner un rotor de 150 mètres de diamètre environ.

Ce qui m'étonnes, c'est que ça continue d'être rentable d'augmenter la taille. On devrait bien finir par atteindre une sorte de point optimal pour la taille des éoliennes, au delà duquel le prix de revient remonte.

Effectivement, il devrait y avoir une taille où les complications techniques vont compenser les économies d'échelle et l'avantage qu'il y a à turbiner plus régulièrement. 150 mètres de diamètre est énorme. Une demi-Tour Effeil, en mouvement, ça impressionne sa mère. Quelqu'un a des connaissances de pointe sur la résistance des matériaux?

(Dans les trucs géants, le Burj Dubai a atteint sa taille définitive, 818m. Voilà le joujou (en relativement gros.))

Krom a écrit : Quelqu'un a des connaissances de pointe sur la résistance des matériaux?

De pointe, je ne sais pas, mais il me semble me débrouiller sur le sujet. La taille de l'éoliènne ne me parait pas primordiale. L'important en RdM c'est que les proportions (dimensions, formes) soient adaptée aux type d'efforts à supporter par les pièces, et que les liaisons entre celles-ci soient judicieucement conçues pour que les sollicitation correspondent à ce que le matériau peut subir. Le matériau choisi va influer surtout sur les épaisseurs à mettre. De plus si l'envergure est grande le poids des pièces devient non négligeable par rapport au reste (force du vent) et il faudra dimensionner le support en conséquence.

papy_russe a écrit :

Krom a écrit : Quelqu'un a des connaissances de pointe sur la résistance des matériaux?

De pointe, je ne sais pas, mais il me semble me débrouiller sur le sujet. La taille de l'éoliènne ne me parait pas primordiale. L'important en RdM c'est que les proportions (dimensions, formes) soient adaptée aux type d'efforts à supporter par les pièces, et que les liaisons entre celles-ci soient judicieucement conçues pour que les sollicitation correspondent à ce que le matériau peut subir. Le matériau choisi va influer surtout sur les épaisseurs à mettre. De plus si l'envergure est grande le poids des pièces devient non négligeable par rapport au reste (force du vent) et il faudra dimensionner le support en conséquence.

Ok, mais en conclusion, on peut aller beaucoup plus loin?

ToTheEnd a écrit :J'aimerais bien que tu me montres une soufflerie qui permet de tester sur un plan vertical des objets de 150 mètres de haut avec des pales qui totalisent un diamètre de 100 mètres

Quand je ne sais pas je demande mais je ne pars pas du principe que l'improbable est impossible
Tu sais les avions a plus de 100m d'envergure ca existe, et ils sont rarement envoyer en l'air sans aucun essais en soufflerie, mais comme l'a dit yves grâce aux loi des similitudes on arrive a faire des trucs intéressants.

papy a écrit :De plus si l'envergure est grande le poids des pièces devient non négligeable par rapport au reste (force du vent) et il faudra dimensionner le support en conséquence.

moyennement d'accords avec toi là, à vue de nez me semble que les contraintes induites par la rotation sont nettement plus importante que celles induite par le poids propre des pales

et comme plus les pales augmente en taille, moins elle tourne vite (tant qu'on reste en subsonnique) il y a peut être un optimum sortir de là le moment ou contraintes engendrée par la rotation = contraintes engendrée par le poids de l'ensemble

Spiritatus a écrit :

ToTheEnd a écrit :J'aimerais bien que tu me montres une soufflerie qui permet de tester sur un plan vertical des objets de 150 mètres de haut avec des pales qui totalisent un diamètre de 100 mètres

Quand je ne sais pas je demande mais je ne pars pas du principe que l'improbable est impossible
Tu sais les avions a plus de 100m d'envergure ca existe, et ils sont rarement envoyer en l'air sans aucun essais en soufflerie, mais comme l'a dit yves grâce aux loi des similitudes on arrive a faire des trucs intéressants.

Les essais d' avions en soufflerie sont fait à echelle réduite.

comme sur cette maquette :

Spiritatus a écrit :

papy a écrit :De plus si l'envergure est grande le poids des pièces devient non négligeable par rapport au reste (force du vent) et il faudra dimensionner le support en conséquence.

moyennement d'accords avec toi là, à vue de nez me semble que les contraintes induites par la rotation sont nettement plus importante que celles induite par le poids propre des pales

et comme plus les pales augmente en taille, moins elle tourne vite (tant qu'on reste en subsonnique) il y a peut être un optimum sortir de là le moment ou contraintes engendrée par la rotation = contraintes engendrée par le poids de l'ensemble

De quelles contraintes parles-tu ?
A vitesse constante, si les pales sont correctement équilibrées, on peut considérer que les pales vont être soumises a

• - une force de traction centrifuge (F=Mw²R),
  - a une flexion alternée (un coup dans un sens, un coup dans l'autre, suivant que la pale monte ou descend) due au poids, donc finalement c'est un phénomène de fatigue (qui sera prépondérant amha si le poids des pales augmente);
  - à une flexion dépendant de lla force du vent (donc de sa vitesse F= 1/2*rho*S*Cx*V²) et dont les caractéristiques vont être fonction principalement des dimensions et de la forme du profil de la pale

Il en résulte que l'endroit critique d'une éolienne me semble être la liaison entre les pales et l'axe de rotation, d'une part, et la fixation de la tête de l'éolienne en haut du mât d'autre part, car il y a un porte à faux (à moins de compenser par un contrepoids). Pour le reste, on sait faire. On peut imaginer de très grandes pales qui résistent à ces sollicitations.

Le souci de la démesure de l'éolienne de sera plutôt d'arriver à obtenir suffisamment de vent pour arriver a vaincre l'inertie au démarrage, et on peut imaginer également qu'il existe une taille critique d'éolienne au delà de laquelle l'énergie qu'il aura fallu pour la fabriquer sera toujours supérieure à celle qu'on récupérera ensuite. Car fabriquer, transporter, assembler de très grosses pièces capables de résister à tout ça, ça doit être très énergivore.

Heu... si je me suis marré et permis de me moquer (un peu) de la question de départ, c'est parce que notre camarade a demandé est-ce qu'elle sont testée en soufflerie (géante)

Tout était dit...

T

Cela dit, je ne vois pas à quoi un test en soufflerie servirait. Et je ne suis pas sur que cela puisse être réalisé d'ailleurs, car les principaux effet (cisaillement du vent, turbulences, etc) ne peuvent pas être reproduit en soufflerie. Sans parler de l'effet de parc (effet des éoleinnes les unes sur les autres), qui constituent les principales contraintes sur les composants.
Les tests de pale se font sur de vraies pales, accrochées horizontalement, sur lesquelles sont attachées des masses mobiles, qui font onduler la pale et recréent les contraintes. Les test sont impressionnants, car la pale (de 40 m de long) bouge alors avec un débattement de plus de 5 ou 7 mètres.
Pour le rendement, l'aérodynamisme au niveau des pales se simule, et il n'y a pas besoin de soufflerie pour réaliser les tests de solidité. Ces derniers test sont d'ailleurs réalisés par simulation, généralement avec le programme "Flex 5", du moins pour les principaux constructeurs d'éolienne, mais je ne connais pas les simul de tous les constructeurs.

En tout cas, je n'ai jamais entendu parler de tests en soufflerie dans le monde de l'éolien.