Les pales d’une éolienne « classique » tournent à une vitesse de 5 à 25 tours par minute. (©Courtesy of Vestas Wind Systems A/S)
La plupart des éoliennes sont des éoliennes tripales (3 pales orientables) à axe horizontal. Ce choix s’explique essentiellement par un compromis entre le rendement de l’éolienne, ses contraintes de fonctionnement et ses coûts de fabrication.
Dimensions
Les pales d'éoliennes varient en taille, allant généralement de 20 à 80 mètres de longueur, en fonction de la capacité et du modèle de l'éolienne. Les pales des grandes éoliennes offshore peuvent atteindre des longueurs allant jusqu'à 107 mètres.
En termes de poids, une pale peut peser de quelques tonnes pour les plus petites éoliennes terrestres jusqu'à environ 30 tonnes pour les plus grandes éoliennes offshore, reflétant l'importance de la robustesse et de la durabilité des matériaux utilisés.
Matériaux
Les pales des éoliennes sont principalement composées de matériaux composites, tels que la fibre de verre renforcée par une matrice de résine époxy, offrant un bon compromis entre légèreté et robustesse. Certaines pales de grande taille intègrent également des fibres de carbone pour accroître la résistance et réduire le poids.
Ces matériaux permettent aux pales de supporter des conditions météorologiques extrêmes tout en maximisant l'efficacité énergétique.
Comment installe-t-on les pales d'éoliennes sur le rotor ?
L'installation des pales d'éoliennes sur le rotor est une opération complexe.
- D'abord, les pales sont transportées sur le site de l'éolienne, souvent par des camions spécialement conçus pour ce type de chargement.
- Une fois sur place, de grandes grues sont utilisées pour soulever chaque pale.
- Les techniciens fixent ensuite chaque pale au moyeu du rotor, généralement en position horizontale, à l'aide de boulons de haute résistance. Cette étape nécessite une précision extrême pour aligner correctement les pales et garantir un équilibrage optimal du rotor.
- Une fois les pales fixées, des inspections et des ajustements finaux sont effectués pour s'assurer que l'ensemble fonctionne correctement avant la mise en service de l'éolienne.
Pourquoi par trois ?
Plus le nombre de pales est élevé, plus le couple transmis à l’arbre du rotor est grand et plus l’éolienne peut démarrer à une vitesse de vent faible.
A contrario, chaque pale provoque des turbulences pour les autres, ce qui limite la vitesse de rotation de l’éolienne. Par ailleurs, un nombre de pales élevé entraîne une plus grande prise au vent qui interdit leur fonctionnement lorsque le vent est fort, augmente les nuisances sonores et les coûts de fabrication.
Dans le cas d’une éolienne bipale, la différence des forces qui s’appliquent entre la pale du haut et la pale du bas crée une torsion au niveau de l’axe du rotor car la vitesse du vent augmente avec l’altitude. Il en résulte une usure plus rapide et la nécessité de mettre en place des mécanismes spécifiques (balancier du rotor).
Le meilleur compromis entre le rendement et la vitesse de démarrage de l’éolienne est ainsi souvent trouvé avec les éoliennes tripales.
Éoliennes bipales
Précisons toutefois que celles-ci ne sont pas toujours les mieux adaptées. En milieu cyclonique, le fabricant Vergnet installe des éoliennes bipales(1) car elles sont plus légères, plus faciles à entretenir ou à coucher au sol et supportent mieux les vents forts.
Éolienne bipale du fabricant Vergnet aux Fidji (©Vergnet)
En milieu urbain, les éoliennes à axe vertical possédant 2 à 4 pales ou demi-cylindres sont souvent préférées. Elles sont généralement moins bruyantes que les éoliennes à axe horizontal et nécessitent moins de vent pour tourner.
En milieu marin, des éoliennes flottantes à axe vertical pourraient par ailleurs bientôt voir le jour.
Des éoliennes sans pales
Les éoliennes sans pales, également appelées éoliennes à vortex ou éoliennes à oscillation, fonctionnent sur le principe de la résonance et des vibrations induites par le vent.
Au lieu de capturer l'énergie éolienne avec des pales tournantes, ces dispositifs utilisent un mât cylindrique fixé de manière flexible au sol. Lorsqu'un flux d'air passe autour du cylindre, il crée des tourbillons qui induisent des oscillations latérales du mât. Ces mouvements oscillatoires sont ensuite convertis en électricité via un générateur linéaire placé à la base de l'éolienne.
Cette technologie présente des avantages en termes de maintenance réduite, moins de bruit et un impact visuel moindre par rapport aux éoliennes traditionnelles à pales.
