TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 19

II- LA CONCEPTION
Les outils et méthodologies de simulation
numérique sont utilisés d'une façon systématique pour concevoir et optimiser des
systèmes mécaniques. Dans le cas des éoliennes, nous pouvons distinguer trois familles d'outils de simulation :
- Outils de conception et de dimensionnement des structures
- Outils de conception et de dimensionnement multi-physiques de modélisation cinématique, mécanique, électrique et thermique, tribologique, lubrification, etc.,
s'agissant de réducteurs, multiplicateurs,
couronnes d'orientation...
-
Simulations de procédés, en particulier
dans le domaine des composites.
La conception des structures concerne l'utilisation des systèmes de CAO avec le détail
des différents composants des systèmes mécaniques et électriques incluant la gestion
des matériaux, le tolérancement, l'état de
surface, les plans... Le dimensionnement
des pièces et des structures est assuré par
des règles métiers issues des calculs de résistance des matériaux, par éléments finis,
et confirmés empiriquement par les essais...
Les outils de calcul par éléments finis sont
utilisés pour dimensionner et optimiser des
pièces complexes ou/et pour des cas de
charge complexes, comme les chargements
dynamiques et thermiques, avec la prise en
compte du chargement aléatoire de la vitesse de vent, de la mécanique des sols pour
les fondations des éoliennes terrestres, de la
houle pour les éoliennes en mer, etc.
Pour étudier le comportement statique
et dynamique des éoliennes, il convient
de prendre en compte l'interaction fluide
structure en fonction des configurations
d'installation [Laf 15]. Le mât produit des
turbulences derrière lui qui nécessite d'étudier la disposition des éoliennes lors de la

Figure II-1 : Chargement des pales d'éoliennes,
[Laf 15]

conception. Les bruits aérodynamiques de
l'écoulement de l'air le long des pales sont
causes de nuisances sonores (gêne sans
conséquences sanitaires).
Afin d'obtenir des puissances de l'ordre de
3 à 6MW, la longueur des pales d'éoliennes
varie de 20 à 60m. Ceci génère sur le rotor
d'importants efforts et de nombreuses vibrations, ajoutés aux problèmes de corrosion
pour les éoliennes off-shore et les hydroliennes (turbines sous-marines). Les matériaux composites sont une solution possible
à ces problèmes. Le dimensionnement des
pales en matériaux composites nécessite la
prise en compte des caractéristiques d'anisotropies de ces matériaux grâce aux modules spécifiques intégrés dans les logiciels
de calcul par éléments finis ou des logiciels
dédiés aux matériaux composites (cf. figure
II-1). Les critères de rupture et les bases
de données de matériaux sont nécessaires.
Quant au dimensionnement des pales de turbine et des hydroliennes, il est important de
connaître les chargements appliqués grâce
aux calculs en mécanique des fluides.
Il s'agit de modéliser les écoulements aérodynamiques pour déterminer le coefficient
de traînée et les efforts appliqués sur les
pales. Il permet d'optimiser la forme des
pales pour un meilleur rendement énergétique. Ces analyses permettent également de
choisir les sites les plus appropriés prenant
en compte les données météorologiques
des sites. Dans une démarche probabiliste
il convient de connaitre la variabilité des
chargements
Des modélisations en mécanique
sont utilisées également pour
comportement des hydroliennes
sionner et optimiser des pales
II-2).

des fluides
étudier le
et dimen(cf. figure

Figure II-3: Énergie du vent, Mixed Reality Simulators for Wind Energy, [Wind 16]

#01 TREMPLIN - LE MAGAZINE DE L'INGÉNIEUR SUPMÉCA 	

Pour protéger les structures offshores contre
la corrosion, les industriels font appel aux
techniques de protection cathodique. Il
s'agit de positionner des anodes sacrificielles à différents points pour protéger
la structure. Des modélisations électrochimiques permettent d'étudier les installations, identifier les parties de la structure à
protéger, dimensionner des anodes et leurs
positions autour de la structure. Le Centre
Technique des Industries Mécaniques (CETIM) et l'Institut Français de Recherches
pour l'Exploitation de la Mer (Ifremer) ont
réalisé des travaux originaux basés sur la
méthode des équations intégrales de frontière avec des applications industrielles. Le
CETIM a commercialisé un logiciel de simulation de protection cathodique contre la
corrosion [Pro 14].
La démarche probabiliste, notamment pour
déterminer la durée de vie en fatigue des
structures, consiste à prendre en compte
la variabilité des données relatives aux caractéristiques des matériaux, dont celles
en fatigue, des chargements et de la géométrie. Des outils et des démarches ont été
développés pour mettre à la disposition des
industriels une plate-forme de logiciels permettant de faire des analyses à la fatigue
probabiliste [Gay 11].
Pour les éoliennes, la modélisation du comportement des pales, la transmission des
efforts sur le rotor, le mécanisme de transmission de puissance, le générateur et le
système de commande permettent de simuler le comportement de la chaine cinématique, thermique et électrique et d'optimiser
les différents paramètres de conception.
Pour étudier ces systèmes multi-physiques,
les calculs éléments finis ne permettent pas
de modéliser rapidement en vue d'obtenir des
solutions optimales. Les outils de conception et de dimensionnement multi-physiques
comme la modélisation cinématique, mécanique, hydraulique, électrique et thermique
offrent ce type d'analyse sous forme de
19



TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA

Table des matières de la publication TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA

Sommaire
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - PubCouv
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - Couv
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - Pub1
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 2
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - Em-com
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - Sommaire
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 3
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 4
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 5
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 6
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 7
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 8
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 9
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 10
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 11
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 12
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 13
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 14
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 15
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 16
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 17
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 18
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 19
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 20
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 21
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 22
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 23
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 24
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 25
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 26
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 27
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 28
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 29
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 30
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 31
TREMPLIN - #01- LE MAGAZINE DE L’INGÉNIEUR SUPMÉCA - 32
Invalid magazine path https://www.nxtbookmedia.com