PROJET EOL

« Développement d’un logiciel optimisation structurelle des éoliennes onshore »

 

Cette recherche résulte de la collaboration entre ANAST et ArcelorMittal Research Center Liège.

Cadre général de la recherche

Tant en Europe que dans le Monde, la production d’énergie d’origine éolienne s’est développée rapidement. Au cours de ces 10 dernières années, la capacité de production d’énergie éolienne totale installée est ainsi passée de 1,7GW en 1990 à 100GW en décembre 2008. En 2008, l’investissement global en éolienne se chiffrait à plus de 36,5 milliards d’euros, dont 11 milliards investis dans l’Union Européenne.

 

L’acier est le matériau le plus utilisé dans la construction des éoliennes. Pour les tours classiques (de l’ordre de 80m), des exigences techniques très conservatrices et de conception ancienne entraînent l’utilisation d’aciers courants pour lesquels la compétition entre les producteurs est rude. Pour les tours de grandes hauteurs, le matériau acier subit la concurrence du béton car celui-ci devient technologiquement intéressant au-delà de 100m.

Caractéristiques et objectifs du projet EOL

 

De 2006 à 2009, L’ANAST, en collaboration avec ArcelorMittal Research Center Liège, a développé un logiciel d’optimisation structurelle des tours éoliennes onshore baptisé EOL. L’objectif poursuivi visait alors à identifier des solutions présentant un coût de fabrication ou un poids minimum. Les avantages apportés par l’utilisation d’acier de haute qualité a, en outre, été étudié dans le cadre du projet EOL.

 

La recherche du dimensionnement optimal de la structure des éoliennes terrestre envisagea alors une série de variables de conception telles que les diamètres et épaisseurs des tôles, la nuance d’acier et la présence de raidisseurs longitudinaux et transversaux dans la structure (voir Figure 1).

 

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Figure 1 – Schéma de chargement en 2D d’une éolienne onshore

 

Un exemple d’optimisation du poids d’une tour éolienne onshore de 78m de haut et faite d’acier S460 est fourni à titre d’exemple ci-dessous.

Evolution du poids et du coût durant la procédure d’optimisation

Dimensions générales de la tour après optimisation

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Hauteur totale

 

 

78m

 

Caractéristiques en base

 

 

Diamètre

 

 

8,8m

 

Epaisseur

 

 

27mm

 

Caractéristiques au sommet

 

Diamètre

 

5.4m

 

Epaisseur

 

20mm

 

 

PROJET WINDSTEEL

« Développement et optimisation de solutions acier de haute qualité pour la construction éolienne offshore »

 

Cette recherche résulte une nouvelle fois de la collaboration entre ANAST et ArcelorMittal Research Center Liège, avec comme 3ème partenaire la Région wallonne.

Cadre général de la recherche

 

En Europe, l’encombrement du territoire et l’augmentation du rendement apporté par les vents plus favorables en offshore poussent de plus en plus de pays à installer leurs éoliennes en mer. Toutefois, les risques et incertitudes liés au milieu marin demeurent nombreux et suffisent souvent à décourager les investissements dans le secteur de l’éolien offshore.

 

Différentes conceptions s’offrent aujourd’hui aux exploitants pour l’implantation de champs d’éoliennes offshores fixes :

  • Fondations gravitaires en béton (exemple : parc éolien offshore de Thornton Bank au large d’Ostende) ;
  • Fondations de type monopile en acier (Figure 2) ou en béton;
  • Fondations de type jacket ;
  • Fondations tripod et quadripod ;
  • Fondations à trois piles.

Parmi ces solutions, les éoliennes de type monopile en acier représentent un très bon compromis technico-économique pour les sites de faible profondeur.

 

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Figure 2 – Eoliennes offshore de type monopile en acier au large de Zeebrugge

Caractéristiques et objectifs du projet Windsteel

 

Dans la continuité des recherches menées dans le cadre du projet EOL, le projet Windsteel vise à développer un outil de conception et d’optimisation des éoliennes offshores de type monopile en acier baptisé EOL OS (Figure 3). Cette recherche résulte une nouvelle fois de la collaboration entre ANAST et ArcelorMittal Research Center Liège.

 

La procédure de dimensionnement implémentée dans ce logiciel repose principalement sur un calcul des charges dynamiques de vent et de vague et sur la vérification des différents critères de résistance prescrits par les règlements Det Norsk Veritas et Germanischer Lloyd.

 

La partie optimiseur de EOL OS est fondée sur un algorithme dit « génétique » capable de sélectionner au fur et à mesure des itérations les éoliennes qui vérifient les critères de résistance, tout en ayant un poids ou un coût de production minimum.

 

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Figure 3 – Aperçu du logiciel EOL OS