Pale

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Une pale d'éolienne prête à être mise en place

Une pale d'hélice (avion ou navire), de rotor (hélicoptère), de turbine, de pompe ou d'éolienne est une surface portante en rotation autour d'un axe. C'est un dispositif aérodynamique ou hydrodynamique destiné à transformer une énergie motrice en accélération du fluide dans lequel il se déplace ou au contraire à transformer l'énergie de déplacement du fluide en énergie motrice.

Plusieurs pales sont fixées à un moyeu central pour former une hélice ou un rotor.

Rotor d'hélicoptère[modifier | modifier le code]

Les pales de l'Eurocopter EC665 Tigre

Les dimensions et la forme des pales jouent un rôle prépondérant dans l'efficacité de celle-ci :

Vitesse en bout de pale 
La vitesse de rotation est limitée par la vitesse en bout de pale, celle-ci pouvant approcher la vitesse du son, provoquant le bruit caractéristique d'un hélicoptère (« tchop-tchop », qui lui a donné son nom familier de « chopper » en anglais[réf. nécessaire]) ce qui est gênant pour un hélicoptère d’attaque censé rester discret. On peut pallier ce problème en partie en donnant à l'extrémité de la pale la forme en plan d'une aile d'avion supersonique, exemple : les pales de l'Eurocopter Tigre et leur forme en flèche et courbure vers le bas pour annuler la portance.
Charge du disque 
En augmentant le nombre des pales d'un système, on peut augmenter la surface portante et la force de traction (à charge alaire égale) d'un rotor sans augmenter la longueur des pales, c'est le cas du Sikorsky CH-54, une grue volante à six pales. Cela permet aussi, pour une même portance, de réduire la vitesse de rotation du rotor et permettre d'augmenter la vitesse d'avancement de l'hélicoptère, comme sur l'Eurocopter EC155 à cinq pales[N 1].
Fabrication des pales 
Les pales d'un hélicoptère doivent être légères et robustes et celles-ci peuvent mesurer jusqu'à 20 mètres de long. Les contraintes mécaniques qu'elles subissent sont énormes que ce soit en flexion, torsion ou en traction. À l'origine, elles étaient en bois, puis en métal, elles sont de nos jours fabriquées en matériau composite (sandwiches de fibre de carbone, fibre de verre, mousses).

Structure d'une pale[modifier | modifier le code]

La pale peut être constituée de stratifié de verre-résine. On peut distinguer trois zones :

la zone d'attache 
les fibres de verre qui forment le longeron sont enroulées autour des bagues d'emplanture en acier; du moltoprène et du remplissage résine-bourre comblent les zones vides entre les fibres longeron ;
la partie courante 
de la fibre de verre forme le longeron, du nid d'abeille emplit la partie centrale de la pale, des bandes de protection en inox ou titane recouvrent le bord d'attaque contre l'érosion, de la fibre de carbone renforce le bord de fuite ;
zone d’extrémité 
des masses d'équilibrage statique et dynamique sont placées sur des tiges filetées, elles sont protégées par un « saumon ». Ces masses équilibrent la pale en poids (centre de gravité) et en moment (piqué et cabré).

Réglage d'une pale[modifier | modifier le code]

De par leur méthode de fabrication, les pales réagissent différemment aux sollicitations mécaniques. Elles sont donc équilibrées après fabrication sur un banc de réglage. En plaçant une pale sur le banc, un technicien compare son comportement par rapport à une pale étalon, puis ajuste ses masses d'équilibrage statique et dynamique. Il n'est pas permis aux utilisateurs de toucher aux masses d'équilibrage, alors qu'il sera possible d'intervenir sur un ou deux « tabs » pour affiner le réglage de la voilure.

Pales d'éolienne[modifier | modifier le code]

Le profil d'une pale d'éolienne est inversé par rapport à celui d'une hélice (une hélice montée sur une éolienne aurait soit son bord de fuite utilisé comme bord d'attaque soit son intrados utilisé comme extrados). Presque tous les aérogénérateurs modernes de grande taille sont à trois pales, compromis idéal pour optimiser les coûts de fabrication, un bon rendement et un bruit de fonctionnement acceptable[1]. Rigides ou déformables[2] selon la technologie retenue, elles peuvent mesurer de 23 à 45 mètres de long, voire 60 mètres et plus[3].

Divers projets de recherche ou expérimentations portent notamment et par exemple sur la modélisation, la chaine d'outils numériques de conception de l'aérodynamisme des pales[4], le contrôle actif ou passif[5] des pales, le transport des pales[6] sur les composites utilisés, sur l'écoconception de pales[7] et/ou sur des moyens (éventuellement biomimétiques) d'améliorer le rendement des pales (par exemple en pouvant les déformer durant leur rotation[8]), de diminuer leur frottement dans l'air, d'y faire glisser la pluie, de diminuer le risque d'englacement et les effets des cycles gel/dégel[9],[10] ou encore de diminuer le bruit de l'éolienne (par exemple, une réduction de 10 dB a déjà été obtenue en imitant les structures de plumes de rapaces nocturnes capables de voler silencieusement)[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. la vitesse en bout de pale est la somme de la vitesse de rotation et de la vitesse d'avancement ; cette vitesse totale ne doit jamais passer le mur du son

Référence[modifier | modifier le code]

  1. Pale d’éolienne – Aérodynamique et charges, sur le site guritfr.fangle.co.uk
  2. Dobrev I (2009) Modèle hybride de surface active pour l'analyse du comportement aérodynamique des rotors éoliens à pales rigides ou déformables (Doctoral dissertation, Arts et Métiers ParisTech).
  3. Énergie éolienne, sur le site guritfr.fangle.co.uk
  4. Jin, X. (2014). Construction d'une chaîne d'outils numériques pour la conception aérodynamique de pales d'éoliennes (Doctoral dissertation, Bordeaux) (résumé).
  5. Condaxakis, C. (2000). Contrôle passif des pales d'éoliennes et simulation de leur comportement (Thèse de Doctorat).
  6. Ciry B (2013) Le transport de pales d'éoliennes. Revue générale des chemins de fer, (227), 36-41.
  7. Attaf B (2010) Eco-conception et développement des pales d’éoliennes en matériaux composites. Compte-rendu du 1er Séminaire Méditerranéen sur l’énergie Eolienne.
  8. Loiseau H & Tran C (1986). Mise au point d'une méthode de déformations de pales d'éoliennes en rotation. Rapport AFME (devenue ADEME), n°AFME-84-1724
  9. Cormier, L. (2009). Effets du froid, de l'humidité et des cycles de gel et de dégel sur les propriétés mécaniques des composites verre/époxy utilisés pour la fabrication de pales d'éoliennes (Doctoral dissertation, École de technologie supérieure).
  10. Fortin, G., Ilinca, A., & Laforte, J. L (2004) Modèle d'accrétion de glace sur un objet bidimensionnel fixe applicable aux pales d'éoliennes. VertigO-la revue électronique en sciences de l'environnement, 5(1).
  11. EDF (2015) Le vol silencieux des chouettes applicable aux pales d’éolienne ? ; L'énergie en question, Publié le 29 juin 2015, consulté 2015-06-22

Annexes[modifier | modifier le code]

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