Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’effort horizontal produit par le flux d’air sur les pales des aérogénérateurs génère un moment de renversement à la base du mât. Le dimensionnement géotechnique des semelles des éoliennes terrestres est basé sur le respect de critères de basculement. La maîtrise du décollement de la semelle se traduit par des exigences de diamètre, de masse et de profondeur d’ancrage en fonction des cas de charge et de la présence ou non d’eau souterraine. Le mode de fondation dépend de la capacité portante des sols et de leur déformabilité.
L’article présente les différents modes de fondation possibles : superficiel, avec ou sans amélioration des sols, ou profond.
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The horizontal force produced by the air flow on the wind turbine blades generates an overturning moment at the mast base. The geotechnical foundation design of onshore wind turbines is based on the tilting criteria compliance. Controlling the sole peel-off results in requirements for the diameter, mass and anchoring depth depending on the load cases and buoyancy pressure. The type of foundation depends on the soil bearing capacity and its deformability.
The article presents the different possible foundation modes: superficial slab, with or without ground improvement, or deep foundations.
Auteur(s)
-
Eric ANTOINET : Directeur technique Infrastructures - Antea Group, Olivet, France
-
Maxime MARTHE : Responsable Activité Eolienne France - Antea Group, Lille, France
INTRODUCTION
Depuis une vingtaine d’année, environ 9 000 éoliennes terrestres, réparties au sein de 1 400 parcs, ont été construites sur le territoire français. Le rythme de construction des nouvelles éoliennes au cours des prochaines années devrait être compris entre 600 et 700 par an.
Cet article traite des problématiques géotechniques associées à la conception et à la réalisation des fondations des éoliennes à axe horizontal (figure 1 dans la direction FHE), implantées en sites terrestres.
Les fondations des éoliennes terrestres sont conçues pour résister au mouvement de renversement généré par l’effort horizontal que le vent développe sur les pales et qui est retransmis au niveau de l’axe du rotor. Il s’agit probablement du seul type d’ouvrage pour lequel la conception est totalement orientée vers la maximisation du moment de renversement.
Les semelles des éoliennes sont soumises à des efforts répétés de basculements pendant toute leur durée de vie, dans des directions susceptibles de varier de 360°.
Le fonctionnement d’une éolienne s’apparente donc à celui d’un culbuto géant : le dimensionnement géotechnique des fondations a pour objectif de maîtriser le basculement de la semelle, en vérifiant les critères de décollement admissibles en fonction du cas de charge et de s’assurer que les déplacements restent admissibles tout au long de la vie de l’éolienne. Trois paramètres sont fondamentaux pour la conception géotechnique des fondations :
-
le poids total de la semelle, avec prise en compte de la poussée d’Archimède le cas échéant en cas de présence de la nappe (« fondation avec eau ») ;
-
sa géométrie ;
-
la capacité portante du sol et sa déformabilité.
Cet article synthétise le retour d’expérience des auteurs, qui ont étudié et participé à la construction d’environ 2 500 fondations d’éoliennes en site terrestre sur le territoire français depuis une quinzaine d’années.
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KEYWORDS
geotechnical engineering | wind turbine | foundations | onshore wind turbine
DOI (Digital Object Identifier)
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Conditions de site et impact des eaux souterraines
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3. Les sollicitations transmises au sol
3.1 Sollicitations appliquées au sol en l’absence de vent
Les calculs présentés dans ce paragraphe concernent une éolienne non soumise aux sollicitations du vent.
Le poids propre de l’éolienne (F VE) est usuellement compris entre 200 à 450 T.
Le diamètre des semelles varie entre 16 m pour les éoliennes de puissance de l’ordre de 2 MW à près de 25 m pour les plus puissantes, soit des surfaces qui sont comprises entre 200 et 400 m2, ce qui conduit à une surcharge verticale moyenne comprise entre 10 à 20 kPa.
Le poids propre de la semelle, de 2,5 à 3,5 m de hauteur, associe du béton fortement armé (densité 2,5) et un remblai de lest sus-jacent (densité comprise entre 1,8 et 2,0). La densité moyenne de la semelle avec son lest est comprise entre 2,1 à 2,2, soit une contrainte appliquée au sol comprise entre 50 à 70 kPa.
Avec le poids propre de l’éolienne, la contrainte verticale appliquée au sol est donc comprise entre 60 et 90 kPa, alors que la contrainte totale verticale initiale des sols en place varie entre 40 à 60 kPa. Ceci montre que, hors effet de basculement dû au vent, les semelles des éoliennes chargent faiblement le sol.
HAUT DE PAGE3.2 Effet du basculement
La surface comprimée à respecter pour les différents cas de charges est précisée dans le tableau 4 et visualisée à la figure 6. Aux ELU, le taux de décollement admissible dépend de la nature du sol sous-jacent et il est plus important pour une éolienne fondée sur du rocher plus que sur le sol.
La figure 7 relie l’accroissement de la contrainte maximale en fonction du décollement (ou de la surface comprimée résiduelle).
En vert, le non-décollement aux ELS QP conduit à une contrainte verticale maximale multipliée par 2 (soit entre 120 et 180 kPa).
En jaune, une surface comprimée de 75 % (ELS Car) conduit à une contrainte verticale maximale multipliée par 3 (soit entre 180 et 270 kPa).
En rouge, une surface comprimée de 50 % (ELU) conduit à une contrainte verticale multipliée par 5 (soit entre 300 et 450 kPa).
Exemple pour l’éolienne présentée...
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Les sollicitations transmises au sol
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CFMS, Groupe de travail « Fondations d’éoliennes » - Recommandations sur la conception, le calcul, l’exécution et le contrôle des fondations d’éoliennes, - 5 juillet 2011.
-
(2) - Projet national ASIRI - Recommandations pour la conception, le dimensionnement, l’exécution et le contrôle de l’amélioration des sols de fondation par inclusions rigides, - Presses des Ponts (2012).
-
(3) - CFMS, Groupe de travail - Recommandations sur la conception, le calcul, l'exécution et le contrôle des colonnes ballastées sous bâtiments et ouvrages sensibles au tassement, - Revue Française de Géotechnique, n° 111, 2e trimestre (2005).
-
(4) - Guide des Terrassements Routiers - Réalisation des remblais et des couches de forme, - LCPC, SETRA, (GTR92) (1992).
-
(5) - Projet national SOLCYP - Recommandations pour le dimensionnement des pieux sous chargements cycliques, - ISTE Editions, Février...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Site Internet de la Fédération de l’Energie Eolienne (FEE)
https://fee.asso.fr/pub/observatoire-de-leolien-2019/
Sites Internet d’informations géologiques, hydrogéologiques et sur les risques naturels
https://www.georisques.gouv.fr/
https://www.georisques.gouv.fr/dossiers/cavites-souterraines#/
Site Internet du projet FUI FEDRE
https://geomas.insa-lyon.fr/fr/content/lancement-projet-fui-fedre
HAUT DE PAGE
Norme NF EN 61 400-1 ((3e édition)), « Éoliennes – Partie 1 : exigences de conception »
Norme NF P 94 500 (de novembre 2013), « Missions d’ingénierie géotechnique – Classification et spécifications »,
Eurocode 7 (NF EN 1997) (de juin 2005), « Calcul géotechnique – Partie 1 : règles générales »
Eurocode 8 (NF EN 1998), Calcul...
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