Conception d'une pale d'éolienne de grande envergure à l'aide de techniques d'optimisation structurale

Résumé

Dans une volonté de réduction de la quantité de déchets générés lors de la mise hors service des éoliennes, différents projets visent la fabrication de pales d'éoliermes faites de composites thermoplastiques, donc recyclables. Ce projet se propose donc, puisqu'il s'agit d'utiliser de nouveaux matériaux, d'étudier la possibilité d'employer de nouveaux concepts structuraux en utilisant des méthodes d'optimisation structurale pour faire la concepfion d'une pale d'éolienne. D'abord, la pale et l'éolienne étudiées sont définies, ce qui permet d'évaluer les chargements sur les pales en suivant la norme lEC 61400-1 de la Commission Électrotechnique Internationale. Quatre cas critiques représentant les différentes situations auxquelles peuvent être soumises les pales sont choisis : éolienne en fonctiormement avec un cisaillement du vent extrême vertical (pale à la verticale) et horizontal (pale à l'horizontale) et éolienne à l'arrêt avec un vent de tempête (pale à la verticale et à l'horizontale). Le processus de conception se divise en deux parties. La première étape consiste en une optimisation topologique ayant pour objectif de maximiser la rigidité de la structure tout en étant contraint sur la quantité de matériel utilisée. Le domaine de conception est défini comme étant l'intérieur de la pale. Les résultats montrent que la structure optimale ainsi obtenue est constituée d'un longeron et de nervures. Dans la deuxième étape du processus de conception, des optimisations dimensionnelles sont effectuées sur plusieurs modèles présentant des topologies différentes (différents nombres d'âmes et de nervures). L'objectif est alors de minimiser la masse de la pale avec des contraintes sur la rigidité, la résistance et la stabilité. Les variables de conception sont les épaisseurs des différentes couches des laminés composites. Les résultats montrent que les modèles avec des nervures espacées de 2 m permettent une légère réduction de la masse des pales par rapport aux structures classiques. De plus, une pale possédant des nervures semble être mieux adaptée aux procédés de fabrication des composites thermoplastiques, c'est-à-dire, l'assemblage par soudage de pièces de dimensions moyennes.

Date	1 sept. 2010
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Simon Joncas (Directeur(-trice))