TURBULENCE
Théorie
Sous l’effet du vent, la portance de la pale d’une éolienne, qui lui permet d’entrer en rotation, est produite par une différence de pression entre l’air circulant sur l’extrados, zone de dépression, et l’air circulant sur l’intrados, zone de surpression. Cette différence de pressions s’explique par la plus grande vitesse de l’écoulement d’air sur l’extrados, liée à la géométrie du profil de la pale et à son incidence. La somme des vitesses selon le contour de l’aile, est appelée circulation.
Mathématiquement, la circulation d’un écoulement sur un contour fermé (par exemple le profil d’aile), notée Г et exprimée en m²/s, correspond à l’intégrale sur le contour de la vitesse tangentielle V de l’écoulement le long de ce contour L :
Г=∫ L.V.dl
Représentation
Le sillage proche en aval est fortement perturbée et turbulent, Le sillage proche est la région directement influencée par des phénomènes tels que le mouvement des pales, leurs caractéristiques aérodynamiques et la forme de la nacelle. L’écoulement, très turbulent, montre une grande hétérogénéité. C’est notamment dans cette zone que les tourbillons marginaux vont s’établir.
Un peu plus en aval, c’est le sillage lointain. L’influence précédente se fait moins ressentir du fait de la distance, l’écoulement est un peu plus homogène, et ses caractéristiques sont généralement plus prévisibles.
Energie
Les vitesses tangentielles tourbillonnaires maximales sont de l’ordre de 12 à 15 m.s-1
Comparativement, les vitesses d’éjection des tourbillons marginaux en extrémité de pales pour un hélicoptère sont respectivement environ égales à :
a) 21,7 m.s-1 pour un Super Puma AS332L ;
b) 24,8 m.s-1 pour un AS225 LP.
DISTANCE DE SÉCURITÉ
Calcul
La distance de sécurité, d, dixième spire, peut être calculée en fonction des caractéristiques de l’éolienne, à savoir:
son rayon R ;
le nombre de pales Nb ;
le Tip Speed Ratio λ = RΩ/U∞, avec Ω la vitesse de rotation des pales.
Exemple :
– R =120 m / 3 pales – 3 blades ;
– Vitesse de rotation = 14 t/mn ;
– Séparation entre éoliennes – Wind turbine separation = 1800 m
Synthèse schématique
• position des mâts des éoliennes ;
——– limites horizontales du gabarit réglementaire des surfaces de décollage et d’atterrissage d’une hélistation ;
——– ce même gabarit incluant le fait qu’en cas de vent dans l’axe les pales de l’éolienne déborderont dans la surface de décollage bleue, ce qui constitue un obstacle mobile. Le gabarit initial est donc augmenté de la valeur d’un rayon rotor éolienne ;
——– marge de sécurité liée aux turbulences et issue des études théoriques.