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Pale

Une pale d'hélice (avion ou navire), de rotor (hélicoptère ou éolienne) ou de pompe 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 cinétique du fluide en énergie motrice.

Une pale d'Ă©olienne prĂŞte Ă  ĂŞtre mise en place

Plusieurs pales sont fixées à un moyeu central pour former une hélice (avion ou navire) ou un rotor (hélicoptère ou éolienne).

Rotor d'hélicoptère

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 (qui ne doit pas être dépassée), provoquant le bruit caractéristique d'un hélicoptère (« tchop-tchop ») ce qui est aussi 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 hĂ©licoptère doivent ĂŞtre lĂ©gères et robustes et celles-ci peuvent mesurer jusqu'Ă  20 mètres de long. Les contraintes mĂ©caniques qu'elles subissent sont Ă©normes que ce soit en flexion, torsion ou en traction. Ă€ l'origine, elles Ă©taient en bois, puis en mĂ©tal, elles sont de nos jours fabriquĂ©es en matĂ©riau composite (sandwiches de fibre de carbone, fibre de verre, mousses).

Structure d'une pale

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

  1. 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 ;
  2. 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'Ă©rosion, de la fibre de carbone renforce le bord de fuite ;
  3. 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).

RĂ©glage d'une pale

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'Ă©olienne

Le profil d'une pale d'Ă©olienne est inversĂ© par rapport Ă  celui d'une hĂ©lice (une hĂ©lice montĂ©e sur une Ă©olienne aurait soit son bord de fuite utilisĂ© comme bord d'attaque soit son intrados utilisĂ© comme extrados). Presque tous les aĂ©rogĂ©nĂ©rateurs modernes de grande taille sont Ă  trois pales, compromis idĂ©al pour optimiser les coĂ»ts de fabrication, un bon rendement et un bruit de fonctionnement acceptable[1]. Rigides ou dĂ©formables[2] selon la technologie retenue, elles peuvent mesurer de 23 Ă  45 mètres de long, voire 60 mètres et plus[3].

Divers projets de recherche ou expĂ©rimentations portent notamment et par exemple sur la modĂ©lisation, la chaĂ®ne d'outils numĂ©riques de conception de l'aĂ©rodynamisme des pales[4], le contrĂ´le actif ou passif[5] des pales, le transport des pales[6] sur les composites utilisĂ©s, sur l'Ă©coconception de pales[7] et/ou sur des moyens (Ă©ventuellement biomimĂ©tiques) d'amĂ©liorer le rendement des pales (par exemple en pouvant les dĂ©former 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/dĂ©gel[9] - [10] ou encore de diminuer le bruit de l'Ă©olienne (par exemple, une rĂ©duction de 10 dB a dĂ©jĂ  Ă©tĂ© obtenue en imitant les structures de plumes de rapaces nocturnes capables de voler silencieusement)[11].

Notes et références

Notes

  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

  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

Voir aussi

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