Research

18 Nov
18/Nov/2019

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Repowering éolien : le laboratoire GEOMAS optimise les fondations

Il y a une vingtaine d’années, les premières éoliennes françaises fleurissaient sur les collines du sud et les grandes plaines du nord du pays. Aujourd’hui, l’éolien est la deuxième source primaire d’énergie renouvelable. Mais après vingt années de fonctionnement, l’obsolescence guette les parcs, engageant problématiques économiques et écologiques. Le projet FEDREa pour objectif d’optimiser les fondations d’éoliennes déjà existantes face aux contraintes imposées par le nouveau matériel, plus puissant qu’il y a quelques années. Rencontre avec Laurent Briançon, maître de conférence au laboratoire GEOMAS et directeur scientifique du projet.

Les éoliennes terrestres ayant une durée de vie comprise entre vingt et vingt-cinq ans, la problématique de rééquipement commence à émerger dans les parcs éoliens français. Pour les opérateurs de parcs, une alternative se présente pour augmenter l’offre énergétique sans implanter d’éoliennes supplémentaires : le « repowering » consiste à remplacer les anciens matériels par des modèles plus puissants. « Le nombre d’éoliennes implantables sur le territoire étant bientôt atteint, les constructeurs proposent d’augmenter la puissance pour éviter d’en construire de nouvelles, mais cela implique des contraintes techniques », explique Laurent Briançon.

Composée d’un rotor, d’une nacelle et d’un mât, une éolienne on-shore2 classique repose sur une base circulaire en béton armé d’une vingtaine de mètres de diamètre. Le nouveau matériel proposé par le repowering est plus grand, plus lourd mais surtout, plus contraignant pour la fondation. « La solution actuelle envisagée pour remplacer le matériel est de déconstruire la totalité de la semelle en béton armé pour en construire une plus massive pour accueillir les nouveaux mâts. Notre équipe travaille à adapter ces nouveaux matériels sur les fondations déjà existantes pour éviter cette solution coûteuse et peu écologique. Il faut savoir que la construction d’une fondation représente à elle seule 10% du coût total de l’éolienne, et les blocs de béton usagés ne sont ni réutilisables, ni recyclables en raison de leur densité en ferraillage. La tonne de ciment nécessaire à la fabrication de la nouvelle semelle représente près de 900kg de dioxyde de carbone. Imaginez le nombre multiplié aux quelques 8000 éoliennes implantées en France ! »

Pour optimiser les fondations existantes, plusieurs pistes sont envisagées. L’équipe du projet FEDRE travaille à une conception évolutive. « Nous profitons de la pluridisciplinarité de notre équipe composée de chercheurs du laboratoire GEOMAS, de doctorants, de techniciens et d’entreprises du secteur. Depuis la fondation au mât de l’éolienne, nous avons une vision globale pour gérer les anciennes éoliennes et modéliser les nouvelles, du sol au ciel », explique le mécanicien des sols. Laurent explique les étapes du projet de recherche. « Nous avons déjà instrumenté une éolienne d’un parc implanté à Arras, dans le nord de la France. Grâce à des capteurs optiques très puissants, nous allons étudier pendant une année les différentes charges exercées par l’éolienne sur la fondation. Nous allons aussi évaluer la fatigue du sol, prendre en compte les mouvements des pales rotatives… Les anciennes fondations en béton précontraint devront supporter les 1400 tonnes des nouveaux mâts. Ensuite, nous modéliserons et maquetterons la nouvelle éolienne. C’est un beau défi. »

Dans les dix années à venir, 50% du parc éolien européen devra être rééquipé. L’équipe du projet FEDRE espère participer à l’amélioration de l’intégration de l’éolien dans le paysage énergétique et améliorer la compétitivité de la filière. « Si notre solution est viable, nous souhaiterions monter un groupement d’intérêt économique avec le consortium que nous avons formé. La part des énergies renouvelables dans le monde est encore trop basse face aux énergies fossiles. Nous espérons pouvoir participer à un repowering plus propre des éoliennes », conclut le chercheur du laboratoire GEOMAS.

FEDRE est un projet R&D labélisé par le pôle de compétitivité grenoblois Tenerrdis et bénéficie d’un financement dans le cadre du 25e appel à projets FUI.
Pour en savoir plus : http://fedre.insa-lyon.eu/fr

1 Fondations d’Éoliennes Durables et Repowering

2 Une éolienne terrestre, ou onshore, est par définition installée sur la terre ferme et se distingue des éoliennes offshore installées en mer.