Brevet FR2963066A1 — publié le 20120127

Pale pour éolienne et éolienne dotée d'une telle pale. La présente invention est relative aux pales pour éoliennes et aux éoliennes dotées de telles pales. Plus particulièrement, l'invention concerne une pale pour éolienne s'étendant longitudinalement entre une extrémité proximale et une extrémité distale, l'extrémité proximale comportant un dispositif de fixation adapté pour fixer la pale au moyeu d'une éolienne, la pale présentant une surface extérieure comprenant un intrados et un extrados séparés par un bord d'attaque et un bord de fuite qui s'étendent longitudinalement entre l'extrémité proximale et l'extrémité distale, ladite pale comportant : une ossature principale s'étendant longitudinalement entre les extrémités proximale et distale, - des nervures perpendiculaires à la direction longitudinale, supportées par l'ossature principale et définissant une section de la pale qui varie le long de ladite direction longitudinale, et une enveloppe supportée par l'ossature principale et les nervures, ladite enveloppe définissant une surface extérieure de la pale. Le document WO-A-2008/115265 décrit une pale de ce type, dans laquelle les nervures de la pale sont reliées entre elles par des structures réticulées comprenant deux poutres longitudinales situées au niveau de l'intrados et deux poutres longitudinales situées au niveau de l'extrados. Ces structures réticulées sont toutefois peu efficaces pour assurer la résistance mécanique de la pale. De plus, il reste complexe d'assurer une forme précise pour le bord d'attaque de la pale décrite dans ce document, ce qui complique et renchérit le processus de fabrication. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, une pale pour éolienne du genre en question est caractérisée en ce que l'ossature principale comporte une poutre longitudinale avant s'étendant le long du bord d'attaque entre les extrémités proximale et distale, ladite poutre longitudinale avant définissant la forme du bord d'attaque (la poutre longitudinale avant peut être recouverte ou non par l'enveloppe de la pale au niveau du bord d'attaque, mais dans tous les cas c'est cette poutre longitudinale avant qui définit la forme du bord d'attaque). Grâce à ces dispositions, la poutre longitudinale avant contribue efficacement à la résistance mécanique de la pale, tout en définissant la forme du bord d'attaque de façon particulièrement précise. Dans des modes de réalisation préférés de la pale selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - l'ossature principale est réalisée en au moins un matériau choisi parmi le bois (notamment bois massif et ou lamellé-collé) et le métal (notamment aluminium, magnésium ou alliages légers) ; - l'ossature principale comporte en outre une poutre longitudinale arrière s'étendant au voisinage du bord de fuite entre les extrémités proximale et distale, lesdites poutres longitudinales avant et arrière étant solidarisées entre elles au niveau des extrémités proximale et distale de la pale : on assure ainsi une résistance mécanique particulièrement élevée de la pale, avec une structure particulièrement simple ; - chaque nervure est fixée à la fois aux poutres longitudinales avant et arrière ; - la poutre longitudinale arrière définit la forme du bord de fuite ; - les nervures se présentent sous la forme de plaques perpendiculaires à la direction longitudinale ; - les nervures sont reliées entre elles par une structure de renfort réticulée comprenant des éléments choisi parmi . des tirants (câbles ou tirants rigides) reliant les nervures entre elles, - des poutres secondaires reliant les nervures entre elles ; - les nervures sont réalisées en au moins un matériau choisi parmi le bois (notamment bois massif ou lamellé-collé) et les métaux (notamment aluminium, magnésium ou alliages légers) et les matériaux synthétiques (notamment matières plastiques ou composites); - l'enveloppe est une enveloppe souple (réalisée par exemple en toile de fibres naturelles [lin, coton ou autre] ou synthétiques, enduites ou non) qui présente une ouverture permettant la mise en place et l'enlèvement de l'enveloppe sur l'ossature principale et les nervures, ladite ouverture étant dotée de moyens de fermeture rapide (fermeture à glissière, bandes auto-agrippantes, etc.) ; - l'ouverture de l'enveloppe est située le long du bord de fuite ; - l'enveloppe recouvre une paroi intermédiaire rigide (réalisée par exemple en métal ou en bois) qui recouvre elle-même au moins certaines des nervures ; - la pale contient du bois représentant au moins 60 % en masse de ladite pale (ce qui permet de rendre la pale aisément recyclable) ; - la pale contient des matières synthétiques et/ou métalliques représentant au plus 40 % en masse de ladite pale ; - la pale présente une longueur supérieure à 20 m (par exemple de 35m) et est réalisée en plusieurs tronçons 35 assemblés les uns aux autres dans la direction longitudinale ; - l'enveloppe est recouverte par une protection le long du bord d'attaque. Par ailleurs, l'invention a également pour objet 5 une éolienne dotée d'au moins une pale telle que définie ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à 10 titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue en perspective d'une éolienne pouvant comporter des pales selon l'invention, 15 - la figure 2 est une vue en perspective d'une des pales de l'éolienne de la figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues, respectivement en perspective et à plat, de l'ossature de la pale de la figure 2, 20 - la figure 5 est une vue écorchée en perspective montrant une partie de la pale de la figure 2, - la figure 6 est une vue de détail partielle montrant un mode de réalisation de la fermeture de l'enveloppe de la pale de la figure 2, 25 - et la figure 7 est une vue de détail partielle montrant un mode de réalisation de la protection du bord d'attaque de la pale de la figure 2. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. 30 La figure 1 représente une éolienne 1, comportant classiquement un mât 2 fixe ou rabattable à l'extrémité duquel est montée une nacelle 3 qui peut par exemple contenir une génératrice électrique et qui comporte un rotor 4 sur lequel sont fixées des pales 5, par exemple au 35 nombre de trois dans l'exemple représenté. Comme représenté sur la figure 2, chaque pale 5 s'étend selon une direction longitudinale X, sur une longueur L qui est le plus souvent supérieure à 20 m pour des éoliennes industrielles de production électrique, cette longueur L pouvant par exemple être comprise entre 20 m et 60 m voire 100 m. La pale 5 s'étend dans la direction longitudinale X entre une extrémité proximale fixée au rotor 4 et une extrémité distale libre. Ladite pale présente un bord d'attaque 5a qui s'étend entre lesdites extrémités proximales et distales, et un bord de fuite 5b s'étendant lui-même entre lesdites extrémités proximales et distales. La surface extérieure de la pale forme en outre un intrados 5c et un extrados 5d (voir les figures 2, 5 et 7). La surface extérieure de la pale présente une forme complexe, résultant de calculs aérodynamiques, de sorte que la section de la pale, perpendiculairement à la direction longitudinale X, varie le long de ladite direction longitudinale. Comme représenté sur les figures 2, 5 et 7, la surface extérieure de la pale est définie par une enveloppe 6, rigide ou souple, supportée par la structure de la pale qui sera décrite ci-après. Lorsque l'enveloppe extérieure 6 est rigide, elle peut être constituée par 25 exemple par des plaques de tôle fines, réalisées par exemple en alliage léger ou autre, présentant quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur, ou par des plaques de bois de quelques millimètres d'épaisseur. Lorsque l'enveloppe extérieure 6 est souple, il peut d'agir par 30 exemple d'une toile enduite ou non, réalisée en fibres naturelles (lin, coton ou autre, ou en fibres synthétiques, polyamide tel que Nylon®, Kevlar® ou autre, polyester tel que Dacron® ou autre, polyéthylène, fibre de carbone, ou autre). 35 Comme représenté sur les figures 2, 5 et 7, 20 l'enveloppe extérieure 6 peut être éventuellement renforcée, le long du bord d'attaque 5a, par une protection 7 constituée par exemple par une couche de matière plastique, de Mylar®, d'aluminium ou autre, recouvrant le bord d'attaque 5a. Comme représenté sur les figures 2 à 4, l'extrémité proximale de la pale peut être formée par exemple par une pièce mécanique résistante 8 en forme de manchon, réalisée par exemple en matériau composite ou en métal et comportant une bride extérieure 9 percée de trous adaptée pour permettre la fixation de la pale 5 sur le rotor 4 par des boulons traversant les trous de la bride 9. Comme représenté sur les figures 2 à 5, la 15 structure 10 de la pale d'éolienne 5 comporte : - une ossature principale 11, 12 s'étendant longitudinalement entre les extrémités proximales et distales, - des nervures 13 perpendiculaires à la direction 20 longitudinale X, supportées par l'ossature principale 11, 12 et définissant la section de la pale, et une structure de renfort réticulée 15, 16. L'ossature principale 11, 12 comporte au moins une poutre longitudinale avant 11 qui s'étend le long du bord 25 d'attaque 5a et définit la forme du bord d'attaque entre les extrémités proximale et distale (la poutre longitudinale avant 11 est ici recouverte par l'enveloppe extérieure 6 de la pale, mais ladite poutre longitudinale avant pourrait éventuellement former elle-même le bord 30 d'attaque 5a sans être recouverte par l'enveloppe extérieure 6). Avantageusement, l'ossature principale comporte en outre une poutre longitudinale arrière 12 s'étendant au voisinage du bord de fuite 5b et définissant de préférence 35 la forme dudit bord de fuite, entre les extrémités proximale et distale. Les poutres longitudinales avant et arrière 11, 12 sont solidarisées entre elles, au niveau de l'extrémité proximale de la pale, par le manchon 8, et au niveau de l'extrémité distale de la pale, par un embout d'extrémité 14. Les poutres longitudinales avant et arrière 11, 12, ainsi que l'embout d'extrémité 14, peuvent par exemple être réalisées en au moins un matériau choisi parmi le bois (notamment du bois massif et/ou du lamellé collé) et le métal (notamment de l'aluminium, du magnésium ou d'autres alliages légers). Les nervures 13, quant à elles, sont fixées chacune à la fois aux poutres longitudinales avant et arrière 11, 12, et contribuent donc ainsi à rigidifier la structure 10 de la pale 5. Ces nervures 13 se présentent par exemple sous la forme de plaques perpendiculaires à la direction longitudinale X, réalisées en bois (notamment bois massif ou lamellé collé), en métal (notamment aluminium, magnésium ou alliage léger) ou éventuellement en matériau synthétique (notamment matière plastique ou composite). La fixation des nervures 13 aux poutres longitudinales avant et arrière 11, 12 peut être réalisée par tout moyen connu, notamment par emboîtement combiné avec un collage ou une fixation mécanique. La structure de renfort réticulée 15, 16 susmentionnée, qui relie les nervures 13 deux à deux, peut comprendre des éléments choisis parmi : - des tirants (câbles ou tirants rigides) reliant les nervures 13 entre elles, et/ou des poutres secondaires rigides reliant les nervures 13 entre elles. Dans l'exemple représenté sur les figures 3 à 5, 35 les nervures 13 sont reliées entre elles par des tirants constitués par des câbles métalliques ou autres et dans l'exemple particulier représenté, chaque nervure 13 est reliée aux nervures adjacentes par deux câbles 15 se croisant et deux câbles longitudinaux 16 parallèles à la direction X. On notera que la structure 10 de la pale peut être pré-assemblée en totalité en usine, ou éventuellement assemblée, au moins en partie, sur le site de l'éolienne 1. En particulier, la structure 10 de la pale peut être réalisée en plusieurs tronçons successifs qui sont aboutés les uns aux autres dans la direction longitudinale X sur le site de l'éolienne 1, ce qui peut faciliter le transport de la pale 5 notamment lorsqu'elle est particulièrement longue. Cet assemblage par tronçons est rendu possible par la réalisation notamment de l'ossature principale 11, 12 en bois ou en métal, et ne serait pas possible avec les pales en matière composite classique, qui nécessitent une continuité de matière sur toute la longueur de la pale. La structure 10 de la pale peut être recouverte directement par l'enveloppe extérieure 6 décrite précédemment, ou, comme représenté sur les figures 5 et 6, ladite structure 10 peut être recouverte au moins partiellement par une paroi intermédiaire rigide 17 qui est fixée sur la structure 10 et recouverte par l'enveloppe extérieure 6. Cette paroi intermédiaire rigide peut être réalisée par exemple sous forme de feuille métallique (notamment en aluminium ou autre alliage léger de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur ou éventuellement sous forme de feuilles de bois de quelques millimètres d'épaisseur). L'enveloppe extérieure 6, qui recouvre la structure 10 et la paroi intermédiaire rigide 17, est ici une enveloppe souple qui peut par exemple présenter une ouverture 6a permettant la mise en place et l'enlèvement de l'enveloppe extérieure 6 sur la structure 10. Cette ouverture peut par exemple se présenter sous la forme d'une fente disposée au niveau du bord de fuite 5b. Ladite ouverture est dotée de moyens de fermeture rapide, en l'occurrence une fermeture à glissière 18 dont le curseur 19 est déplaçable parallèlement à la direction X pour ouvrir ou fermer ladite ouverture rapidement. Tout autre moyen de fermeture rapide pourrait être utilisé, par exemple une fermeture à bande auto-agrippante. La pale d'éolienne précédemment décrite est légère, facile à réaliser, peu coûteuse et elle peut en outre être rendue recyclable en grande partie, notamment lorsqu'au moins 60% de sa masse est constituée de bois tandis que les matières synthétiques et/ou métalliques représentent au plus 40% de la masse de la pale. REVENDICATIONS1. Pale pour éolienne s'étendant longitudinalement entre une extrémité proximale et une extrémité distale, l'extrémité proximale comportant un dispositif de fixation (9) adapté pour fixer la pale au moyeu (4) d'une éolienne, la pale présentant une surface extérieure comprenant un intrados (5c) et un extrados (5d) séparés par un bord d'attaque (5a) et un bord de fuite (5b) qui s'étendent longitudinalement entre l'extrémité proximale et l'extrémité distale, ladite pale comportant : - une ossature principale (11, 12) s'étendant longitudinalement entre les extrémités proximale et distale, - des nervures (13) perpendiculaires à la direction longitudinale (X), supportées par l'ossature principale (11, 12) et définissant une section de la pale qui varie le long de ladite direction longitudinale (X), - et une enveloppe (6) supportée par l'ossature principale et les nervures, ladite enveloppe définissant une surface extérieure de la pale, caractérisée en ce que l'ossature principale comporte une poutre longitudinale avant (11) s'étendant le long du bord d'attaque (5a) entre les extrémités proximale et distale, ladite poutre longitudinale avant (11) définissant la forme du bord d'attaque (5a). 2. Pale selon la revendication 1, dans laquelle l'ossature principale (11, 12) est réalisée en au moins un matériau choisi parmi le bois et le métal. 3. Pale selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle l'ossature principale (11, 12) comporte en outre une poutre longitudinale arrière (12) s'étendant au voisinage du bord de fuite (5b) entre les extrémités proximale et distale, lesdites poutreslongitudinales avant et arrière (11, 12) étant solidarisées entre elles au niveau des extrémités proximale et distale de la pale. 4. Pale selon la revendication 3, dans laquelle 5 chaque nervure (13) est fixée à la fois aux poutres longitudinales avant et arrière (11, 12). 5. Pale selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans laquelle la poutre longitudinale arrière (12) définit la forme du bord de fuite (5b). 10 6. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les nervures (13) se présentent sous la forme de plaques perpendiculaires à la direction longitudinale (X). 7. Pale selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, dans laquelle les nervures (13) sont reliées entre elles par une structure de renfort réticulée (15, 16) comprenant des éléments choisi parmi : - des tirants reliant les nervures entre elles, - des poutres secondaires reliant les nervures 20 entre elles. 8. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les nervures (13) sont réalisées en au moins un matériau choisi parmi le bois et les métaux. 25 9. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'enveloppe (6) est une enveloppe souple qui présente une ouverture (6a) permettant la mise en place et l'enlèvement de l'enveloppe sur l'ossature principale (11, 12) et les nervures (13), 30 ladite ouverture étant dotée de moyens de fermeture rapide (18). 10. Pale selon la revendication 9, dans laquelle l'ouverture (6a) de l'enveloppe est située le long du bord de fuite (5b). 35 11. Pale selon l'une quelconque des revendicationsprécédentes, dans laquelle l'enveloppe (6) recouvre une paroi intermédiaire rigide (17) qui recouvre elle-même au moins certaines des nervures (13). 12. Pale selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, contenant du bois représentant au moins 60 % en masse de ladite pale. 13. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, contenant des matières synthétiques et/ou métalliques représentant au plus 40 % en masse de ladite 10 pale. 14. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une longueur supérieure à 20 m et est réalisée en plusieurs tronçons assemblés les uns aux autres dans la direction longitudinale. 15 15. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'enveloppe (6) est recouverte par une protection (7) le long du bord d'attaque (5a). 16. Eolienne comportant au moins une pale (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes.