Brevet FR3145783A1 — publié le 20240816

DISPOSITIF DE REDUCTION DU BRUIT AEROACOUSTIQUE D’UNE PALE D’UN EQUIPEMENT AERAULIQUE ET PALE D’EOLIENNE EQUIPEE D’UN TEL DISPOSITIF DE REDUCTION DE BRUIT L’invention concerne un dispositif (20) de réduction du bruit aéroacoustique d’une pale d’un équipement aéraulique comprenant un corps de pale (10) s’étendant entre un pied de pale et une tête de pale, un bord d’attaque (12) et un bord de fuite (14), caractérisé en ce que ledit dispositif (20) de réduction de bruit comprend en outre : des moyens de fixation dudit dispositif au voisinage dudit bord de fuite de ladite pale; une serration formée d’une pluralité de dents adjacentes qui s’étend depuis lesdits moyens de fixation, en aval dudit bord de fuite de ladite pale, chaque dent présentant un profil comprenant un nombre impair de pointes (P1, P2, P3, P4, P5) et un nombre paire de creux (C1, C2, C3, C4, C5, C6) agencés chacun entre deux pointes adjacentes et dont au moins deux pointes de la dent s’étendent, une fois le dispositif monté sur ladite pale, depuis le bord de fuite de ladite pale, sur une distance, dite hauteur de pointe, distincte l’une de l’autre. Figure pour l’abrégé : figure 2 DISPOSITIF DE REDUCTION DU BRUIT AEROACOUSTIQUE D’UNE PALE D’UN EQUIPEMENT AERAULIQUE ET PALE D’EOLIENNE EQUIPEE D’UN TEL DISPOSITIF DE REDUCTION DE BRUIT Domaine technique de l’invention Le domaine technique de l’invention est celui des dispositifs de réduction des bruits aéroacoustiques, en particulier destinés à équiper des pales d’éoliennes. L’invention concerne aussi un équipement aéraulique, telle qu’une pale d’éolienne, équipée d’un tel dispositif de réduction de bruit aéroacoustique. Arrière-plan technologique Il est connu qu’un équipement aéraulique équipé d’une pale, tel qu’une éolienne génère, en fonctionnement, un bruit aérodynamique indésirable causé par des tourbillons turbulents créés par l’écoulement. Ces tourbillons interagissent notamment avec le bord de fuite de la pale pour former des ondes de pression acoustique perçues comme un bruit audible. Il a déjà été proposé d’équiper les pales d’éoliennes et en particulier ses bords de fuite de réducteurs de bruit. Ces réducteurs sont par exemple formés de structures dentelées qui s'étendent à partir du bord de fuite en étant alignées avec le flux d'air dans le sens de la corde de la pale. Ces structures ont pour effet de modifier les turbulences, ce qui permet de réduire le bruit perçu au voisinage de la pale. A titre d’exemple, les documents EP0652367 et US20150078896 décrivent chacun une pale d’éolienne dont le bord de fuite est équipé d’une dentelure formée d’une succession de dents triangulaires orientées dans le sens de la corde de la pale. Les dentelures proposées par ces documents sont formées d’une succession de dents triangulaires adjacentes qui s’étendent le long du bord de fuite de la pale. Ces dispositifs permettent de réduire le bruit perçu au voisinage de l’éolienne équipée d’une telle pale. Cela étant, en pratique, le bruit perçu au voisinage de telles éoliennes reste gênant et supérieur au seuil de tolérance de la plupart des résidents. Les inventeurs ont donc cherché à améliorer les performances de réduction de bruit en proposant un nouveau type de dispositif de réduction du bruit aéroacoustique d’une pale d’un équipement aéraulique, telle qu’une pale d’éolienne. Objectifs de l’invention L’invention vise à fournir un dispositif de réduction du bruit aéroacoustique d’une pale d’un équipement aéraulique, telle qu’une pale d’éolienne. L’invention vise notamment à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel dispositif qui permet de réduire le bruit de manière significative à 4 mètres de la pale, d’au moins 3 dB, par rapport à une pale équivalente dépourvu d’un tel dispositif, et de préférence d’au moins 30 dB. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel dispositif qui permet de limiter l’encrassement du dispositif de réduction de bruit au cours du temps. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel dispositif qui soit suffisamment robuste pour pouvoir être utilisé au cours du temps sans maintenance régulière. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un tel dispositif dont l’installation sur une pale et sa fabrication soient aisées et puissent être réalisés par un opérateur sans qualifications particulières. L’invention vise enfin à fournir une pale d’un équipement aéraulique, telle qu’une pale d’éolienne équipée d’un dispositif de réduction de bruit selon l’invention. Pour ce faire, l’invention concerne un dispositif de réduction du bruit aéroacoustique d’une pale d’un équipement aéraulique comprenant un corps de pale s’étendant entre un pied de pale et une tête de pale, un bord d’attaque et un bord de fuite. Le dispositif de réduction du bruit aéroacoustique selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend en outre : des moyens de fixation dudit dispositif au voisinage dudit bord de fuite de ladite pale ; une serration formée d’une pluralité de dents adjacentes qui s’étend depuis lesdits moyens de fixation, en aval dudit bord de fuite de ladite pale, chaque dent présentant un profil comprenant un nombre impair de pointes et un nombre pair de creux agencés chacun entre deux pointes adjacentes et dont au moins deux pointes de la dent s’étendent, depuis le bord de fuite, une fois le dispositif monté sur ladite pale, sur une distance, dite hauteur de pointe, distincte l’une de l’autre. Le dispositif de réduction de bruit selon l’invention est donc remarquable par le profil spécifique des dents de la serration destinée à équiper la pale de l’équipement aéraulique. Ce profil spécifique comprend un nombre impair de pointes (par exemple 3, 5, 7, 9, etc.) et un nombre pair de creux agencés chacun entre deux pointes adjacentes, et dont au moins deux pointes présentent des hauteurs distinctes, la hauteur étant définie comme la distance qui sépare le bord de fuite de la pale de l’extrémité de la pointe. En d’autres termes, chaque dent de la serration présente plusieurs pics dont au moins deux ont une hauteur différente. Les inventeurs ont réalisé que cette forme particulière permet de réduire le bruit perçu au voisinage de la pale. En particulier, une telle dent augmente le nombre de pointes par rapport aux solutions connues et permet d’obtenir des bords de pointes qui se rapprochent d’une direction parallèle à l’écoulement d’air. Selon l’invention, les creux de la dent qui s’étendent entre deux pointes adjacentes se situent chacun à une distance non nulle du bord de fuite. Avantageusement et selon l’invention, au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration présente un profil symétrique par rapport à une pointe centrale. Selon cette variante, au moins une dent présente une pointe centrale symétrique et des dents adjacentes identiques qui s’étendent symétriquement de part et d’autre de la pointe centrale. En d’autres termes, si la dent comprend 5 pointes, et si l’on numérote les pointes de 1 à 5, de la gauche vers la droite, la pointe 3 est la pointe centrale, les pointes 1 et 5 sont identiques ainsi que les pointes 2 et 4. Rien n’empêche également que les pointes 1, 2, 4 et 5 soient identiques. Avantageusement et selon l’invention, au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration présente une pointe centrale qui s’étend, une fois le dispositif monté sur ladite pale, depuis le bord de fuite de la pale sur une distance, dite hauteur de pointe centrale, supérieure à la hauteur des autres pointes de la dent. Les inventeurs ont réalisé que cette forme particulière permet de réduire le bruit perçu au voisinage de la pale. En particulier, cela permet de former une dent dont la forme générale est triangulaire, mais dont chaque pointe forme une structure propre. Avantageusement et selon l’invention, au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration présente une pointe centrale de hauteur H, et la variation de hauteur d’une pointe à chaque pointe adjacente est de 2xH/(N+1), où N désigne le nombre de pointes de la dent. En d’autres termes, si on part de la pointe centrale et qu’on détermine les hauteurs des pointes subséquentes jusqu’aux pointes d’extrémité, on observe selon ce mode de réalisation une variation (décroissance) de hauteur d’une valeur 2xH/(N+1) d’une pointe à l’autre. Les inventeurs ont réalisé que cette forme particulière permet de réduire le bruit perçu au voisinage de la pale. En particulier, cela permet d’obtenir une structure qui ressemble à une fractale, c’est-à-dire que la dent présente un profil dont la forme laisse apparaitre des motifs similaires (les pointes) à différentes échelles d’observation. Cette régularité semble avoir des effets bénéfiques sur les turbulences acoustiques. A titre d’exemple, si la dent est symétrique et comprend 5 pointes (N=5) numérotées de 1 à 5 de la gauche vers la droite, alors la pointe 3 est la pointe centrale qui présente une hauteur H. Les pointes 2 et 4 présentent une hauteur de 2H/3 et les pointes 1 et 5 présentent une hauteur de H/3. Une telle dent comprend 6 creux, numérotés de 1 à 6 de la gauche vers la droite. Alors, les creux 1 et 6 représentent les creux d’extrémité, jointifs des deux dents adjacentes. Les creux 2 et 5 présentent une hauteur non nulle et inférieure à H/3 et les creux 3 et 4 présentent une hauteur comprise entre H/3 et 2H/3, et encadrent la pointe centrale. Avantageusement et selon l’invention, au moins deux dents de ladite serration présentent des profils distincts caractérisés par des hauteurs différentes de leurs pointes centrales respectives. Cette structure particulière permet de disposer de dents différentes selon leur agencement sur la pale. Avantageusement et selon l’invention, lesdits dents de ladite serration présentent des profils distincts caractérisés par des hauteurs de leur pointes centrales respectives qui décroient le long du bord de fuite, dans la direction du pied de pale vers la tête de pale, une fois le dispositif monté sur ladite pale. Cette structure particulière permet de disposer de dents différentes selon leur agencement sur la pale. Il est ainsi possible d’adapter la forme de la dent à sa position sur la pale. Cette variante est particulièrement adaptée aux pales d’éoliennes pour lesquelles le bruit généré au voisinage des pieds de pale est distinct du bruit généré au voisinage des têtes de pale. Le dispositif selon cette variante de l’invention permet de tenir compte de cet aspect. Avantageusement et selon l’invention, lesdites dents de ladite serration présentent des profils identiques. Selon cette variante, les dents sont identiques le long du bord de fuite. Cette variante est adaptée aux équipements aérauliques dont le flux d’air est uniforme sur la pale. Avantageusement et selon l’invention, au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration s’étend, une fois le dispositif monté sur ladite pale, le long du bord de fuite sur une distance λ, et la distance qui sépare deux creux adjacents est égal à λ/(N+1), où N désigne le nombre de pointes de la dent. Les inventeurs ont réalisé que ce découpage régulier de la largeur des pointes permet une réduction du bruit perçu au voisinage de la pale. Cela étant, rien n’empêche selon d’autres modes de réalisation de prévoir un découpage non régulier. Avantageusement et selon l’invention, chaque dent de la serration présente une hauteur moyenne définie comme la moyenne des hauteurs des pointes de la dent, qui décroit depuis le pied de pale jusqu’à la tête de pâle et dont la hauteur moyenne dépend de la corde de la pale au niveau de l’agencement de la dent, une fois le dispositif monté sur ladite pale. Avantageusement et selon l’invention, N est égal à 5, λ est égal à 10,95 cm et H est égal à 21.9cm. Les valeurs choisies dépendent notamment de la corde de la pale qui diffère selon la position longitudinale à laquelle on se trouve sur la pale. Les inventeurs ont testé ce dispositif et réalisé qu’il offre des performances de réduction de bruit particulièrement intéressantes. Le bruit perçu à 4 mètres d’une pale d’éolienne équipée d’un tel dispositif de réduction de bruit est de l’ordre de 30dB inférieur au bruit perçu par une pale identique dénué du dispositif de réduction de bruit. Bien entendu, rien n’empêche d’utiliser d’autres valeurs de N, λ et H tout en bénéficiant des avantages de la structure des dents du dispositif de réduction de bruit selon l’invention. L’invention concerne aussi une pale d’éolienne comprenant un corps de pale s’étendant entre un pied de pale et une tête de pale, un bord d’attaque, un bord de fuite, une surface d’aspiration et une surface de pression, et un réducteur de bruit agencé sur au moins une portion du corps de pale et s’étendant au moins partiellement en aval du bord de fuite de ladite pale. La pale selon l’invention est caractérisée en ce que ledit réducteur de bruit est le dispositif de réduction du bruit aéroacoustique selon l’invention. Les avantages et effets techniques d’un dispositif de réduction de bruit selon l’invention s’appliquent mutatis mutandis à une pale d’éolienne selon l’invention. Un dispositif de réduction de bruit aéroacoustique selon l’invention peut également équiper des pales de ventilateurs, des pales de turbomachines, des pales d’hélices de moteurs d’aéronefs, voir même des bords de fuite d’ailes ou de dérives d’un aéronef, voire les bords de fuite des nacelles d’un moteur d’aéronef. L'invention concerne également un dispositif de réduction du bruit aéroacoustique et une pale d’éolienne équipée d’un tel dispositif caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : la est une vue schématique partielle d’une pale d’une éolienne selon un mode de réalisation de l’invention équipée d’un dispositif de réduction de bruit selon un mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique d’une dent d’un dispositif de réduction de bruit selon un mode de réalisation de l’invention, la illustre une vue schématique d’une pale d’éolienne selon un mode de réalisation de l’invention équipée d’un dispositif de réduction de bruit selon un autre mode de réalisation de l’invention. Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté. Les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures. La illustre une portion d’une pale d’éolienne comprenant un corps de pale 10 s’étendant entre un pied de pale et une tête de pale, un bord d’attaque 12 et un bord de fuite 14. En outre, la illustre schématiquement un dispositif de réduction du bruit aéroacoustique 20 monté sur le bord de fuite 14 de la pale. Ce montage peut être fait par collage, soudage, vissage, encastrement ou tout moyen équivalent. Le dispositif comprend, selon le mode de réalisation des figures, une serration formée d’une pluralité de dents adjacentes. Chaque dent comprend 5 pointes référencées P1, P2, P3, P4 et P5 sur la figure et 6 creux référencés C1, C2, C3, C4, C5 et C6 sur la . Comme illustré sur la , chaque dent est symétrique par rapport à la pointe centrale P3. Selon d’autres modes de réalisation non représentés sur les figures, les dents peuvent être dissymétriques. Cette pointe centrale P3 s’étend sur une distance H par rapport au bord de fuite de la pale 10. Les pointes P2 et P4 qui encadrent la pointe P3 s’étendent chacune sur une distance 2H/3 par rapport au bord de fuite de la pale. Enfin, les pointes P1 et P5 qui forment les pointes d’extrémité, s’étendent sur une distance H/3 par rapport au bord de fuite de la pale. D’autres hauteurs peuvent être utilisées selon d’autres modes de de réalisation non représentés sur les figures, sans remettre en cause le principe de l’invention. Le profil des dents comprend en outre des creux qui encadrent deux à deux une pointe de la dent. Ainsi, les creux C1 et C2 encadrent la pointe d’extrémité P1. Les creux C2 et C3 encadrent la pointe P2. Les creux C3 et C4 encadrent la pointe centrale P3. Les creux C4 et C5 encadrent la pointe P4 et les creux C5 et C6 encadrent la pointe d’extrémité P5. Selon le mode de réalisation des figures, les creux sont agencés le long du bord de fuite de telle sorte que si l’on considère que la dent s’étend sur une largeur λ et si l’on considère que le creux d’extrémité C1 est agencé à λ=0, alors, le creux C2 est agencé à λ/5, le creux C3 est agencé à 2λ/5, le creux C4 est agencé à 3λ/5, le creux C5 est agencé à 4λ/5 et le creux C6 est agencé à λ. Rien n’empêche selon d’autres modes de réalisation non représentés sur les figures d’utiliser une autre répartition des creux, sans remettre en cause le principe de l’invention. On constate que le profil des dents est du type fractale, c’est-à-dire que les dents présentent un profil dont la forme laisse apparaitre des motifs similaires (les pointes et les creux) à différentes échelles d’observation. Selon le mode de réalisation, N est donc égal à 5. En outre, λ est égal à 10,95 cm et H est égal à 21.9cm. Bien entendu, rien n’empêche d’utiliser d’autres valeurs, comme indiqué précédemment. Des tests ont été effectués sur une pale d’éolienne. Les résultats suivants ont été obtenus. Mesure du bruit à distance de la pale A 47 cm A 1m A 2 m A 4m Sans dispositif de réduction de bruit 126 dB(A) 103 dB(A) 97dB(A) 91dB(A) Avec le dispositif selon l’invention de la figure 2 108 dB(A) 102 dB(A) 89 dB(A) 61dB(A) On constate que les performances de réduction de bruit sont réelles dès 47 cm de la pale et monte jusqu’à 30dB à 4 mètres de la pale. Le dispositif selon l’invention peut être réalisé en tout type de matériau. De préférence, il est réalisé en plastique ou en matériaux composites. Selon un mode de réalisation représentée schématiquement sur la , la hauteur moyenne d’une dent (qui peut être définie comme la moyenne des hauteurs des différentes pointes de la dent) décroit régulièrement le long de la pale, depuis le pied de pale jusqu’à la tête de pale. Selon un mode de réalisation, la serration est configurée de telle sorte que la formule suivante soit respectée le long de la pale : où h(x) correspond à la hauteur moyenne de la dent à la position x de la dent le long de la pale et l(x) correspond à la largeur de la pale à la position x (c’est-à-dire à la mesure de la corde à cette position). En d’autres termes, il existe une relation entre la hauteur moyenne de la dent et la corde de la pale au niveau de la position de la dent le long de la pale. La pale présentant une corde décroissante du pied de pale jusqu’à la tête de pale, les hauteurs moyennes des dents sont décroissantes le long de la pale. En outre et selon un mode de réalisation, chaque dent forme avec la corde de la pale (c’est-à-dire l’axe qui relie le bord d’attaque au bord de fuite), un angle qui dépend de sa position le long de la pale. En d’autres termes, chaque dent présente un axe de calage aérodynamique qui forme un angle α(x) avec la corde de la pale. Par exemple, cet angle peut-être nul au niveau du pied de la pale de sorte que la dent s’étend dans l’axe de la corde de la pale. A l’opposé, cet angle peut être maximal au niveau de la tête de pale, par exemple de l’ordre de 20°. Les angles peuvent varier régulièrement du pied de pale jusqu’à la tête de pale entre ces deux valeurs extrêmes. Bien entendu, d’autres modes de réalisation sont possibles, sans sortir du périmètre de la présente invention, dès lors que la serration est formée d’une pluralité de dents adjacentes, chaque dent présentant un profil comprenant un nombre impair de pointes et un nombre pair de creux agencés chacun entre deux pointes et dont au moins deux pointes de la dent présentent une hauteur distincte l’une de l’autre. Dispositif (20) de réduction du bruit aéroacoustique d’une pale d’un équipement aéraulique comprenant un corps de pale (10) s’étendant entre un pied de pale et une tête de pale, un bord d’attaque (12) et un bord de fuite (14), caractérisé en ce que ledit dispositif (20) de réduction de bruit comprend en outre : des moyens de fixation dudit dispositif au voisinage dudit bord de fuite de ladite pale; une serration formée d’une pluralité de dents adjacentes qui s’étend depuis lesdits moyens de fixation, en aval dudit bord de fuite de ladite pale, chaque dent présentant un profil comprenant un nombre impair de pointes (P1, P2, P3, P4, P5) et un nombre paire de creux (C1, C2, C3, C4, C5, C6) agencés chacun entre deux pointes adjacentes et dont au moins deux pointes de la dent s’étendent, une fois le dispositif monté sur ladite pale, depuis le bord de fuite de ladite pale, sur une distance, dite hauteur de pointe, distincte l’une de l’autre. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration présente un profil symétrique par rapport à une pointe centrale (P3). Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration présente une pointe centrale qui s’étend, une fois le dispositif monté sur ladite pale, depuis le bord de fuite de la pale sur une distance, dite hauteur de pointe centrale, supérieure à la hauteur des autres pointes de la dent. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration présente une pointe centrale de hauteur H, et en ce que la variation de hauteur d’une pointe à chaque pointe adjacente est de 2xH/(N+1), où N désigne le nombre de pointes de la dent. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’au moins deux dents de ladite serration présentent des profils distincts caractérisés par des hauteurs différentes de leurs pointes centrales respectives. Dispositif selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits dents de ladite serration présentent des profils distincts caractérisés par des hauteurs de leur pointes centrales respectives qui décroient le long du bord de fuite, dans la direction du pied de pale vers la tête de pale, une fois le dispositif monté sur ladite pale. Dispositif selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque dent de la serration présente une hauteur moyenne définie comme la moyenne des hauteurs des pointes de la dent, qui décroit depuis le pied de pale jusqu’à la tête de pâle et dont la hauteur moyenne dépend de la corde de la pale au niveau de l’agencement de la dent, une fois le dispositif monté sur ladite pale. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’au moins une dent – de préférence chaque dent – de ladite serration s’étend, une fois le dispositif monté sur ladite pale, le long du bord de fuite sur une distance λ, et la distance qui sépare deux creux adjacents est égal à λ/(N+1), où N désigne le nombre de pointes de la dent. Dispositif selon les revendications 4 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que N est égal à 5, λ est égal à 10,95 cm et H est égal à 21.9cm. Pale d’éolienne comprenant un corps de pale s’étendant entre un pied de pale et une tête de pale, un bord d’attaque, un bord de fuite, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un dispositif de réduction du bruit aéroacoustique selon l’une des revendications 1 à 9 monté au voisinage dudit bord de fuite de ladite pale.