Le pylône support ou mat

Vue d'un mât depuis le pied d'une éolienne

Bien que mécaniquement simple, le pylône support d'aérogénérateur (aussi appelé tour ou mât dans le cas des grandes éoliennes) est une partie importante de l'installation pour différentes raisons :

• Sa hauteur car l'aérogénérateur doit se situer en dehors des perturbations dues au sol et aux obstacles environnant, le vent y est plus fort et plus régulier. Généralement la taille du mât est très légèrement supérieure au diamètre des pales.
• Sa fréquence propre car une machine tournante est toujours le siège de vibrations ; il est donc essentiel que la fréquence propre du pylône support soit très différente des fréquences de vibrations (fondamental et harmoniques) engendrées par l'aérogénérateur.
• Sa conception vis-à-vis de l'entretien car si le pylône support ne permet pas un entretien et un accès facile à la nacelle, la machine sera mal entretenue et sa durée de vie en sera réduite. Le mat renferme les câbles qui assurent la liaison au réseau de distribution.
• Sa robustesse, le pylône devra être conçu pour résister à des surcharges dues par exemple au givre ou à des contraintes dues à un fonctionnement anormal de l'aérogénérateur.
• Sa forme. Dans le cas de l'aéromoteur sous le vent il est particulièrement important d'avoir recours à de pylônes à faible trainée. Le passage de l'hélice dans la zone d'écoulement perturbée par le pylône provoque une fatigue mécanique sur les pales et des vibrations préjudiciables au bon fonctionnement de l'aérogénérateur.

Pour les éoliennes de faibles et moyennes puissance le pylône support peut être :

• auto-porteur
• haubané rabattable
• caréné
• à treillis

Vue de l'intérieur d'un mat auto-porteur

De forme tubulaire et conique, aucun hauban n'est alors nécessaire, ce qui rend le mat auto-porteur plus esthétique. Le prix d'une telle tour peut atteindre trois ou quatre fois celui d'un pylône haubané. La solidité de la fondation sera un élément important. Le mat peut être réalisé en acier ou en béton armé.

Actuellement les mats en caisson, souvent en acier et fortement ancrés au sol sur de solides fondations, sont très répandus pour les grandes éoliennes de forte puissance. Les mâts des éoliennes sont fabriqués à partir de tubes coniques, en acier ou en béton précontraint et comportent généralement trois ou quatre sections. La hauteur des tours d’éoliennes actuelles oscille entre 65 et 140 m. Le diamètre de la base d’une tour peut-être de plus 5 m en diminuant progressivement pour atteindre environ 3 m au sommet.

D'un coût à hauteur égale ou inférieur à celui du support auto-porteur, permet un meilleur accès à la nacelle pour entretien. La dimension du tuyau d’acier est surtout fonction du poids de l’éolienne, car ce sont les haubans qui assurent la stabilité de l'ensemble. Si l’haubanage permet de réduire les dimensions du mât, plus il y a de haubans et de structure porteuse, plus le bruit est élevé dans les grands vents. Ce type de mat augmente l’occupation au sol ainsi que l’impact visuel. Cette structure est la plus couramment utilisée dans le cas du petit éolien.

Un mât haubané est composé de tubes en acier assemblés entre-eux à l'aide de brides boulonnées ou de manchons. Les quatre haubans sont fixés au niveau des jonctions et rattachés au sol sur les massifs d'ancrages.

• intéressant économiquement
• facilité de transport (légèreté)
• facilité d'installation (car ne nécessite pas l'utilisation d'une grue)
• facilite la maintenance et la protection de la turbine en cas de tempête (permet de descendre la turbine au sol)

• installation plus longue (mise en place et réglage des haubans)
• emprise au sol importante
• impact visuel plus important
• nuisances sonores plus importantes (sifflement du vent au passage des haubans)

Sont les moins chères mais souvent mal acceptées.

Mat en treillis vue de dessous

La société allemande Timber Tower a développé un mat en épicéa d'une hauteur de 90 mètres et capable de supporter une nacelle de 100 tonnes développant une puissance de 1,5 MW ¹⁾. Ce mat utilise la technique du lamellé collé dont les couches successives ont les fibres orientées de façon alterné ce qui permet d'offrir une grande résistance. Le premier exemplaire de l'éolienne utilisant un mat en épicéa a été érigé fin de 2012 dans le nord de l'Allemagne proche de Hanovre.

Sections d'un mat sur un convoi exceptionnel

Le transport des tours d'éoliennes est une opération complexe qui nécessite une planification minutieuse, des équipements spécialisés et une coordination précise. Dans le cas des grandes éoliennes, le mat est souvent sectionné en plusieurs parties (en général 3 parties) pour en faciliter le transport. Les parties sont assemblées ensuite sur le site.

• Évaluation des itinéraires potentiels en fonction des contraintes de hauteur, de poids et de largeur des tours d'éoliennes.
• Coordination avec les autorités locales pour obtenir les permis de transport nécessaires et planifier les escortes de sécurité.
• Préparation de l'itinéraire pour éviter les obstacles tels que les ponts, les lignes électriques et les virages serrés.

• Utilisation de remorques spéciales à essieux multiples pour répartir la charge et minimiser la pression sur les routes et les ponts.
• Recours à des véhicules d'escorte pour assurer la sécurité du transport et coordonner le passage à travers les intersections et les zones sensibles.
• Mise en place de mesures spéciales pour le transport de tours particulièrement longues ou lourdes, telles que l'utilisation de véhicules modulaires autotractés.

• Évaluation des conditions du site d'installation pour s'assurer qu'il peut accueillir les équipements de levage nécessaires pour ériger les tours d'éoliennes.
• Mise en place de fondations solides et de surfaces de travail sécurisées pour soutenir le processus d'assemblage et d'installation des tours.

• Respect des normes de sécurité routière et des réglementations locales en matière de transport exceptionnel.
• Formation et certification des conducteurs et des escortes pour assurer une conduite sûre et une coordination efficace avec les autorités locales et les autres usagers de la route.

• Exploration des avancées technologiques telles que les remorques modulaires autotractées et les drones de surveillance pour améliorer l'efficacité et la sécurité du transport.
• Réflexion sur les défis futurs du transport des tours d'éoliennes, notamment la demande croissante de tours de plus grande taille et les contraintes liées à l'expansion des parcs éoliens offshore.

Les fondations sont en béton armé. Les études de structure des fondations peuvent être complexes en zone de fort vent, en zone sismique et en zone de sollicitation dynamiques. Il y a lieu de faire intervenir un bureau de contrôle avec une mission solidité dans ces cas de figure.

• Conception d'une éolienne - dynamique des structures

• Plan technique d'une fondation
• Page internet sur les mâts haubanés basculants pour petite éolienne