Installation

Une fois le financement sécurisé, la construction du parc éolien peut commencer. Cela comprend l'installation des éoliennes, la construction des fondations, l'installation des infrastructures électriques, ainsi que la construction des routes d'accès et des bâtiments de service. La construction d'un parc éolien se déroule sur une durée généralement comprise entre 6 et 9 mois. L'installation d'éoliennes comporte 2 phases principales :

Les chemins d’accès aux éoliennes sont de type « stabilisées » (4.5 m de largeur) pour supporter le poids des camions tout en étant démontables. Après les travaux, le flux de véhicules engendré par le parc est limité à la maintenance soit en moyenne un véhicule léger par mois. Cette étape dure environ 1 à 2 semaines.

• construction des voies d'accès et des aires de montage des aérogénérateurs
• renfort des routes permettant le passage des porte-chars jusqu'aux aires de montage
• élargissement des virages
• aire de retournement
• aires de vie durant le chantier
• aires de stationnement visiteurs
• élagage - débroussaillement - déboisement
• drainage, talus
• réfection de la voirie (choix de la saison de manière à minimiser les risques liés aux intempéries)

L’emprise au sol correspond au carré de la fondation au pied de l’éolienne et de la surface de grutage nécessaire à la maintenance. La surface totale représente environ 1000 m² (200 m² de fondation et 800 m² de surface de grutage)

Aire de grutage

Afin d’assurer l’acheminement des éoliennes jusqu’au site, il est nécessaire de sécuriser les accès. Les chemins sont élargis et éventuellement renforcés. Les travaux de terrassement et la réalisation de fondations sont généralement exécutés par des sociétés locales spécialisées dans le génie civil et les VRD.

C'est la phase du chantier établissant les fondations des aérogénérateurs. Les fondations sont la base d'une éolienne, c'est elles qui devront supporter le poids de l'éolienne. Les fondations sont constituées d'un tapis en ciment qui permet à la terre de ne pas être mouillée lorsqu'il pleut. Une cage métallique est ensuite placée avec des tuyaux qui permettront de passer les câbles électriques. Lorsque la cage est terminée, le ciment est coulé pour plus de stabilité. Le tout est ensuite recouvert de terre et l'éolienne est prête à y être fixée.

Fondation pour mat en béton avant le montage d'une éolienne

En phase de conception du projet (souvent après obtention des autorisations de construire), une étude géotechnique est réalisée au droit de chaque éolienne (mission G12 selon la norme NFP 94-500) . Cette étude consiste à caractériser par le biais de sondages et d'essais de laboratoire les propriétés mécaniques du sol depuis sa surface jusqu'en profondeur. Les résultats de cette étude permettront par la suite au BET de réaliser le choix du type de fondation (gravitaire ou sur pieux), et d'en réaliser le dimensionnement et les plans d'exécutions.

Selon les données bibliographiques disponibles sur la géologie du site et les potentiels risques en présence (voir entre autre la base de données nationale du BRGM), le nombre, le type et la profondeur des sondages sont choisis afin de pouvoir déterminer suffisamment précisément le sous-sol de chaque fondation. Il s'agit généralement de réaliser pour chaque éolienne, sur l'emprise de la future fondation :

• 1 sondage destructif avec essais pressiométriques, qui mesure, à intervalle de 1 à 2m lors du forage, les paramètres de comportement mécaniques du sol (statique et dynamique)
• 1 sondage destructif simple, avec enregistrement des paramètres de forage, qui permet de vérifier par rapport au premier sondage que le sol est homogène (pas de zone altérée ou de vide)

Lorsque des anomalies sont détectées pendant les sondages, des forages géologiques supplémentaires sont réalisés afin d'affiner les connaissances du sous-sol en présence. L'utilisation de mesures géophysiques peuvent être utilisées en complément (par exemple les ondes MASW).

Lors des différents sondages, les éventuels niveau d'eau rencontrés sont notés afin d'évaluer le risque de remontées de nappe phréatiques. Si les niveaux sont trop proches de la surface, la réalisation d'une étude hydrogéologique peut être nécessaire afin de déterminer les niveaux extrêmes que pourra atteindre la nappe. Si les niveaux exceptionnels de la nappe dépassent l'assise de la fondation, ce paramètre est pris en compte afin d'adapter le dimensionnement des fondations (compensation de la poussée d'Archimède engendrée et de la classe de béton selon l'agressivité des eaux).

Il existe plusieurs types de fondations (appelés aussi massifs) utilisées pour supporter les éoliennes :

• les fondations superficielles (ou massifs gravitaires), lorsque le sol d'assise est homogène et de bonne portance
• les fondations profondes telles que les pieux ou les micro-pieux, lorsque le sol d'assise présente une portance trop faible et que le bon sol se trouve à une profondeur importante, de l'ordre de plus de 15 m
• les fondations mixtes qui combinent des éléments de fondations superficielles et profondes pour répondre aux conditions spécifiques du site.

Dans certains cas intermédiaires, il est possible de procéder à un renforcement mécanique du sol d'assise afin de pouvoir réaliser des fondations superficielles.

Les fondations superficielles sont composées d'une assiette en partie inférieure, surmontée d'un socle incluant une pièce d'interface (virole ou cage d'ancrage) sur laquelle la tour de l'éolienne sera boulonnée.

Pour une éolienne standard de puissance nominale 2 MW, voici les ordres de grandeurs concernant les fondations superficielles :

• diamètre d'assiette : de 14 m à 20 m
• hauteur massif : de 2,5 m à 4 m
• volume de béton : de 250 m³ à 400 m³
• quantité de ferraillage : de 30 t à 48 t (hors virole / cage d'ancrage, qui pèsent entre 12 t et 16 t)
• formes courantes de l'assiette : circulaire, octogonale, carré

Les fondations sur pieux sont composées d'un massif de liaison ressemblant à une fondation superficielle, reposant sur des pieux généralement disposés en cercle sous le massif. Les pieux sont forés jusqu'à atteindre le bon sol (+ une profondeur d'ancrage dans ce bon sol), et assurent la transmissions des efforts entre le massif (où l'éolienne est fixée) et le bon sol.

Pour une éolienne standard de puissance nominale 2 MW, voici les ordres de grandeurs concernant les fondations sur pieux :

• diamètre d'assiette : de 12 m à 15 m
• hauteur massif : de 3 m à 4 m
• volume de béton (hors pieux) : de 250 m³ à 350 m³
• quantité de ferraillage (hors pieux) : de 30 t à 42 t (hors virole / cage d'ancrage, qui pèsent entre 12 t et 16 t)
• nombre de pieux : 10 à 12
• diamètre des pieux : 800 mm à 1000 mm
• profondeur des pieux : de 10 m à 30 m

Dans le cas où le bon sol est proche de la profondeur d'assise voulue (jusqu'à 2m environ), on peut réaliser une simple substitution de sol. La couche superficielle du sol est retirée pour atteindre le bon sol puis il est substitué à l'aide de gros béton ou de GNT compactée (Grave Non Traitée) par exemple. Dans le cas où le bon sol est trop profond, ou s'il présente une altimétrie très variable, on peut avoir recours à des systèmes d'inclusions rigides ou de colonnes à modules contrôlés par exemple.

Le dimensionnement des fondations d'éoliennes implique plusieurs étapes :

• Étude géotechnique : Une étude géotechnique approfondie est réalisée pour caractériser les propriétés du sol, y compris sa capacité portante, sa cohésion, sa perméabilité et sa stratigraphie.

• Calcul des charges : Les charges appliquées sur la fondation, y compris le poids de la tour, des pales, du générateur et des composants structurels, ainsi que les charges dues au vent, sont calculées conformément aux normes et aux codes applicables.

• Analyse structurelle : Une analyse structurelle est effectuée pour évaluer les contraintes et les déformations induites dans la fondation sous l'effet des charges statiques et dynamiques.

• Sélection du type de fondation : En fonction des conditions du site, des charges appliquées et des propriétés du sol, le type de fondation le plus approprié est sélectionné.

• Conception de la fondation : La fondation est conçue pour résister aux charges appliquées tout en garantissant la stabilité et la durabilité de la structure de l'éolienne.

Plusieurs considérations doivent être prises en compte lors du dimensionnement des fondations d'éoliennes :

• Capacité portante du sol : La capacité portante du sol doit être évaluée avec précision pour garantir que la fondation peut supporter les charges appliquées sans excéder les contraintes admissibles.

• Effets du vent : Les forces du vent, y compris les charges aérodynamiques et les vibrations induites, doivent être prises en compte dans le dimensionnement des fondations pour garantir la stabilité de la structure éolienne.

• Accessibilité et coûts : L'accessibilité au site, les contraintes logistiques et les coûts de construction doivent être pris en compte lors du choix du type de fondation et de la méthode de construction.

• Normes et réglementations : Le dimensionnement des fondations d'éoliennes doit être conforme aux normes et aux réglementations en vigueur, telles que les normes ISO, les codes de construction nationaux et les exigences des fabricants d'éoliennes.

Une fouille est ouverte afin d'y couler le béton de propreté, sur lequel la fondation sera construite. Avant de couler le béton de propreté, le fond de fouille est contrôlé par un géotechnicien et un bureau de contrôle technique, afin de valider que le sol en présence est bien conforme aux hypothèses géotechniques utilisées pour dimensionner la fondation.

Dimensions moyennes des fouilles d'éoliennes :

• profondeur : de 2m à 4m
• diamètre fond de fouille : de 15 à 30 mètres
• volume de déblai : de 1000m³ à 1500m³

Les parois des fouilles sont la plupart du temps talutées, afin d'éviter leur effondrement et de limiter les risques en cas de chute accidentelle dans la fouille. Par mesure de sécurité, la fouille est balisée.

Le ferraillage d'un massif d'éolienne est compose de 3 parties :

• la nappe inférieure (liée aux pieux le cas échéant)
• le socle (incluant l'interface d'ancrage avec l'éolienne)
• la nappe supérieure

Selon le design et la forme de la fondation, les nappes inférieures et supérieures peuvent être composée de ferrailles droites croisées à 90° (trelli droit), ou de cerces circulaires reposant sur des barres radiales (cas des massifs circulaires ou octogonaux).

Avant de débuter le ferraillage, la dalle de béton de propreté a été réalisée, et l'axe de l'éolienne implanté.

Les ferrailles sont livrées découpées et formées selon les plans d'exécution. Lors de leur mise en place, elles reposent en partie inférieure sur des cales afin de respecter un enrobage de 50mm. Les ferrailles sont fixées les unes aux autres par des ligatures (fil de fer enroulé) et à l'aide de supports en fers à béton pour la nappe supérieure.

Afin de pouvoir fixer l'éolienne sur la fondation, et d'assurer une bonne transmission des efforts de l'éolienne à la fondation, une interface d'ancrage est incluse dans la fondation. Cette interface est fournie par le constructeur des éoliennes, mais mise en place par le génie civiliste.

Généralement on retrouve 2 systèmes chez les constructeurs d'éoliennes :

• la virole d'ancrage est le support de l’éolienne (pièce mécano/soudée monobloc), constituée d'une bride inférieure, d'une tôle épaisse roulée/soudée et d'une bride supérieure ou bride d'ancrage sur laquelle la tour viendra se visser
• la cage d'ancrage (système en kit à monter au moment du ferraillage), composée d'une bride inférieure (ou d'une petite virole d'ancrage), de tiges filetées et d'une bride d'ancrage

Dans les 2 cas, la pièce est intégrée au ferraillage et partiellement coulée dans le béton.

La planéité de la bride d'ancrage est systématiquement contrôlée avant et après coulage de la fondation, afin de garantir la verticalité de la tour de l'éolienne!

Un volume de béton de 250 à 400m³ est coulé en une seule fois, ce qui représente un poids de 500 à 900 tonnes. Le temps de séchage est de 28 jours.

Le raccordement électrique est un critère primordial pour la rentabilité d’un projet éolien, la distance entre le parc éolien et le poste de raccordement détermine la faisabilité du projet. En général; au-delà d’une distance de 10km au poste source, les surcoûts deviennent très importants pour l’opérateur. En France, le raccordement doit faire l’objet d’une demande d’étude à Réseau de Transport et d’Electricité (RTE).

Construction, enfouissement et raccordement des lignes acheminement l’électricité produite par les éoliennes vers le poste de transformation

• du réseau interne au parc (relier les éoliennes entre elles et au poste de livraison)
• du réseau externe du raccordement au réseau EDF

Tous les câbles circulent dans une tranchée réalisée à la pelle mécanique (courte distance) ou à la trancheuse (longue distance). Les tranchées longent généralement les chemins reliant les éoliennes, mais elles peuvent aussi traverser plein champ, la profondeur minimale d’enfouissement devant être compatible avec les activités agricoles (environ 130cm).

Le transport de composants d’éoliennes vers un chantier de construction est une tache délicate. Il faut en effet manutentionner de grosses pièces lourdes, fragiles et coûteuses. Le prix des services de transport et de logistique nécessaires à l’acheminement d’une éolienne varient généralement entre 100 000 dollars et 150 000 dollars. ¹⁾

Pour une éolienne de 1,8MW, chaque pale mesure 39 m de longueur, soit la longueur d’un Boeing 737, et le rotor de trois pales pèse 35 tonnes. Les convois doivent souvent parcourir des centaines de kilomètres escortes par des voitures de patrouille. Le passage de ces convois peut entraîner une usure prématurée des infrastructures routières.

Le transport des aérogénérateurs est opéré par convois exceptionnels (environ 7 convois routiers pour une éolienne).

Assemblage d'une éolienne Enercon E70-4 à Magedeburg (Allemagne)

L’érection des éoliennes est une opération complexe et coûteuse car elle nécessite déplacer à de grandes hauteurs des masses importantes. Cette opération se décompose en plusieurs étapes :

• Les armoires de contrôle et de commandes sont mise en place à l'aide d'une grue par le haut du système d'ancrage.
• Le mât est érigé en plusieurs morceaux (tronçons) à l’aide d’une grue.
• La nacelle est ensuite fixée au mât
• On lève alors la génératrice pour la placer dans la nacelle, puis est boulonnée à celle-ci
• Enfin, les pales sont assemblées au sol sur le moyeu pour constituer le rotor et l’ensemble est hissé puis fixé au rotor de la génératrice ou du multiplicateur

Les travaux d’érection d’une éolienne peuvent être réalisés en 6 jours, durée à multiplier par le nombre d’éoliennes à monter. Les travaux sont tributaire du vent, en effet le levage des éoliennes ne s'effectuer qu’avec une vitesse de vent inférieur à 10 m/s.

La certification est effectuée par un organisme indépendant de tous les acteurs du chantier (certification et conformité du déroulement du chantier et des installations).

A la fin de la procédure de travaux et après une phase de tests de plusieurs semaines le parc éolien est connecté au réseau et entre alors en production et la mise en service industrielle est déclarée auprès d'EDF. Le projet entre alors en phase d'exploitation.

• Conduite d'un projet éolien