Le développement actuel de l’énergie éolienne est issu d’une évolution des moulins à vent depuis deux siècles, aboutissant à des différents types répandus, les éoliennes multipales de pompage, les petits aérogénérateurs et les grandes éoliennes électriques qui nous préoccupent aujourd’hui.
La conception, la mise au point et la fabrication des grandes machines nécessitent des moyens autres que ceux de simples inventeurs et artisans : il faut des études industrielles qui ne sont à la portée que d’organismes importants, publics ou privés.
Cette activité de « Recherche-Développement » a une histoire, avec des épisodes dans différents pays : les pionniers sont le professeur Poul La Cour et l’Association Danoise de l’Énergie Éolienne, créée en 1903. Vient ensuite l’Institut de Génie Agricole de l’Université d’Oxford, en Angleterre, avec un programme d’essai de machines, en 1925. En France, Georges Darrieus fut un savant industriel ayant dirigé en 1925-30 un programme de recherche sur les éoliennes au sein de la Compagnie-Électro-Mécanique (CEM), avec plusieurs prototypes et un projet de modèle commercial.
Les Soviétiques, forcément organisés, systématisèrent la recherche appliquée dans ce domaine. Un département spécialisé de l’Institut Central d’Aéro-hydrodynamique de Moscou est créé en 1920, et devient un Institut indépendant vers 1930. L’État Nazi eut de son côté un « Office (ou « Groupe de Travail ») du Reich de l’Énergie Éolienne». Quelques propositions velléitaires circulèrent en Italie, dans le même esprit de recherche de l’autarcie.
Dans la France des années 40, le sujet intéresse les ingénieurs : dans l’administration des Ponts et Chaussées, de l’Électricité, de brillants technocrates consultent des inventeurs issus des secteurs de la Marine, de l’Automobile et surtout de l’Aéronautique, domaine où la Recherche-Développement est un luxe coûteux et indispensable.
Mais les projets qui se présentent à cette époque ne sont pas très enthousiasmants, sauf celui de Jean Andreau, inventeur de l’Éolienne à Dépression qui sera développée en Angleterre vers 1950 (http://www.eolienne-a-depression.fr/).
Dès 1946, l’Électricité de France et sa Direction des Études et Recherches planchent sur le sujet. Une Division Énergie du Vent est créée en 1948, dirigée par André Argand (1905-1997), ingénieur centralien, licencié es-sciences et spécialiste d’aérodynamique, recruté je pense sur la recommandation de Georges Darrieus.
Ce « Programme éolien d’EDF », qui durera vingt ans, aboutira à la mise au point de plusieurs grandes éoliennes. Ce fut longtemps une référence internationale sur le sujet.
EDF financera pendant toute cette période les activités du Bureau d’Études Scientifiques et Techniques (BEST), spécialisé dans ce domaine, créé en février 1946 par Lucien Romani (1909-1990), un inventeur parisien d’origine italo-luxembourgeoise, autodidacte et hors-norme. L’éolienne Best-Romani, qui fut le résultat de cette longue campagne, et construite en un seul exemplaire, est bien connue grâce au site Internet de Jean-Luc Cavey (http://eolienne.cavey.org/). Cette grande machine de 800 kW à 16,7 m/s (beaucoup moins par vent ordinaire), de 30 m de diamètre et de 160 tonnes, construite près de Nogent-le-Roi (Eure-et-Loir), a été conçue par Lucien Romani, qui tenait là un sujet à la hauteur de sa propre originalité. Ce fut un banc d’essai globalement réussi, avec quantité d’idées compliquées à souhait, testées en 1958-1963.
Malgré un article de synthèse de René Bonnefille (La Houille Blanche, 1975, n°1 ; les anciens numéros de la Houille Blanche sont numérisés : https://www.shf-lhb.org/), on connaît moins bien les autres grandes éoliennes financées par l’EDF : secret industriel ou négligence ? Quoi qu’il en soit, nous nous sommes attachés à rassembler des informations sur ces machines oubliées.
L’Électricité de France, dès sa création en 1946, a cherché un industriel ayant la capacité de mettre au point une grande éolienne commercialisable. Un accord a enfin été trouvé avec Neyrpic et Sogréah, de Grenoble. Après la recherche d’inspiration scientifique de Lucien Romani, ce fut la recherche industrielle, méthodique et réaliste, avec l’objectif de la production de machines commercialisables, et d’un véritable prototype fiable et compétitif inaugurant une fabrication en série.
Neyrpic était une entreprise industrielle issue de l’association de plusieurs spécialistes de grosse mécanique et de haute précision. C’était à son époque le principal constructeur français de turbines hydrauliques, bien connu d’EDF.
Sogréah (Société Grenobloise d’Études et d’Applications Hydrauliques) était une société d’ingénierie relativement importante en taille pour l’époque (120 personnes en 1960), née en 1955 de la filialisation du laboratoire de Neyrpic. Ce laboratoire avait été créé par Pierre Danel (1902-1966), ingénieur brillant spécialiste de l’hydraulique et condisciple d’André Argand à l’École Centrale (1927).
Louis Vadot (1914-1999), ingénieur responsable du programme éolien de Sogréah-Neyrpic. Collection privée. © Droits réservés
Chez Sogréah-Neyrpic, c’est Louis Vadot (1914-1999) qui est chargé du programme éolien. Diplômé de l’École d’Ingénieurs de Nancy, chez Neyrpic depuis 1940, il est, comme Pierre Danel, un ingénieur-savant très compétent. Il fut également docteur en biologie humaine, spécialiste des « cœurs artificiels » et de la circulation extra-corporelle, ainsi qu’un spécialiste de la pollution atmosphérique.
Dans le domaine des éoliennes, il devint l’expert français le plus qualifié, appelé par exemple à rédiger le rapport général sur l’énergie éolienne de la Conférence Mondiale des Nations Unies sur les sources nouvelles d’énergie (Rome, 1961).
Louis Vadot entreprend dès 1952-53 un travail de synthèse qui donnera lieu à des rapports et à quatre articles de référence publiés en
1957-59 dans la revue La Houille Blanche. C’était dès le départ un programme d’exploration à tonalité économique, évitant les « fantaisies technologiques » qui sont toutefois notées, de même que les références historiques. Louis Vadot recommandait de privilégier les études de construction et de fabrication, plus que par exemple les études aérodynamiques. C’était donc d’entrée une approche différente de celle du génial autodidacte Lucien Romani, avec d’autres moyens et d’autres références techniques.
Un marché avec l’EDF est conclu en 1955 (avec divers avenants jusqu’en 1960) pour un appareil dépassant quelque peu la centaine de Kilowatts à 12 m/s. Neyrpic et Louis Vadot envisagent une construction en série importante, mais avec une puissance unitaire assez faible et un diamètre d’environ 20 m. À propos de taille, on doit noter que si l’envergure est comparable avec celle d’un moulin à vent traditionnel, la puissance est bien plus importante.
Le prototype à Saint-Nizier (Isère), 1956. Fonds Sogréah. © Artelia
Neyrpic est partisan de l’emploi de génératrices asynchrones et du calage variable des pales. Cela permet d’utiliser directement des matériels éprouvés du commerce, servo-moteur à huile, multiplicateur à engrenages, génératrice asynchrone. D’après André Argand, « ils pensaient que, pour obtenir de bas prix de revient, la construction de l’ensemble devait être simple, genre machine agricole ».
Le calage variable permet aussi l’arrêt de la machine par mise en drapeau des pales, ce qui présente l’intérêt de diminuer les fatigues, au lieu du freinage mécanique. Il n’est pas si compliqué : les pales pivotantes sont bien connues, par les constructeurs russes, français, américains, tout à fait maîtrisées dans le domaine des turbines ou des hélices aériennes, d’ailleurs à des vitesses beaucoup plus importantes.
Tout d’abord, une maquette d’hélice de 1 m de diamètre fait l’objet d’essais nombreux (250) en soufflerie, à Banlève, à Toulouse.
Puis un prototype de 8 m de diamètre est construit et essayé à Saint-Nizier (Isère), à 1000 m d’altitude, au-dessus de Grenoble dans le Vercors, en 1955-56. Il s’agit de tester nombre de points, tels que la procédure de construction, la petite roue auxiliaire et l’orientation aval, les performances aérodynamiques de deux jeux de pales (acier/plastique armé au verre), des variantes mécaniques, etc. À ce stade, il n’y a pas d’électricité.
Un grand exemplaire est ensuite construit à Saint-Rémy-des-Landes, dans la Manche, à mi-chemin entre la Rance et la Hague, une des régions les plus ventées de France, parfaite pour la performance, entre deux nouvelles usines respectivement marémotrice et atomique. Le terrain dans les dunes est acheté par EDF qui loue aussi le lais de mer, afin de ne pas être gêné par d’éventuelles constructions pendant les essais.
Les caractéristiques sont : un rotor tripale de 21,2 m de diamètre, calage variable,
56 tr/min, des engrenages multiplicateurs classiques, une génératrice asynchrone
(380 V à 1530 tr/min). Les constructeurs essayèrent d’obtenir une puissance « nominale »
(réglée) en principe de 132 kW à 12,5 m/s et une régulation automatique autour de ces chiffres.
Le pylône était à l’origine très léger, la partie basse en cornières, la partie haute en tubes soudés, plus aérodynamique. Mais des vibrations intolérables ont nécessité rapidement un renforcement du bâti : le poids a été multiplié par 1,75 environ. Le tout aurait pesé 35 t, dont 7,5 t pour les pales et le moyeu.
La première grande éolienne Sogréah-Neyrpic. 132 kW et 21,2 m de diamètre, avec la deuxième hélice, vers 1960-66. Collection privée. © Droits réservés
L’orientation était au départ assurée par deux « roses des vents » de 2 m de diamètre, un système déjà utilisé pour des éoliennes soviétiques ou danoises, inspiré des « papillons »
des moulins à vent. En fait, la disposition du mécanisme est plus proche de celui des éoliennes Bollée, car les moulinets sont dans ce cas devant le rotor. Cependant, ce système trop lent, peu réactif, est abandonné au profit de l’orientation automatique par construction :
le rotor est en aval du pivot, le vent arrive par l’arrière de l’hélice et l’éolienne se règle seule, sans l’ « orienteur ».
Les trois pales étaient en métal et en plastique, la structure en alliage d’aluminium soudé à l’argon, avec un longeron de section rectangulaire en tôle et des nervures moulées, le tout d’inspiration aéronautique étant recouvert de plastique de 1,5 mm d’épaisseur. Le constructeur avait renoncé à une forme trapézoïdale ou elliptique, coûteuse, car les moules des nervures seraient multipliés, et avait opté pour deux tronçons rectangulaires de calage de largeur différente. Le prix de revient a baissé considérablement sans que, dit-on, l’aérodynamique semble très affectée. Le choix des matériaux a eu lieu après de nombreux calculs et essais, avec divers alliages, de l’acier, du bois (chêne)…
Les soudures de la structure des pales, soumises à la torsion, ont cédé en juin 1959, au bout de 1000 h de fonctionnement environ. Un nouveau jeu d’ailes a été fourni, cette fois entièrement en matière plastique, par un service spécialisé de Neyrpic dont c’était la première grande fabrication. Ce choix du plastique pour les pales était une vraie innovation : elle débutait à peine alors dans l’aéronautique.
L’ensemble de l’installation souffrait de la proximité de la Manche et d’un problème de corrosion avec le sel, pour les peintures et le collecteur : les peintures ont dû être refaites et le collecteur remplacé par un câble souple, cette disposition impliquant que l’on désoriente régulièrement la machine, en tournant manuellement les « papillons » !
Les résultats furent mitigés, même si, d’un point de vue technique, tout fonctionna à peu près bien. En fait, la liste des petits et gros soucis serait trop longue à présenter ici. On doit juste préciser que des problèmes récurrents de grippage ont été rencontrés au niveau du servomoteur réglant le calage des pales. En septembre 1966, un nouvel incident de ce côté amène à décider d’arrêter les essais de cet appareil. « On n’espérait plus qu’il puisse, dans les conditions où il avait été conçu, continuer à apporter des enseignements » (André Argand). Elle aurait tout de même produit plus d’un million de kWh en 15 000 heures de fonctionnement.
Sogreah-Neyrpic sont prudents mais proposent dès 1959 un exemplaire plus grand encore, en profitant de l’expérience acquise. EDF finance des études dès 1960, puis signe une convention en 1961 : la deuxième éolienne aura 35 m de diamètre, ce qui dépasse cette fois la mesure des plus grands moulins à vent traditionnels, soit 28-29 m aux Pays-Bas, un peu plus de 20 m en France. L’idée est d’atteindre le millier de kW.
Après de nouveaux essais de maquettes, on construit des pales entièrement en matière plastique armée à la fibre de verre : il faut noter l’extrême nouveauté de ce genre de fabrication pour les pales de grande taille. En résumé, des « mèches de roving enroulées à l’une de leurs extrémités sur des pions en acier appartenant à la bride d’ancrage, frettés de tissus de verre unidirectionnels ou normaux, le tout imprégné de résine polyester. Des noyaux de Klegegel collés et un revêtement extérieur en plastique complétaient l’ensemble. Ce véritable caisson se montre d’une tenue parfaite pendant de très nombreuses années » (les amateurs, de bateaux par exemple, apprécieront). Cette fois, elles sont entièrement profilées.
Cette énorme construction aura 1000 kW de puissance nominale à 17 m/s, avec une garde au sol augmentée. Elle fut installée à 200 m de la première éolienne et aurait pesé environ 100 tonnes. Le montage du pylône en deux parties cornières/tubes est effectué par basculement. Par contre, le levage de la tête se fait avec une énorme « chèvre » ou potence liée au pylône, rappelant l’ « écoperche » utilisé par les constructeurs de moulins à vent, ou le « gin pole » traditionnel pour les éoliennes américaines.
La deuxième éolienne Sogréah-Neyrpic. 1000 kW et 35 m de diamètre, vers 1963-64. Collection privée. © Droits réservés
Les principes techniques de cette éolienne sont les mêmes que pour la première : une génératrice asynchrone (Alsthom, 1000 kW à 1000 t/min) et un réglage automatique du calage des trois pales. L’orientation s’effectue sans « papillon » grâce à la position aval du rotor. Le premier couplage au réseau normand a lieu en juin 1963, puis l’installation fonctionne régulièrement d’octobre 1963 à mai 1964, produisant 480 000 kWh lors d’un hiver peu venteux. André Argand estimait sa productivité à « pratiquement 4000 h (par an) de fonctionnement véritable en fournissant 400 kW en moyenne ».
Malheureusement, l’hélice casse en juin 1964, à cause de roulements de paliers défectueux, peut-être de matériau « pas impeccable ».
À la suite de cet incident, les partenaires abandonnent, mais cela est surtout dû à une évaluation économique défavorable : on évalua vers 1963 le prix du kW installé de ce genre de machines 30 à 50 % plus élevé que celui des centrales thermiques classiques qui sont construites à cette époque des « Trente Glorieuses » : c’est l’arrêt du programme éolien d’EDF, qui aura coûté 35 millions d’euros.
André Argand ne réussira pas à faire conserver par l’EDF une petite activité dans ce domaine. Louis Vadot jugea alors que « le vent a tourné » et s’engagea dans d’autres projets. Avec Lucien Romani, tous trois étaient pourtant sur le chemin de nombreuses améliorations et continueront longtemps d’émettre des opinions favorables sur les perspectives de l’énergie éolienne.
La plus petite éolienne Sogréah-Neyrpic fut vendue à un ferrailleur et la plus grande reprise par l’entreprise, mais qui sait ce qu’elle est devenue ?
En dehors de l’EDF, pas de salut : Neyrpic avait une vision élargie du développement de l’énergie éolienne, par exemple avec la mise au point d’une variante des éoliennes tripales rapides destinée au pompage : le rotor entraîne un arbre vertical qui actionne des pompes au sol. Mais ces modèles ne trouvent pas de débouchés : on n’en connait qu’un seul exemplaire, vendu à la commune des Saintes-Maries-de-la-Mer (Bouches-du-Rhône), en 1956. Cette machine de 13 m de haut servit jusqu’en 1966 à réguler les eaux des étangs camarguais. Un constructeur allemand de machines similaires, Norwind, est préféré par l’administration militaire française pour équiper en 1953 l’oasis d’Adrar dans le Sahara algérien.
Neyrpic va mettre aussi au point un modèle d’éolienne lente de pompage, de type « multipale américaine », actionnant une pompe à piston dans un puits :
quelques exemplaires seront destinés à Madagascar, pour des marchés publics d’équipements d’hydraulique pastorale, en concurrence semble-t-il avec des éoliennes australiennes.
Neyrpic aura plus de succès avec les turbines de la célèbre centrale marémotrice de la Rance inaugurée en 1966. Mais malgré une excellente réputation internationale, elle est mal gérée, et suite à d’importantes difficultés financières en 1962-63, elle est dirigée puis absorbée par l’Alsthom, son principal actionnaire :
le programme éolien a été réalisé dans un contexte de crise. On a pu évoquer des problèmes dus à la culture d’entreprise de Neyrpic, avec une course à la nouveauté, négligeant le cycle des produits et leur rentabilité. Sogréah, après diverses vicissitudes de son côté, est devenue partie d’Artelia, une très importante société d’ingénierie.
Après la fin du programme éolien de l’EDF en 1966, il faudra une génération, 25 ans, pour voir de nouveau en France une grande éolienne : à Port-La-Nouvelle, près de Narbonne, pendant l’été 1991, une belle machine de 25 m de diamètre pour 200 kW, donc de taille comparable à la première éolienne Sogréah-Neyrpic, était érigée sous nos yeux. C’est une machine danoise, et celle-ci est toujours en place.
Merci à tous, notamment à Mme Vadot, MM. Argand, Bonnefille, Gaillard, Moinet, Gion, Robert, Ruitton.
Chronologie
1952 : premières recherches
1953 : 1er rapport de Louis Vadot
1955 : 1er contrat avec EDF
1955-56 : essai du 1er prototype à Saint-Nizier (38)
1957 : 1ère implantation à Saint-Rémy-des-Landes (50)
1957-58 : articles de Louis Vadot dans la Houille Blanche
1958 : 1er essai de marche à Saint-Rémy
1959 : début des essais de la 132 kW, rupture de pale en juin
1960 : nouvelle hélice en plastique renforcé
1961-66 : fonctionnement automatique de la 132 kW
1961 : contrat pour un grand modèle 1 MW
1963-1964 : essais du grand modèle
1966 : démontage
Étienne Rogier
Paru dans Le Monde des Moulins 63 – janvier 2018
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