Letteratura scientifica selezionata sul tema "Bruit des éoliennes"

En 2017 est entré en vigueur le nouveau régime de l’autorisation environnementale unique, réforme qui confirme la tendance à l’accélération des procédures au profit des pétitionnaires. La principale évolution concernant les installations classées pour la protection de l’environnement réside dans l’instauration de l’autorisation environnementale. Pour le reste, un certain nombre de textes ajustent plus marginalement le cadre légal et réglementaire des ICPE. Au niveau de la jurisprudence, les éoliennes continuent de susciter du contentieux alors qu’ont été rendues les premières décisions suite à l’instauration de l’autorisation environnementale. On relèvera un remarquable renforcement de l’efficacité du droit de l’environnement grâce à un arrêt du Conseil d’État ayant fait grand bruit en matière de pollution atmosphérique. Parallèlement le domaine des déchets est vecteur d’effectivité du droit de l’environnement à travers deux illustrations intéressantes. Après en avoir perdu beaucoup, l’évaluation environnementale gagne un peu de terrain grâce à la jurisprudence administrative tandis que le juge judiciaire reconnaît qu’un risque de pollution peut constituer une perte de chance pour une entreprise.

Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à étudier l’émission et la propagation du bruit émis par les éoliennes, et notamment de quantifier l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores. En effet, bien que ces niveaux sonores soient relativement faibles en regard de ceux générés par d’autres sources acoustiques de l’environnement (e.g. les transports terrestres), les nuisances sonores d’origine éolienne sont souvent mises en avant comme gêne potentielle. Ainsi, ces travaux de thèse visent à quantifier la dépendance spatiale et fréquentielle des incertitudes rencontrées en acoustique environnementale, et en particulier concernant le bruit des éoliennes. Pour ce faire, un couplage est réalisé entre un modèle d’émission acoustique permettant de prendre en compte les spécificités acoustiques des éoliennes (spectre et directivité), et un modèle de propagation acoustique permettant de prendre en compte les effets de l’atmosphère (thermique et aérodynamique) et les effets de sol (absorption et rugosité) sur la propagation acoustique. Une analyse de sensibilité est ensuite effectuée afin de déterminer les paramètres de l’environnement les plus influents sur la dispersion des niveaux sonores. Suite au développement d’un métamodèle, une analyse d’incertitude est réalisée afin d’estimer la variabilité totale des niveaux sonores. Enfin, la méthode est appliquée à quelques exemples de situations caractéristiques du contexte éolien
There is a major societal challenge to study the emission and propagation of noise emitted by wind turbines, and in particular to quantify the uncertainty in the estimation of sound levels. Although these sound levels are relatively low compared to those generated by other acoustic sources in the environment (e.g. land transport), noise pollution from wind turbines is often highlighted as a potential nuisance. Thus, this thesis work aims to quantify the spatial and frequency dependence of the uncertainties encountered in environmental acoustics, and in particular concerning wind turbine noise. To do so, a coupling is made between an acoustic emission model allowing to take into account the acoustic specificities of wind turbines (spectrum and directivity), and an acoustic propagation model allowing to take into account the effects of the atmosphere (thermal and aerodynamic vertical profiles) and the ground effects (absorption and roughness) on acoustic propagation. A sensitivity analysis is then carried out to determine the environmental parameters that have the greatest influence on the dispersion of sound levels. Following the development of a metamodel, an uncertainty analysis is carried out to estimate the total variability of the sound levels. Finally the method is applied to some examples of situations characteristic of the wind turbine noise

Il est connu que le bruit des éoliennes est une source potentielle de dérangement et de gêne pour les personnes se trouvant à proximité des parcs éoliens. Le travail présenté dans la thèse a abordé le problème du bruit des éoliennes en développant un modèle basé sur la physique pour le synthétiser et l'étudier. Le modèle de synthèse détaillé ici s'appuie sur le modèle fréquentiel du bruit des éoliennes développé par Tian et Cotté et revisite certaines composantes à la lumière de la littérature récente. Un outil de synthèse est créé pour convertir les prédictions de bruit dans le domaine fréquentiel en un signal temporel à l'aide d'une fonction de fenêtre. La fonction de fenêtre conçue est conçue pour tenir compte de la différence de temps de propagation observée en raison de la rotation des pales.Quelques cas de test du son synthétisé peuvent être trouvés dans la thèse pour différents scénarios. Le modèle est finalement comparé aux mesures de terrain effectuées pour l'ensemble d'un parc éolien et montre d'assez bons résultats tant pour la source que pour la partie propagation. Le modèle développé est un outil utile qui peut être utilisé pour l'évaluation psychoacoustique afin de comprendre la perception et le facteur de gêne du bruit des éoliennes. En plus d'obtenir les niveaux spectraux du bruit attendu du parc éolien, l'outil produit également des signaux sonores qui peuvent ensuite être utilisés aux fins souhaitées. Ce qui en fait un outil utile qui comble le fossé entre les citoyens, les collectivités locales et les acousticiens
It is known that the wind turbine noise is a potential source of disturbance and annoyance for the people in the vicinity of the wind farms. The work presented in the thesis addressed the problem of wind turbine noise by developing a physic-based model to synthesize and study it. The synthesis model detailed here advances from the frequency-domain model for wind turbine noise developed by Tian and Cotté and revisits certain components in light of the recent literature. A synthesis tool is created to convert the frequency domain noise predictions to a time signal with the help of a window function. The designed window function is made to account for the difference in the propagation time observed due to the rotation of the blades.A few test cases of the synthesized sound can be found in the thesis for different scenarios. The model is finally compared to the field measurements done for an entire wind farm and show fairly good results for the source as well as the propagation part. The developed model is a useful tool which can be used for psychoacoutic evaluation to understand the perception and annoyance factor of wind turbine noise. Along with obtaining the spectral levels of the expected noise from the wind farm, the tool also produces audible signals that can be further used for the desired purpose. Thus making it a useful tool that abridges the gap between citizens, local authorities and acousticians

Cette thèse intitulée "Approche par contrôle actif dans le cadre de l'optimisation de la durée de vie des éoliennes » étudie le fonctionnement des éoliennes et vise à réduire les perturbations au moyen d'une stratégie de contrôle actif. Les éoliennes fonctionnent dans des conditions environnementales difficiles en raison de vitesses de vent aléatoires. Le profil du vent induit deux composantes de perturbation appelées cisaillement et ombre de la tour. Ces composants produisent un couple aérodynamique perturbé qui provoque des contraintes, de la fatigue et une défaillance des composants mécaniques. Le chapitre 1 introduit la théorie autour des éoliennes et tous les sous-systèmes mécaniques et électriques associés. Le filtre de Kalman étendu (EKF) est ensuite introduit pour évaluer la nécessité du traitement du signal et du diagnostic pour l'isolation et la détection des perturbations. Le chapitre 2 présente une nouvelle méthode modifiée de décomposition en mode empirique par fenêtre glissante (SWEMD) en tant que méthode de traitement du signal capable de mieux isoler les perturbations. On en conclut qu'après le SWEMD, on peut détecter la signature fréquentielle du cisaillement du vent et de l'ombre de la tour. Dans le chapitre 3, une méthode d'estimation basée sur l'observateur à entrée inconnue (UIO) est appliquée afin d'estimer la perturbation dans l'éolienne. L'UIO montre d'excellents résultats en estimant avec précision la perturbation. Le chapitre 4 présente la stratégie de contrôle actif basée sur un contrôleur linéaire à paramètres variants (LPV) dans le but d'atténuer les ondulations du couple aérodynamique. En fait, la perturbation isolée par le SWEMD et la perturbation estimée via l'UIO sont utilisées comme entrée de contrôle LPV afin de générer une référence de contrôle. La commande est ensuite injectée dans le générateur afin de réduire l'effet des perturbations. Tant pour l'isolation que pour l'estimation, les résultats montrent une bonne atténuation des perturbations aérodynamiques. On peut constater que l'UIO a montré des résultats supérieurs à ceux de la SWEMD. Le chapitre 5 présente le montage expérimental utilisé pour valider les travaux théoriques. Un banc d'essai de l'Université de Poitiers est utilisé pour imiter le fonctionnement de l'éolienne. Tous les résultats permettent la validation des techniques théoriques utilisées dans les simulations numériques
This thesis entitled "Active control for wind turbine lifetime expectancy optimization" studies the operation of wind turbines and aims to reduce disturbance through an active control strategy. Wind turbines are known to operate under harsh environmental conditions mainly related to random wind speeds. The wind profile induces two disturbance components known as the wind shear and tower shadow. These components produce a disturbed aerodynamic torque causing stress, fatigue, and mechanical component failure. Chapter 1 introduces the wind turbine theory and all related mechanical and electrical subsystem. The extended Kalman filter (EKF) is then introduced to show the necessity of signal processing and diagnosis for disturbance isolation and detection. Chapter 2 presents a new modified Sliding Window Empirical Mode Decomposition (SWEMD) method as a signal processing method capable of better isolating the disturbance component. It is concluded that after the SWEMD one can accurately diagnose the wind shear and tower shadow disturbance frequency signature. In chapter 3 an estimation method based on the Unknown Input Observer (UIO) is applied in order to estimate the disturbance in the wind turbine. The UIO shows great results in accurately estimating the disturbance. Chapter 4 introduces the active control Linear Parameter Varying (LPV)-based strategy for torque ripple attenuation. The isolated disturbance by the SWEMD, and the estimated disturbance through the UIO are used as the LPV control input in order to generate a current control command. The control command is then injected into the generator in order to reduce the disturbance effect on the drivetrain. For both isolation and estimation results show good aerodynamic disturbance attenuation, while the UIO showed better results than those of the SWEMD. Chapter 5 presents the experimental setup used to validate the theoretical work. A test bench at the University of Poitiers is used to imitate the operation of the wind turbine. All the results matched the ones found in the theoretical tests

Afin de produire de l’électricité, une éolienne doit s’orienter de manière à être face au vent. Cette rotation est assurée par un système de giration placé entre le mât et la nacelle appelé « yaw ». C’est lors de la phase de yawing que peut apparaître le phénomène de « crissement » à cause du contact frottant entre les garnitures des freins et le disque, l’effort de freinage n’étant pas relâché afin de contrôler la giration de la nacelle. Dans un objectif de réduction voire de suppression du bruit, une démarche scientifique de compréhension du phénomène comprenant un volet structure et un volet matériau a été mise en place, aucune étude sur le sujet n’ayant jamais été réalisée dans le domaine éolien. La première étape de l’étude a consisté en une caractérisation du problème en conditions réelles sur éolienne. Les données collectées complétées par une étude bibliographique élargie ont permis de définir une stratégie d’étude : de manière globale, cette recherche est basée à la fois sur une approche expérimentale et sur une approche numérique. L’accent est mis sur l’influence du matériau de friction : plusieurs matériaux ont été investigués dont l’un correspond à une « amélioration » d’une formulation industrielle initialement relativement « bruyante ». Ces matériaux sont également décrits et caractérisés en termes de propriétés mécaniques et les surfaces frottées sont observées après essai. Au final, cette étude a permis de maitriser et d’identifier certains paramètres influents tels que le rôle des garnitures, amenant de nombreux éléments de compréhension des phénomènes mis en jeu afin d’appréhender des voies d’amélioration pour la réduction du bruit
In order to produce electricity, a wind turbine needs to be face to the wind. The system allowing its orientation is placed between the tower and the nacelle and is called ‘yaw’. Due to the contact between friction pads and disc during the rotation phases, squeal noise can occur, the braking forces being used to control the nacelle rotation. In the aim of reducing and even suppressing the noise, a scientific approach has been set up to understand the phenomena involved, including the structure and the friction material aspects, no such study has ever been carried on in the wind turbine domain. The first step has consisted in characterizing the problem in real conditions on wind turbines. The collected data and an extended bibliographic study have been used to define a strategy: globally, the study is based both on experimental investigations and numerical simulations. The influence of the friction material has been highlighted: several materials have been investigated, one of them being a “improvement” of a commercial material initially “noisy”. Those friction materials are also described and characterized regarding their mechanical properties and the rubbing surfaces have been observed after tests. In the end, that study has enable to control and identify some influent parameters as the role of the friction pads, bringing a better understanding of the phenomena involved in that squealing noise problematic in order to develop new improvement solutions to reduce noise

Actuellement, la construction d’un parc éolien nécessite une étude acoustique qui doit assurer la tranquillité des habitants aux alentours et la conformité au regard de la réglementation en vigueur. Pour ce faire, des mesures acoustiques sont réalisées sur une période d’environ deux semaines. Durant ces mesures, des cycles de marche et d’arrêt des machines sont réalisés afin de mesurer la différence de niveau sonore entre le bruit ambiant (éoliennes en fonctionnement) et le bruit résiduel (éoliennes à l’arrêt). Un plan de bridage des machines est alors calculé et fourni à l’exploitant afin de l’implémenter dans le système de contrôle local des éoliennes (SCADA). Actuellement, ce plan dépend grossièrement des conditions météorologiques et des périodes de la journée, supposées corrélées aux conditions acoustiques. En pratique, cette manière de procéder engendre fréquemment des dépassements du critère réglementaire et/ou des pertes de production électrique. Ceci est dû aux conditions acoustiques qui évoluent sans cesse, à la fois pour le bruit particulier (bruit des éoliennes seules) qui dépend finement des conditions météorologiques, et pour le bruit résiduel qui dépend de toutes les autres sources de l’environnement et qui est fondamentalement de nature stochastique. La thèse vise à proposer un algorithme de contrôle du parc éolien en temps réel basé sur un nouveau paradigme de contrôle. On y étudie la possibilité de contrôler un parc éolien à partir d’un système en boite noire d’estimation temps-réel du niveau résiduel et du niveau particulier par séparation de sources. Dans le manuscrit, on définit tout d’abord une formulation du problème dans le cadre du contrôle en identifiant les problématiques propres à ce sujet, une définition des variables du problème et en se rattachant à l’état de l’art du contrôle. Ensuite, on propose deux solutions complètes de contrôle et une évaluation expérimentale. La première est une solution déterministe, qui s’appuie sur un algorithme d’optimisation combinatoire sous contrainte, et qui s’inspire du contrôle actuel des parcs éoliens tout en tenant compte de l’estimation par séparation de sources, alors supposée exacte. On y propose en outre une étude de la capacité du système déterministe à satisfaire le critère réglementaire français qui est aujourd’hui calculé à l’aide de médianes temporelles des variables acoustiques. La seconde est une solution stochastique, qui est basée sur une représentation d’état des variables acoustiques et des incertitudes gaussiennes. Elle inclut un filtrage de Kalman non-linéaire, afin de fusionner l’incertitude sur le modèle acoustique et l’incertitude de séparation de sources, un algorithme espérance-maximisation afin de ré-estimer les incertitudes du problème qui varient d’un parc à un autre, et une adaptation robuste de l’algorithme combinatoire afin de prendre en compte les incertitudes estimées
Currently, acoustic studies are required to set wind farms up. They must ensure the tranquility of the inhabitants around the farms in accordance with current regulations. For this purpose, acoustic measurements are made during a couple of weeks. When measuring, the wind turbines are periodically stopped in order to evaluate the difference between ambient noise levels (with the turbines on) and residual noise levels (with the turbines off). A curtailment plan is then computed and sent to the wind farm owner in order to set it up in the local turbine control system (SCADA). Currently, the curtailment plan roughly depends on the weather conditions and the time of the day which are allegedly correlated to the acoustic variables. In practice, it frequently leads to violations of the acoustic constraints or electrical power loss. This is because the acoustic conditions constantly and strongly evolve over time: the wind turbine noise level finely depends on the weather conditions and the residual noise level depends on all the other acoustic sources and has therefore a stochastic nature. The goal of the thesis is to design a principled real-time control algorithm for wind farms. To do so, we investigate the use of a black-box source separation system that estimates the residual noise level and the wind turbine noise level. We first provide a theoretical formulation of the problem by accounting for specific practical issues, by defining the variables of the problem and by binding these issues to the state of the art. Then, we propose two complete control solutions and run an experimental evaluation. The first solution is a deterministic algorithm based on a constrained combinatorial optimization algorithm, which is inspired by the current approach for controlling wind farms while exploiting the source separation system. Moreover, we present a study of its ability to fulfill the French acoustic constraints that are computed as temporal medians of the acoustic variables. The second solution is stochastic and based on a state-space model defined by means of Gaussian uncertainties. It features a nonlinear Kalman filter in order to fuse the uncertainties of the model and of the source separation system, an Expectation-Maximization algorithm that computes the uncertainties for a specific farm, and a robust variant of the deterministic algorithm that takes the estimated uncertainties into account when computing the optimal command

L'objectif de ce travail est de modéliser les sources et la propagation atmosphérique du bruit généré par les éoliennes afin de mieux comprendre les caractéristiques de ce bruit à grande distance et d'aider les fabricants d'éoliennes et les développeurs de parc à respecter la réglementation. En couplant des modèles physiques de source aéroacoustique et de propagation, nous sommes capables de prédire les spectres de bruit, ainsi que la directivité et les modulations d'amplitude associées, pour différentes conditions atmosphériques. Le bruit aérodynamique large bande, à savoir le bruit d'impact de turbulence,le bruit de bord de fuite et le bruit de décrochage, est généralement dominant pour les éoliennes modernes. Le modèle analytique d'Amiet est choisi pour prédire le bruit d'impact de turbulence et le bruit de bord de fuite, en considérant plusieurs améliorations par rapport à la théorie initial : 1, une correction empirique pour l'épaisseur du bord d'attaque est introduite dans le calcul du bruit d'impact de turbulence ; 2, un modèle spectral des fluctuations de pression pariétale proposé récemment pour un écoulement avec gradient de pression défavorable est utilisé dans le calcul du bruit de bord de fuite. Ces modèles sont validés par comparaison avec des mesures de la littérature en soufflerie avec des profils fixes.Le modèle d'Amiet est ensuite appliqué à une éolienne complète pour prédire le bruit émis en champ proche. L'effet de la rotation des pales et l'effet Doppler sont pris en compte. On utilise d'abord des profils de vent constant sans turbulence, puis l'effet du cisaillement du vent et de la turbulence atmosphérique sont inclus à l'aide de la théorie de la similitude de Monin-Obukhov. De bons accords sont obtenus avec des mesures sur site éolien lorsque l'on considère à la fois les bruits de bord de fuite et d'impact de turbulence. On retrouve à l'aide du modèle les caractéristiques classiques du bruit des éoliennes, comme la directivité et les modulations d'amplitude. Des comparaisons avec un modèle semi-empirique montrent que le bruit de décrochage peut être significatif dans certains conditions.L'étape suivante consiste à coupler la théorie d'Amiet avec des modèles de propagation pour estimer le bruit à un récepteur en champ lointain. On étudie dans un premier temps un modèle analytique de propagation en conditions homogènes au-dessus d'un sol d'impédance finie. On montre que l'effet de sol modifie la forme des spectres de bruit, et augmente les modulations d'amplitude dans certains tiers d'octave. Dans un second temps, une méthode pour coupler le modèle de source à un code d'équation parabolique est proposée et validée pour prendre en compte les effets de réfraction atmosphérique. En fonction de la direction de propagation, les niveaux de bruit varient car l'effet de sol est influencé par les gradients de vent et car une zone d'ombre est présente dans la direction opposée au vent. On discute pour finir l'approximation de source ponctuelle à l'aide des modèles de propagation analytique et numérique
The purpose of this work is to model wind turbine noise sources and propagation in the atmosphere in order to better understand the characteristics of wind turbine noise at long range and to help wind turbine manufacturers and wind farm developers meet the noise regulations. By coupling physically-based aeroacoustic source and propagation models, we are able to predict wind turbine noise spectra, directivity and amplitude modulation in various atmospheric conditions.Broadband noise generated aerodynamically, namely turbulent inflow noise, trailing edge noise and separation/stall noise, is generally dominant for a modern wind turbine. Amiet's analytical model is chosen to predict turbulent inflow noise and trailing edge noise, considering several improvements to the original theory: 1, an empirical leading edge thickness correction is introduced in the turbulent inflow noise calculation; 2, a wall pressure fluctuation spectrum model proposed recently for adverse pressure gradient flow is used in the trailing edge noise predictions. The two models are validated against several wind tunnel experiments from the literature using fixed airfoils.Amiet's model is then applied on a full-size wind turbine to predict the noise emission level in the near field. Doppler effect and blade rotation are taken into account. Cases with constant wind profiles and no turbulence are used first, then wind shear and atmospheric turbulence effects obtained from Monin-Obukhov similarity theory are included. Good agreements against field measurements are found when both turbulent inflow noise and trailing edge noise are considered. Classical features of wind turbine noise, such as directivity and amplitude modulation, are recovered by the calculations. Comparisons with a semi-empirical model show that separation noise might be significant in some circumstances.Next, Amiet's theory is coupled with propagation models to estimate noise immission level in the far-field. An analytical model for the propagation over an impedance ground in homogeneous conditions is studied first. The ground effect is shown to modify the shape of the noise spectra, and to enhance the amplitude modulation in some third octave bands. A method to couple the source model to a parabolic equation code is also proposed and validated to take into account atmospheric refraction effects. Depending on the propagation direction, noise levels vary because the ground effect is influenced by wind shear and a shadow zone is present upwind. Finally, the point source assumption is reviewed considering both the analytical and numerical propagation models

L'objectif de ce travail est de modéliser les sources et la propagation atmosphérique du bruit généré par les éoliennes afin de mieux comprendre les caractéristiques de ce bruit à grande distance et d'aider les fabricants d'éoliennes et les développeurs de parc à respecter la réglementation. En couplant des modèles physiques de source aéroacoustique et de propagation, nous sommes capables de prédire les spectres de bruit, ainsi que la directivité et les modulations d'amplitude associées, pour différentes conditions atmosphériques. Le bruit aérodynamique large bande, à savoir le bruit d'impact de turbulence,le bruit de bord de fuite et le bruit de décrochage, est généralement dominant pour les éoliennes modernes. Le modèle analytique d'Amiet est choisi pour prédire le bruit d'impact de turbulence et le bruit de bord de fuite, en considérant plusieurs améliorations par rapport à la théorie initial : 1, une correction empirique pour l'épaisseur du bord d'attaque est introduite dans le calcul du bruit d'impact de turbulence ; 2, un modèle spectral des fluctuations de pression pariétale proposé récemment pour un écoulement avec gradient de pression défavorable est utilisé dans le calcul du bruit de bord de fuite. Ces modèles sont validés par comparaison avec des mesures de la littérature en soufflerie avec des profils fixes.Le modèle d'Amiet est ensuite appliqué à une éolienne complète pour prédire le bruit émis en champ proche. L'effet de la rotation des pales et l'effet Doppler sont pris en compte. On utilise d'abord des profils de vent constant sans turbulence, puis l'effet du cisaillement du vent et de la turbulence atmosphérique sont inclus à l'aide de la théorie de la similitude de Monin-Obukhov. De bons accords sont obtenus avec des mesures sur site éolien lorsque l'on considère à la fois les bruits de bord de fuite et d'impact de turbulence. On retrouve à l'aide du modèle les caractéristiques classiques du bruit des éoliennes, comme la directivité et les modulations d'amplitude. Des comparaisons avec un modèle semi-empirique montrent que le bruit de décrochage peut être significatif dans certains conditions.L'étape suivante consiste à coupler la théorie d'Amiet avec des modèles de propagation pour estimer le bruit à un récepteur en champ lointain. On étudie dans un premier temps un modèle analytique de propagation en conditions homogènes au-dessus d'un sol d'impédance finie. On montre que l'effet de sol modifie la forme des spectres de bruit, et augmente les modulations d'amplitude dans certains tiers d'octave. Dans un second temps, une méthode pour coupler le modèle de source à un code d'équation parabolique est proposée et validée pour prendre en compte les effets de réfraction atmosphérique. En fonction de la direction de propagation, les niveaux de bruit varient car l'effet de sol est influencé par les gradients de vent et car une zone d'ombre est présente dans la direction opposée au vent. On discute pour finir l'approximation de source ponctuelle à l'aide des modèles de propagation analytique et numérique
The purpose of this work is to model wind turbine noise sources and propagation in the atmosphere in order to better understand the characteristics of wind turbine noise at long range and to help wind turbine manufacturers and wind farm developers meet the noise regulations. By coupling physically-based aeroacoustic source and propagation models, we are able to predict wind turbine noise spectra, directivity and amplitude modulation in various atmospheric conditions.Broadband noise generated aerodynamically, namely turbulent inflow noise, trailing edge noise and separation/stall noise, is generally dominant for a modern wind turbine. Amiet's analytical model is chosen to predict turbulent inflow noise and trailing edge noise, considering several improvements to the original theory: 1, an empirical leading edge thickness correction is introduced in the turbulent inflow noise calculation; 2, a wall pressure fluctuation spectrum model proposed recently for adverse pressure gradient flow is used in the trailing edge noise predictions. The two models are validated against several wind tunnel experiments from the literature using fixed airfoils.Amiet's model is then applied on a full-size wind turbine to predict the noise emission level in the near field. Doppler effect and blade rotation are taken into account. Cases with constant wind profiles and no turbulence are used first, then wind shear and atmospheric turbulence effects obtained from Monin-Obukhov similarity theory are included. Good agreements against field measurements are found when both turbulent inflow noise and trailing edge noise are considered. Classical features of wind turbine noise, such as directivity and amplitude modulation, are recovered by the calculations. Comparisons with a semi-empirical model show that separation noise might be significant in some circumstances.Next, Amiet's theory is coupled with propagation models to estimate noise immission level in the far-field. An analytical model for the propagation over an impedance ground in homogeneous conditions is studied first. The ground effect is shown to modify the shape of the noise spectra, and to enhance the amplitude modulation in some third octave bands. A method to couple the source model to a parabolic equation code is also proposed and validated to take into account atmospheric refraction effects. Depending on the propagation direction, noise levels vary because the ground effect is influenced by wind shear and a shadow zone is present upwind. Finally, the point source assumption is reviewed considering both the analytical and numerical propagation models

Cette thèse est consacrée au développement d'un système d'amortissement actif pour la réduction des vibrations du mât d'éoliennes en cas de vent avec rafales et de vent avec turbulence. La présence de vibrations entraîne souvent soit une déflexion ultime au sommet du mât d'éolienne, soit une défaillance due à la fatigue du matériau près du bas du mât d'éolienne. De plus, étant donné la nature aléatoire de l'état du vent, il est indispensable d'examiner ce problème d'un point de vue probabiliste. Dans ce travail, un cadre probabiliste d'analyse de la fatigue est développé et amélioré en utilisant le réseau de neurones résiduels. Un système d'amortissement utilisant un amortisseur actif, le Twin Rotor Damper, est conçu pour l'éolienne référentielle NREL 5MW. La conception est optimisée par un algorithme évolutionniste avec une méthode de réglage automatique des paramètres basée sur l'exploitation et l'exploration
This dissertation is devoted to the development of an active damping system for vibration reduction of wind turbine tower under gusty wind and turbulent wind. The presence of vibrations often leads to either an ultimate deflection on the top of wind tower or a failure due to the material’s fatigue near the bottom of wind tower. Furthermore, given the random nature of wind conditions, it is indispensable to look at this problem from a probabilistic point of view. In this work, a probabilistic framework of fatigue analysis is developed and improved by using a residual neural network. A damping system employing an active damper, Twin Rotor Damper, is designed for NREL 5MW reference wind turbine. The design is optimized by an evolutionary algorithm with automatic parameter tuning method based on exploitation and exploration

Les Éoliennes à Entraînement Direct (ÉED) sont équipées de Générateurs Syn- chrones à Aimants Permanents (GSAP). Leurs trois plus courantes défaillances sont la dé- magnétisation, l’excentricité (statique, dynamique et mixte) et le court-circuit inter-tour. L’analyse de la signature du courant de la machine est souvent utilisée pour rechercher des problèmes du générateur, car ces altérations introduisent des harmoniques supplémen- taires dans les courants générés. La Transformée de Fourier Rapide (TFR) est utilisée pour calculer le spectre des courants. Cependant, la TFR permet de calculer l’ensemble du spec- tre, tandis que le nombre de défauts possible et le nombre d’harmoniques introduites sont faibles. L’algorithme de Goertzel, mis en oeuvre sous forme de filtre (le filtre de Goertzel), est présenté comme une alternative plus efficace au TFR. Le spectre des courants change avec la vitesse du vent, ce qui rend la détection plus difficile. Le Filtre de Kalman Étendu (FKÉ) est proposé comme solution. Le spectre de résidus, calcule entre les courants estimés et les courants générés, est constant, quelle que soit la vitesse du vent. Cependant, l’effet des défauts est visible dans leur spectre. Lors de l’utilisation de l’FKÉ, un défi consiste à estime la matrice de covariance pour le bruit du processus. Une nouvelle méthode était développée pour ça, qui n’utilise aucune de maîtrise du filtre. Les ÉED sont placés soit dans des zones éloignées, soit dans des villes. Pour la surveillance des ÉED, des dizaines ou des centaines de kilomètres de câbles sont nécessaires. Les Réseaux de Capteurs sans Fil (RCF) sont bien adaptés pour être utilisés dans l’infrastructure de communication des ÉED. RCF ont des coûts initiaux et d’entretien plus faibles et leurs installations sont rapides. De plus, ils peuvent compléter les réseaux câblés. Différentes technologies sans fil sont comparées : les technologies à grande surface, ainsi que les technologies à courte portée qui supportent des débits de données élevés
Direct Drive Wind Turbines (DDWTs) are equipped with Permanent Magnet Syn- chronous Generators (PMSGs). Their three most common failures are demagnetization, ec- centricity (static, dynamic and mixed) and inter-turn short circuit. Machine Current Signa- ture Analysis is often used to look for generator problems, as these impairments introduce additional harmonics into the generated currents. The Fast Fourier Transform (FFT) is utilized to compute the spectrum of the currents. However, the FFT calculates the whole spectrum, while the number of possible faults and the number of introduced harmonics is low. The Goertzel algorithm, implemented as a filter (the Goertzel filter), is presented as a more efficient alternative to the FFT. The spectrum of the currents changes with the wind speed, and thus the detection is made more difficult. The Extended Kalman Filter (EKF) is proposed as a solution. The spectrum of the residuals, computed between the estimated and the generated current, is constant, regardless of the wind speed. However, the effect of the faults is visible in the spectrum. When using the EKF, one challenge is to find out the covariance matrix of the process noise. A new method was developed in this regard, which does not use any of the matrices of the filter. DDWTs are either placed in remote areas or in cities. For the monitoring of a DDWT, tens or hundreds of kilometers of cables are necessary. Wireless Sensor Networks (WSNs) are suited to be used in the communication infrastructure of DDWTs. WSNs have lower initial and maintenance costs, and they are quickly installed. Moreover, they can complement wired networks. Different wireless technologies are com- pared - both wide area ones, as well as short range technologies which support high data rates