Étude numérique de la génération et de la propagation acoustique des éoliennes - effet du sillage de l'éolienne et influence du profil de pale

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. 

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Étude numérique de la génération et de la propagation acoustique des éoliennes - effet du sillage de l’éolienne et influence du profil de pale

Environnement :

Le bruit généré par les éoliennes résulte à la fois de la génération acoustique au niveau des pales et de sa propagation dans l’atmosphère [1,2].

Ces deux mécanismes dépendent principalement :

• Des conditions météorologiques (sillage, stabilité atmosphérique, vent, rugosité du sol, obstacles),
• Et de la géométrie et du profil des pales (twist, envergure, angle d’attaque, forme du bord d’attaque et du bord de fuite).

Le sillage de l’éolienne joue un rôle majeur : le déficit de vitesse en aval agit comme un guide d’onde qui favorise la transmission sonore, tandis que l’instationnarité de l’écoulement amplifie les modulations du bruit.

Un code de simulation, développé par J. Colas [1], a récemment été adapté pour intégrer plusieurs types d’entrées (sillage analytique et simulation numérique), offrant une meilleure flexibilité pour modéliser la génération et la propagation acoustique. Toutefois, il reste limité à une seule géométrie de pale (NACA 63-415).

Or, les pales réelles présentent des formes variées [3] et peuvent subir au cours du temps des phénomènes d’érosion (leading edge erosion, rugosité), qui modifient la couche limite, altèrent les coefficients aérodynamiques et augmentent la génération de bruit large bande [4,5].

Pour progresser dans la compréhension de ces phénomènes [6,7], il faut commencer par disposer d’un code adaptable à différentes géométries de pales avec une paramétrisation adéquate.

Mission

Le stage portera à la fois sur la génération de sources acoustiques et sur leur propagation. Il visera à utiliser et enrichir le code de J. Colas [1], afin de mieux le prendre en main en interne, et de comprendre la génération de sources et l’influence du sillage de l’éolienne sur la propagation acoustique.Il s’articulera autour de deux axes 

1. Étudier la propagation acoustique dans un parc éolien (2-3 rangées d’éoliennes) à partir de fichiers d’entrée fournis:
• Un cas idéalisé (surface homogène, météo stable),
• Un cas réaliste (relief, végétation, variabilité météo).

2. Etendre la représentation géométrique des pales, en:
• Intégrant différentes géométries de pale dans le code,
• Réalisant une première étude paramétrique simplifiée sur l’effet d’une modification de géométrie de pale sur la signature acoustique.

Modalité du stage :

Durée: 6 mois à partir de Mars 2026 à Solaize (69)

Niveau: Master 2/Stage de césure – spécialisation en aéro-acoustique, mécanique des fluides

Compétences souhaitées: acoustique, modélisation aérodynamique, Python, goût pour la recherche numérique

[1] J. Colas, Numerical investigation of wind turbine and wind farm noise propagation in different atmospheric and topographic conditions, Phd 2024.

[2] B. Cotté, Extended source models for wind turbine noise propagation, Journal of the Acoustical, 2019.

[3] Oerlemans, Fisher M., Maeder & Kögler, Reduction of Wind Turbine Noise Using Optimized Airfoils and Trailing-Edge Serrations, AIAA J. 47(6), 2009.

[4] Tahir H. Malik1 and Christian Bak, Challenges in detecting wind turbine power loss: the effects of blade erosion, turbulence, and time averaging. Wind energy science, 2024

[5] T. I. e. G.-W. Qian, A new Gaussian-based analytical wake model for wind turbines considering ambient turbulence intensities and thrust coefficient effects Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2018.

[6] Alan Hersh, Experimental investigation of surface roughness generated flow noise, AIAA 1983

[7] Yanan Zhanget al. Leading edge erosion detection for a wind turbine blade using far-field aerodynamic noise. Applied acoustics, 2023