Que ce soient des éoliennes ou des hélicoptères que l'on construise, il faut prendre en considération la résistance, le comportement dynamique et les propriétés de fatigue tant des matériaux utilisés que de la structure entière.

Les éoliennes sont construites pour capter l'énergie cinétique du vent. On peut donc s'étonner du fait que les rotors des éoliennes modernes ne soient pas constituées d'une multitude de pales comme les anciens moulins à vent américains que vous avez probablement vus dans les westerns.

Si les éoliennes modernes ne sont pas conçues ainsi, c'est parce qu'une éolienne avec un grand nombre de pales ou bien des pales très larges, et donc un rotor très solide, sera exposée à des forces très importantes lorsque le vent souffle à la vitesse de tempête (rappelez-vous que le contenu énergétique du vent varie avec le cube (puissance 3) de la vitesse du vent.)

Les constructeurs d'éoliennes doivent donc certifier que leurs éoliennes ont été construites de façon à pouvoir résister aux vents extrêmes qui se produisent pendant, disons, 10 minutes tous les 50 ans.

Afin de limiter l'impact des vents extrêmes sur la structure, les fabricants optent en général pour des rotors avec un nombre restreint de pales longues et étroites.

Pour compenser l'étroitesse des pales, les constructeurs préfèrent à la place laisser tourner les éoliennes à une vitesse de rotation relativement rapide.

Les éoliennes sont exposées à des vents fluctuants et donc à des forces variables. Cela est surtout le cas si elles ont été installées dans un climat éolien très turbulent.

Les composants assujettis à des flexions répétées, comme p.ex. les pales du rotor, risquent de développer des fissures qui peuvent finir par briser le composant. Un exemple historique est la grande éolienne allemande Growian (d'un diamètre de rotor de 100 m) que l'on a dû mettre hors service après trois semaines d'exploitation. La fatigue du métal est un problème bien connu dans beaucoup d'industries. Par conséquent, on évite normalement de fabriquer les pales en métal.

En construisant une éolienne, il est extrêmement important de calculer à l'avance comment les différents composants vibreront, tant individuellement que tous ensemble. Il est également important de calculer les forces impliquées dans chaque flexion ou étirement d'un composant.

Ces calculs touchent à la dynamique des structures. Les physiciens ont donc élaboré des modèles mathématiques numériques qui permettent d'analyser le comportement de l'ensemble de la structure d'une éolienne.

Les fabricants d'éoliennes se servent de ces modèles pour concevoir des machines sûres.

Une tour de 50 m de haut tendra à osciller dans un mouvement alternatif, avec des périodes de, disons, trois secondes. On appelle également la fréquence de ces oscillations la fréquence d'oscillations propres de la tour. La fréquence propre dépend tant de la hauteur de la tour, l'épaisseur de ses parois, le type d'acier employé et le poids de la nacelle et du rotor.

Chaque fois qu'une pale de rotor traverse l'ombre de la tour, la poussée du rotor contre la tour sera un peu amoindrie.

Si la vitesse de rotation d'un rotor est telle qu'une pale de rotor passe devant la tour chaque fois que celle-ci se trouve dans une de ces positions extrêmes, la pale du rotor peut soit atténuer, soit renforcer les oscillations de la tour.

Les pales du rotor, elles, sont également flexibles et pourront avoir tendance à vibrer régulièrement, p.ex. une fois par seconde. Pour concevoir une éolienne sûre qui n'oscillera pas de façon incontrôlée, il est donc très important de connaître la fréquence propre de tous les composants.