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Présentée par: Dr. Brahim ATTAF, TEAM Europe
« Expert matériaux et structures composites »
Pales d’éoliennes: procédés de fabrication, procédures de qualification, réparation et recyclage
Rendez-vous du Composite Gosnay (62), 20 septembre 2012 Spécial Marché de l’Éolien
AVEC LE SOUTIEN DE:
Plan de la présentation
2
2. Introduction à la problématique environnementale
7. Conclusion
6. Recyclage des pales
5. Réparation des pales
4. Procédures de qualification/certification des pales
1. Présentation de « TEAM Europe »
3. Procédés de fabrication des pales d’éoliennes
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
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1. Présentation de la "TEAM Europe"
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
• Réseau de conférenciers crée par la Commission européenne
• Existe dans plusieurs pays de l’UE dont 58 conférenciers en France
• Intervient sur différents thèmes de l’actualité européenne
• Constitué d’experts indépendants et fait partie du réseau Europe Direct
Inviter et faire intervenir un conférencier sur un sujet spécifique:
http://ec.europa.eu/france/activite/information/team_europe/conferencier_fr.htm
Solutions alternatives
Développement des EnR et
objectifs 3x20 en 2020
Lutte contre le changement
climatique et le pic pétrolier
Énergie éolienne Énergie solaire
4
Autres
2. Problématique environnementale
Puissance maximale théorique d’une éolienne
Formule de Betz
6
Les pales de grande taille font appel aux
matériaux composites. Pour 1kW installé 10kg
de matériau pour les pales.
Une pale de 62m pèse entre 15 à 20 tonnes
Pmax = 0.37V3 S
S: surface balayée par les pales (en m2)
P: puissance (en W)
V: vitesse du vent (en m/s)
Feuille de route de l’UE sur l’énergie éolienne
7 Source: European Commission "A Technology Roadmap" SEC(2009) 1295
3. Procédés de fabrication
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(1) Procédé d’infusion sous-vide (VIP)
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
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1
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Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Innovation d’un nouveau adhésif à base de polyuréthane : Macroplast UK 1340
Contrainte de cisaillement le long du joint de colle
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Procédé industriel RTM
Une excellente qualité de finition
Un coût de main d’œuvre minimal
Une cadence de production modeste
Une absence d’opérations de collages
Un procédé propre et non-polluant
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(2) Procédé de moulage par transfert de résine (RTM)
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Différentes étapes du procédé RTM
Préparation du préforme (orientation des fibres et
séquence d’empilement)
Fermeture du moule après placement du renfort et mise à vide
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Sélection du renfort
fibreux recommandé
par le bureau d’études
Injection de la résine et imprégnation progressive du renfort jusqu’au remplissage
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PK
y
x
PK
y
y
PK
x
x
PK
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0. P K
Équation gouvernant la distribution de la pression
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Pale de grande taille
15
Injection séquentielle
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
(a) Lay-up: [45°/90°]
(b) Lay-up: [45°/0°]
(c) Lay-up: [90°/0°]
Simulation de l’écoulement de résine
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4. Procédures de qualification/certification
Norme IEC 61400 et audits externes:
Évaluation des documents et rapports de conception
Évaluation du site et de ses procédés de fabrication
Évaluation des équipements destinés aux essais statiques,
dynamiques, fatigue, …
Contrôle de la qualification des personnes et opérateurs
intervenants dans le processus de conception
Évaluation des résultats numériques et expérimentaux
associés aux pales prototypes
Évaluation des systèmes de management de la qualité
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Rédaction d’un rapport de certification
Soumission à un organisme certificateur reconnu
Révision Évaluation pour certification
Choix des fibres/matrice et procédé de fabrication
Essais élémentaires et caractérisation du matériau composite
Architecture structurale de la pale
A
Calcul des charges spécifiques à la pale
Certification des charges
Qualification et certification des pales d’éoliennes
18
A
Fabrication d’une pale (1er article)
Études: statique, dynamique, fatigue, ..
Essais au labo Modélisation et calcul par EF
Plans - spécifications
Moyens de mise en
œuvre et outillages
Gamme de fabrication
Gamme de contrôle
Corrélation et qualification Recalage
Procédures de maintenance et recyclabilité
Rédaction de dossier de certification
Soumission à un organisme certificateur
Acceptation de la pale
Délivrance d’un certificat
d’utilisation sur éolienne
Remarques et
suggestions
Certification des
autres composants
de l’éolienne 19
5. Réparation des pales
Inspection et/ou
Contrôle qualité
Défauts de fabrication
Dommage en service
Normes aéronautique:
JAR-145, FAR-145
Procédures de
réparation Évaluation:
mineurs/majeurs
Processus de réparation
Remplacement pale
CND, tapping, visuel, etc..
CND, jumelles,
thermography, shearography,
Rayon-X,
20 Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Rupture du joint de colle
Rupture du joint de colle
Décollement peau/colle
Fissures du gel-coat Décollement peau/gel-coat
Délaminage
Fissuration de la matrice
Identification des dommages
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Réparation par patchs composites (scarf repair)
• Enlèvement du matériau au niveau de la zone endommagée
• Définition de la géométrie de la zone à réparer
• Définition de la séquence d’empilement
• Découpe de chaque pli aux dimensions appropriées
• Application d’un film de colle adhésif
• Stratification en respectant l’ordre des plis et leurs orientations
• Ajout des plis extérieurs (si nécessaire)
• Cuisson (tapis chauffant)
22 Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Réparation par tapis chauffant ANITA (Hot bond repair unit)
24 Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
6. Recyclage des pales
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Analyse de
cycle de vie Déchets et
recyclage
Utilisation du
produit 20-25 ans
Fabrication et
distribution
Matières premières
Norme ISO 14040: Analyse de Cycle de Vie (CLA)
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A partir de 2034, environ 235 000 tonnes de matériaux de pales devront être
recyclés chaque année dans le monde entier.
Composites
Fibres
Matrice
polymère
Verre
Carbone
Thermodurcissable:
polyester, époxyde
Thermoplastique:
polyamide (PA-6)
Réticulées
Non-réticulées
Matériaux actuels et futurs
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Naturelles
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
Recyclage pour composite thermodurcissable
Recyclage
mécanique
Recyclage
thermique
Fibres
Séparation
Polymère: grains
10 mm - 50 m
Pyrolyse
Broyage
marteau
Four rotatif
500°C
Matrice brûlée et
transformé en gaz Énergie
Fibres
Séparation
Métal
(1)
(2)
27 Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
7. Conclusion
Encourager le transfert de la technologie innovante et former
les futurs techniciens et ingénieurs aux métiers de l’éolien.
Développer des procédés de fabrication propres en réduisant les
émissions du COV ;
Développer de nouveaux matériaux de haute performance à
coût maîtrisé et respectueux de l’environnement ;
Créer des normes spécifiques à la qualification, la réparation et
la gestion de la fin de vie des pales composites ;
Établir une activité de coopération entre l’université, les centres
de recherche et l’industrie ;
28 Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
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