Pales d’éoliennes: procédés de fabrication, procédures …cmsecotechnology.eu/pales.pdf · Classes des éoliennes (onshore et offshore) 5 . Puissance maximale théorique d’une

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

3

1. Présentation de la "TEAM Europe"


• 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

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

Classes des éoliennes (onshore et offshore)

5

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

8

(1) Procédé d’infusion sous-vide (VIP)


Demi-coque extrados

Demi-coque intrados

Assemblage par collage

9

xsh

Exch

lshElthEt

G

a

aa

1

1 τ

1

10

2

20

1

10


Innovation d’un nouveau adhésif à base de polyuréthane : Macroplast UK 1340

Contrainte de cisaillement le long du joint de colle

10

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

11

(2) Procédé de moulage par transfert de résine (RTM)


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

12

Sélection du renfort

fibreux recommandé

par le bureau d’études

Injection de la résine et imprégnation progressive du renfort jusqu’au remplissage

0 y

PK

y

x

PK

y

y

PK

x

x

PK

xyyyxxyxx

0. P K

Équation gouvernant la distribution de la pression

13

Polymérisation, séchage et durcissement de la résine

Ouverture du moule et démoulage de la pièce 14

Pale de grande taille

15

Injection séquentielle


(a) Lay-up: [45°/90°]

(b) Lay-up: [45°/0°]

(c) Lay-up: [90°/0°]

Simulation de l’écoulement de résine

16

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

17

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


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

21

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)


Stratifié de base

23

Endommagement non débouchant

Plis extérieurs

Plis de patchs Film de colle

Réparation par tapis chauffant ANITA (Hot bond repair unit)


6. Recyclage des pales


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)

25

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

26

Naturelles


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)


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 ;


Merci pour votre attention


Documents

Pales d’éoliennes: procédés de fabrication, procédures …cmsecotechnology.eu/pales.pdf · Classes des éoliennes (onshore et offshore) 5 . Puissance maximale théorique d’une