Pales d`éoliennes: procédés de fabrication, procédures de

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Rendez-vous du Composite
Gosnay (62), 20 septembre 2012
Spécial Marché de l’Éolien
Pales d’éoliennes: procédés de fabrication, procédures
de qualification, réparation et recyclage
Présentée par: Dr. Brahim ATTAF, TEAM Europe
« Expert matériaux et structures composites »
AVEC LE SOUTIEN DE:
Plan de la présentation
1. Présentation de « TEAM Europe »
2. Introduction à la problématique environnementale
3. Procédés de fabrication des pales d’éoliennes
4. Procédures de qualification/certification des pales
5. Réparation des pales
6. Recyclage des pales
7. Conclusion
Rendez-vous du Composite, Marché spécial Éolien – Gosnay (62), 20 septembre 2012
2
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
• Constitué d’experts indépendants et fait partie du réseau Europe Direct
• Intervient sur différents thèmes de l’actualité européenne
 Inviter et faire intervenir un conférencier sur un sujet spécifique:
http://ec.europa.eu/france/activite/information/team_europe/conferencier_fr.htm
3
2. Problématique environnementale
Solutions alternatives
Lutte contre le changement
climatique et le pic pétrolier
Développement des EnR et
objectifs 3x20 en 2020
Autres
Énergie éolienne
Énergie solaire
4
Classes des éoliennes (onshore et offshore)
5
Puissance maximale théorique d’une éolienne
Formule de Betz
Pmax = 0.37V3 S
 P: puissance (en W)
 V: vitesse du vent (en m/s)
 S: surface balayée par les pales (en m2)
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
6
Feuille de route de l’UE sur l’énergie éolienne
Source: European Commission "A Technology Roadmap" SEC(2009) 1295
7
3. Procédés de fabrication
(1) Procédé d’infusion sous-vide (VIP)
8
Assemblage par collage
Demi-coque extrados
Demi-coque intrados
9
 Contrainte de cisaillement le long du joint de colle
τa  Ga
ta
 




10
20
10
1
1
 chx 

sh x


th

l
sh

l
E2
E1
 E1


 Innovation d’un nouveau adhésif à base de polyuréthane : Macroplast UK 1340
10
(2) Procédé de moulage par transfert de résine (RTM)
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
Différentes étapes du procédé RTM
Sélection du renfort
fibreux recommandé
par le bureau d’études
Préparation du préforme (orientation des fibres et
séquence d’empilement)
Fermeture du moule après placement du renfort et mise à vide
12
Injection de la résine et imprégnation progressive du renfort jusqu’au remplissage
 Équation gouvernant la distribution de la pression
  K xxP     K xyP     K yxP     K yyP   0
x  x  x  y  y  x  y  y 
.  K P   0


13
Polymérisation, séchage et durcissement de la résine
Ouverture du moule et démoulage de la pièce
14
Pale de grande taille
Injection séquentielle
15
Simulation de l’écoulement de résine
(a) Lay-up: [45°/90°]
(b) Lay-up: [45°/0°]
(c) Lay-up: [90°/0°]
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
Qualification et certification des pales d’éoliennes
Calcul des charges spécifiques à la pale
Rédaction d’un rapport de certification
Soumission à un organisme certificateur reconnu
Évaluation pour certification
Révision
Certification des charges
Choix des fibres/matrice et procédé de fabrication
Essais élémentaires et caractérisation du matériau composite
Architecture structurale de la pale
A
18
A
Plans - spécifications
Moyens de mise en
œuvre et outillages
Gamme de fabrication
Gamme de contrôle
Fabrication d’une pale (1er article)
Études: statique, dynamique, fatigue, ..
Essais au labo
Modélisation et calcul par EF
Corrélation et qualification
Recalage
Procédures de maintenance et recyclabilité
Rédaction de dossier de certification
Remarques et
suggestions
Soumission à un organisme certificateur
Acceptation de la pale
Délivrance d’un certificat
d’utilisation sur éolienne
Certification des
autres composants
de l’éolienne
19
5. Réparation des pales
Processus de réparation
CND, tapping, visuel, etc..
Normes aéronautique:
JAR-145, FAR-145
Défauts de fabrication
Inspection et/ou
Contrôle qualité
Évaluation:
mineurs/majeurs
Procédures de
réparation
Dommage en service
CND, jumelles,
thermography, shearography,
Rayon-X,
Remplacement pale
20
Identification des dommages
Fissures du gel-coat
Décollement peau/gel-coat
Délaminage
Rupture du joint de colle
Décollement peau/colle
Rupture du joint de colle
Fissuration de la matrice
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)
22
Endommagement non débouchant
Plis extérieurs
Film de colle
Plis de patchs
Stratifié de base
23
Réparation par tapis chauffant ANITA (Hot bond repair unit)
24
6. Recyclage des pales
 Norme ISO 14040: Analyse de Cycle de Vie (CLA)
Matières premières
Déchets et
recyclage
Analyse de
cycle de vie
Fabrication et
distribution
Utilisation du
produit 20-25 ans
 A partir de 2034, environ 235 000 tonnes de matériaux de pales devront être
recyclés chaque année dans le monde entier.
25
Matériaux actuels et futurs
Verre
Fibres
Composites
Carbone
Naturelles
Matrice
polymère
Réticulées
Thermodurcissable:
polyester, époxyde
Non-réticulées
Thermoplastique:
polyamide (PA-6)
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Recyclage pour composite thermodurcissable
Fibres
(1)
(2)
Recyclage
mécanique
Recyclage
thermique
Broyage
marteau
Pyrolyse
Séparation
Polymère: grains
10 mm - 50 m
Matrice brûlée et
transformé en gaz
Four rotatif
500°C
Énergie
Fibres
Séparation
Métal
27
7. Conclusion
 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 ;
 Encourager le transfert de la technologie innovante et former
les futurs techniciens et ingénieurs aux métiers de l’éolien.
28
Merci pour votre attention
29

Pales d`éoliennes: procédés de fabrication, procédures de

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