Les matériaux et les processus de fabrication avancés signifient que les pales peuvent suivre de manière efficace et rentable l’installation de tours plus hautes et d’éoliennes plus grandes. (Photo : Composites One)

L’industrie éolienne a établi des records d’installation au cours des deux dernières années. Cette tendance pourrait se poursuivre, la capacité éolienne mondiale devant doubler au cours des cinq prochaines années, selon le Global Wind Energy Council. Cette tendance à la croissance est due, en partie, à un marché de l’éolien offshore en développement et à des éoliennes plus grandes avec des pales plus longues.

« L’industrie éolienne a augmenté la longueur des pales d’environ 6,5 pieds par an au cours des 10 dernières années », a déclaré Mark Kirk, CCT, directeur des ventes de l’énergie éolienne chez Composites One. « Cette augmentation de la longueur a permis à l’industrie d’augmenter la production en utilisant des turbines plus grandes et, par conséquent, de réduire le coût de l’énergie. »

Cependant, plus la pale est longue, plus la fiabilité et la stabilité sont remises en question. Kirk attribue aux matériaux et à la fabrication le fait de permettre aux pales des turbines de suivre les tours toujours plus grandes. « Grâce aux matériaux composites, les pales peuvent tourner plus vite et capter les vents à plus faible vitesse. Les composites offrent aux fabricants d’éoliennes une résistance et une flexibilité de traitement avec l’avantage supplémentaire d’un matériau léger », dit-il.

Les composites sont constitués de deux ou plusieurs matériaux ayant des propriétés physiques ou chimiques différentes qui, lorsqu’ils sont combinés, ne se mélangent pas complètement mais deviennent ensemble plus forts et plus durables. Les matériaux destinés au marché des pales d’éoliennes comprennent des résines de polyester renforcées de fibres de verre, d’époxy renforcées de fibres de verre et d’époxy renforcées de fibres de carbone.

« La combinaison de fibres de verre avec une matrice de résine permet d’obtenir des composites qui sont solides, légers, résistants à la corrosion et indéformables. Ils offrent également une bonne flexibilité de conception et une résistance diélectrique élevée, et requièrent généralement des coûts de fabrication plus faibles », déclare Kirk, qui souligne que les matériaux composites à haute résistance, tels que la fibre de carbone et les époxydes, sont désormais également utilisés pour les pales à haute performance.

« Les pales et les composants de turbine d’aujourd’hui doivent répondre à des propriétés mécaniques strictes, telles qu’une rigidité élevée et une résistance à la torsion et à la fatigue. En plus de ces propriétés mécaniques, le produit fini doit offrir une excellente résistance à la corrosion et une tolérance aux hautes températures. Les matériaux composites peuvent offrir une plus grande rigidité dans de nombreux cas, et réduire le poids des pièces finies », ajoute-t-il.

Mais ce n’est pas tout. En raison de leur flexibilité, les matériaux composites facilitent les réparations pour les techniciens de l’éolien et permettent d’allonger la durée de vie des pales. Ces matériaux peuvent également être utilisés pour d’autres composants de l’éolienne. « Le passage à des couvercles de nacelle en composite, à des vrilles en composite et, dans certains cas, à un moulage rapproché plus avancé de ces composants composites, a également réduit le poids global des unités par rapport à l’acier et à l’aluminium traditionnels, de sorte que les coûts des turbines diminuent. »

Les matériaux représentent plus de 90 % des coûts de fabrication d’une pale, donc si les turbines doivent réussir à croître en taille, la réduction des coûts est essentielle. « Le défi de l’industrie éolienne d’aujourd’hui est clair », déclare Alexis Crama, vice-président du développement offshore de LM Wind Power. « L’industrie doit augmenter la production annuelle d’énergie et réduire les coûts grâce à l’innovation dans l’utilisation des matériaux et les technologies de fabrication, tout en tenant compte de la fiabilité et de l’entretien efficace des turbines pendant leur fonctionnement. »

Il affirme qu’à mesure que les pales des turbines s’allongent et que de plus en plus de projets offshore se développent, la demande de fiabilité accrue et de coûts réduits ne fera qu’augmenter de la part des développeurs de parcs éoliens. « La construction de pales plus grandes présente de nouveaux défis de conception, qui impliquent à bien des égards de repenser les matériaux, la structure et d’autres caractéristiques. Les pales de rotor sont sans doute l’une des pièces les plus influentes en termes de coût de l’énergie »

En plus de la construction de la plus longue pale du monde à ce jour (88,4 mètres – la pale est actuellement soumise à des tests de validation du produit au Danemark), LM Wind Power a récemment dévoilé des recherches sur un concept de moulage modulaire des pales afin d’accroître la flexibilité de la production lors de la fabrication de pales plus grandes et plus longues. Le nouveau procédé permet d’étendre le diamètre du rotor en fixant des longueurs d’embout variables, sans les dépenses supplémentaires liées à la construction d’un nouveau moule de pale.

Ce procédé permet la fabrication séparée de la pale et de l’embout, suivie d’une technique d’assemblage traditionnelle qui assemble définitivement une pale, explique Crama. « Grâce à la combinaison de la réduction des coûts de production, de l’augmentation de la taille du rotor et de l’optimisation du rendement des parcs éoliens, ces produits modulaires devraient réduire le coût de l’énergie pour les applications de pales offshore d’environ 6 à 8 % »

Il ajoute :  » En fin de compte, les gagnants de l’industrie éolienne de demain seront ceux qui sauront s’adapter, innover et se développer au moindre coût. «