Les pales d’éoliennes laissent soin à des revêtements flexibles de lutter contre l’érosion
Plus l’envergure d’une éolienne est grande, plus la vitesse à l’extrémité des pales est élevée et, par conséquent, plus forte est l’érosion de leurs bords d’attaque sous l’effet de la pluie, des poussières et des particules en suspension. Cette érosion s’accentue non seulement en termes de dommages, mais également en termes de fréquence; c’est particulièrement le cas pour les éoliennes offshore dotées de grandes pales, avec des vitesses élevées en bout de pale et exposées à des vents forts. Compte tenu de l’impact économique négatif de l’érosion des pales, tous les fabricants d’éoliennes recherchent activement une solution, en cherchant par exemple à adapter les revêtements de protection utilisés dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense. Toutefois, une fois en service, ces revêtements se sont dégradés beaucoup plus tôt que prévu, car ils ne tiennent pas compte de tous les facteurs qui jouent sur l’érosion des pales. En guise d’exemple, on peut citer les interactions entre les différentes couches qui composent le système de revêtement de protection des pales ainsi que l’influence des procédés d’application sur les performances du revêtement. Le projet LEP4BLADES, financé par l’UE, s’est attaqué à ce défi. Les partenaires du projet y sont parvenus en développant un revêtement polymère innovant de protection du bord d’attaque (en anglais: leading-edge protection – LEP) doté de propriétés mécaniques et chimiques particulières qui évitent le problème de l’érosion pendant toute la durée de vie de la pale de l’éolienne.
Une nouvelle approche
Une nouvelle solution de revêtement LEP développée par la PME espagnole Aerox Advanced Polymers porte sur une nouvelle famille de polymères utilisant la technologie hybride polyurée-polyuréthane et offrant une résistance mécanique et chimique exceptionnelle. Cette technologie est basée sur une combinaison précise de deux polymères thermodurcis possédant des propriétés rhéologiques, thermiques, chimiques et physiques différentes. Cela permet de créer un matériau très performant avec une résistance extraordinaire à l’érosion, selon Guillermo Mas, coordinateur du projet. «La technologie exclusive d’Aerox nous permet de concevoir et de modifier les propriétés du polymère, en tenant compte des conditions ambiantes difficiles dans lesquelles les pales d’éoliennes fonctionnent ainsi que des particularités de chaque technologie et de chaque matériau de fabrication des pales.»
Des propriétés améliorées
Par ailleurs, la méthode de l’analyse multicritère hiérarchique (en anglais: analytic hierarchy process – AHP) permet d’ajuster la compatibilité du revêtement avec le matériau de la pale. Cette compatibilité mécanique est essentielle pour la dissipation des effets induits par les impacts dans toute la structure de la pale. «Grâce à la méthode AHP, le matériau a un comportement viscoélastique et une compatibilité ajustable, ce qui lui permet d’absorber les impacts à haute vélocité se produisant à une fréquence élevée, causés par les gouttes de pluie et autres particules heurtant le bord d’attaque des pales», explique Guillermo Mas. Les propriétés visqueuses permettent au revêtement de se déformer et d’absorber la contrainte causée par l’impact de la goutte, et les propriétés élastiques assurent une récupération complète de la surface du revêtement lors d’impacts répétés dans des conditions où le taux de déformation est élevé. Dans le même temps, les ondes de contrainte générées par l’impact sont transmises du revêtement à la pale, ce qui minimise leur réflexion et évite la formation de points de concentration de contrainte permettant à l’érosion d’être amorcée. Par rapport aux solutions existantes, le système LEP proposé par LEP4BLADES pour les pales d’éoliennes offre donc une applicabilité exceptionnelle et une meilleure résistance à l’érosion induite par la pluie. «Cela nous a également permis d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes d’érosion par la pluie et sur les modèles théoriques décrivant leurs effets, ainsi que de mieux comprendre les résultats des tests d’érosion par la pluie et de la façon dont ils correspondent aux conditions réelles de fonctionnement des pales d’éoliennes», conclut Guillermo Mas.
Mots‑clés
LEP4BLADES, pale, revêtement, érosion, éolienne, bord d’attaque, polyurée, polyuréthane, analyse multicritère hiérarchique
