Construction et configuration des pales d’éoliennes

Construction et configuration des pales d’éoliennes

Fabrication et structure des pales d’éoliennes

Au point de vue des conditions d’opération, des matériaux utilisés et des méthodes de fabrication, les pales d’éoliennes peuvent difficilement êtres comparés aux produits d’autres industries. Toutefois, elles sont faites de stratifiés de composites, souvent de fibres de verre, ayant des dimensions importantes et produites à des cadences relativement faibles. De plus, elles sont exposées à des environnements extérieurs pouvant être relativement agressifs. Par conséquent, les méthodes de travail utilisées pour leur fabrication sont souvent inspirées de l’industrie nautique, qui possède une expertise dans la fabrication de pièces de composites volumineuses destinées à être utilisées à l’extérieur.

Construction et configuration des pales d’éoliennes

Les éoliennes actuelles sont principalement du type tripale à axe horizontal avec le rotor positionné en amont de la tour. Selon Brondsted, Lilholt et Lystrup (2005) et Bouaziz, Pelletier et Robert (2004), cette configuration est la plus courante et risque de demeurer inchangée dans un avenir rapproché en raison de l’expertise acquise sur ce type de machinesBien qu’une multitude d’autres configurations existent ou soient à l’étude, la recherche présentée ici est appliquée aux éoliennes à axe horizontal. Dans le cadre de ce projet de recherche, la problématique analysée est limitée aux matériaux des pales. Les aspects touchant les tours ou les nacelles ne seront pas analysés

Fabrication et structure des pales d’éoliennes

Au point de vue des conditions d’opération, des matériaux utilisés et des méthodes de fabrication, les pales d’éoliennes peuvent difficilement êtres comparés aux produits d’autres industries. Toutefois, elles sont faites de stratifiés de composites, souvent de fibres de verre ayant des dimensions importantes et produites à des cadences relativement faibles. De plus, elles sont exposées à des environnements extérieurs pouvant être relativement agressifs. Par conséquent, les méthodes de travail utilisées pour leur fabrication sont souvent inspirées de l’industrie nautique, qui possède une expertise dans la fabrication de pièces de composites volumineuses destinées à être utilisées à l’extérieur

Charges appliquées aux pales d’éoliennes

Selon Brondsted, Lilholt et Lystrup (2005), les pales d’éoliennes sont essentiellement soumises aux charges externes provenant de l’effet de la gravité et du vent. Une description plus détaillée des principales charges auxquelles doivent résister les pales d’éoliennes est présentée dans cette section. D’abord, les efforts aérodynamiques engendrent la flexion en battement (hors du plan du rotor) en raison de la portance des pales. Ce chargement est constitué d’une portion statique, mais la variation naturelle de la vitesse du vent provoque aussi une sollicitation dynamique. De plus, la vitesse du vent varie selon la hauteur en raison de l’effet de cisaillement entre le sol et le vent. Ainsi, au cours d’un tour du rotor, la vitesse du vent vue par une pale varie constamment.

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Table des matières

>INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITÉRATURE
1.1 Mise en situation
1.2 Construction et configuration des pales d’éoliennes
1.2.1 Fabrication et structure des pales d’éoliennes
1.2.2 Charges appliquées aux pales d’éoliennes
1.2.3 Matériaux constituants des pales d’éoliennes
1.3 Effets hygrothermiques sur les composites et leurs constituants .
1.3.1 Effets hygrothermiques sur les constituants d’un composite
1.3.2 Effets hygrothermiques sur les composites selon la théorie classique des laminés (CLT)
1.3.3 Évaluation des constantes élastiques d’un composite
1.3.4 Prédiction de la résistance d’un composite unidirectionnel et critères de rupture
1.4 État de la recherche sur les effets hygrothermiques à basse température
1.4.1 Effets hygrothermiques dus aux hétérogénéités entre les constituants
1.4.2 Effets des basses températures non cryogéniques et de l’humidité sur les propriétés mécaniques en traction des composites à matrice polymérique
1.4.3 Effets des basses températures non cryogéniques et de l’humidité sur la ténacité des composites à matrice polymérique
1.4.4 Effets des cycles de gel et dégel sur les propriétés mécaniques en tension et en compression des composites à matrice polymériques.
1.4.5 Influences particulières de la température sur des laminés épais
1.5 Influence de la vitesse de chargement sur les propriétés obtenues pour les composites de fibre de verre.
1.6 Application aux pales d’éoliennes
1.7 Description de la problématique de recherche
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE.
2.1 Approche expérimentale
2.2 Choix du matériau
2.3 Conditionnement des échantillons et environnement d’essais
2.4 Essais mécaniques
2.5 Évaluation des taux de constituants
2.6 Autres essais.
2.7 Taille de l’échantillon
2.8 Nature et préparation des éprouvettes
2.8.1 Description des éprouvettes
2.8.2 Constituants du composite
2.8.3 Construction des laminés
2.9 Fabrication des plaques .
2.9.1 Préparation des éprouvettes
2.10 Paramètres des essais
CHAPITRE 3 APPLICATIONS THÉORIQUES
3.1 Évaluation des effets hygrothermiques sur les propriétés d’un pli de composite
3.1.1 Effets du froid et de l’humidité dus à la détérioration de la matrice
selon le modèle de Chamis (1983; 1984)
3.1.2 Calcul des contraintes résiduelles dues aux disparités entre les
comportements hygrothermiques des constituants par la méthode
de Lord et Dutta (1988)
3.1.3 Calcul de la contrainte critique due au microflambage et de la
résistance du composite par la méthode de Dutta (1993)
3.2 Application de la CLT à basse température
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Mesure de la densité par immersion et des taux de constituants par pyrolyse
4.1.1 Mesure de densité selon la norme ASTM D 792-
4.1.2 Mesure des taux de constituants selon la norme ASTM D 3171 – 99
4.2 Micrographies
4.2.1 Observation au microscope optique
4.2.2 Observation au microscope électronique à balayage
4.3 Séchage et saturation
4.4 Essais de traction
4.5 Essai de compression
4.6 Essai de flexion en poutre courte
4.7 Mesures de déformations lors des cycles de gel et dégel
CHAPITRE 5 INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
5.1 Essai de pyrolyse.
5.2 Micrographies .
5.2.1 Microscope optique .
5.2.2 Microscope électronique à balayage
5.3 Séchage et saturation
5.4 Essais de traction.
5.4.1 Effets des cycles de gel et dégel sur les propriétés en traction
5.4.2 Effets du froid sur les propriétés en traction
5.4.3 Effets de l’humidité sur les propriétés en traction .
5.4.4 Comparaison avec les modèles théoriques
5.5 Essai de compression
5.6 Essai de flexion en poutre courte
5.6.1 Effets des cycles de gel et dégel sur la résistance en flexion de la poutrecourte.
5.6.2 Effets du froid sur la résistance en flexion de la poutre courte .
5.6.3 Effets de l’humidité sur la résistance en flexion de la poutre courte
5.6.4 Comparaison avec le modèle théorique .
5.7 Mesures de déformations lors des cycles de gel et dégel
CHAPITRE 6 DISCUSSION SUR LES RÉSULTATS
6.1 Aspects généraux et relations avec la théorie
6.2 Aspects méthodologiques
6.3 Implications pour le domaine de l’énergie éolienne .
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS .
ANNEXE I Données détaillées des essais ASTM D 792 et ASTM D 2344
ANNEXE II Données détaillées des essais ASTM D 3039 – 00 (2006) .
ANNEXE III Données détaillées des essais ASTM D 695 – 02a
ANNEXE IV Données détaillées des essais ASTM D 2344 – 00 (2006) .
ANNEXE V Programmes MatLab
LISTE DE RÉFÉRENCES .

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