Les chercheurs du laboratoire national américain des énergies renouvelables (NREL) ont exploré une nouvelle approche de la fabrication des pales d’éoliennes, une approche qui améliorerait à la fois leurs performances et leur recyclabilité en fin de vie.

La réalité est que l’obtention de la forme élégante des pales d’éoliennes nécessite l’utilisation d’une ingénierie avancée.  En effet, la plupart des pales d’éoliennes utilitaires ont le même design en forme de coquille : deux peaux de pale en fibre de verre sont collées ensemble avec de l’adhésif et utilisent un ou plusieurs composants de raidissement en composite appelés  » âmes de cisaillement « .

Pour améliorer leur efficacité et leur grande accessibilité, il était important de rendre les pales d’éoliennes plus légères, plus longues et donc moins coûteuses.

Alors comment repenser la coquille conventionnelle ?

Les chercheurs du NREL explorent une approche de fabrication qui combine des thermoplastiques recyclables et la fabrication additive.

En ce qui concerne le matériau de la matrice de résine, il faut savoir que les conceptions actuelles reposent sur des systèmes de résine thermodurcissable comme les époxydes, les polyesters et les esters vinyliques, des polymères qui, une fois durcis, se réticulent comme des ronces.

« Une fois que vous produisez une pale avec un système de résine thermodurcissable, vous ne pouvez pas inverser le processus« , a déclaré Derek Berry, ingénieur principal en technologie éolienne au NREL. « Cela rend la pale difficile à recycler« . Comme de plus en plus d’éoliennes sont installées chaque année, les nouvelles pales d’éoliennes devraient être conçues pour être réutilisées, voire recyclées, afin d’éviter qu’elles ne sapent l’économie verte qu’elles sont censées contribuer à construire.

L’équipe multi-institutionnelle à l’origine de ce projet a donc mis au point des systèmes utilisant des thermoplastiques qui, contrairement aux matériaux thermodurcis, peuvent être chauffés pour séparer les polymères d’origine, ce qui permet leur recyclage en fin de vie.

Les pièces de pale thermoplastiques peuvent également être assemblées à l’aide d’un procédé de soudage thermique qui pourrait éliminer le besoin d’adhésifs – des matériaux souvent lourds et coûteux – ce qui améliore encore la recyclabilité des pales.

« Avec deux composants de pale en thermoplastique, vous avez la possibilité de les rapprocher et, par l’application de chaleur et de pression, de les assembler« , a déclaré Berry. « Vous ne pouvez pas faire cela avec les matériaux thermodurcissables« .

À l’avenir, le NREL, en collaboration avec les partenaires du projet (TPI Composites, Additive Engineering Solutions, Ingersoll Machine Tools, l’université Vanderbilt et l’Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation), développera des structures innovantes pour le noyau des pales afin de permettre la production rentable de pales très longues et très performantes (bien plus de 100 mètres de long) qui sont relativement légères.

En utilisant l’impression 3D, l’équipe de recherche peut produire des types de conceptions modernes pour les pales de turbine avec des noyaux structurels en forme de filet, hautement sophistiqués, de densités et de géométries variables entre les peaux structurelles de la pale de turbine. Les peaux des pales seront infusées à l’aide d’un système de résine thermoplastique.

Si elle réussit, l’équipe réduira le poids et le coût des pales de turbine de 10 % (ou plus) et la durée du cycle de production d’au moins 15 %, ce qui constituera un énorme bond (ou pirouette) pour la technologie de l’énergie éolienne.

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