Un rendement énergétique maximal grâce à des surfaces parfaites

Afin de réduire la résistance à l'air et de retarder l'érosion, les pales de rotor sont peintes après leur fabrication. Pour une adhérence optimale de la peinture, il est important que les surfaces en PRV soient correctement poncées. L'appareil mobile de mesure 3D de la rugosité MarSurf CM mobile permet de contrôler et d'optimiser cette rugositéet, en fin de compte, d'augmenter la production d'électricité respectueuse du climat.

Les éoliennes Fraunhofer IWES produisent pendant leur durée de vie jusqu'à 70 fois plus d'énergie qu'il n'en faut pour leur fabrication, leur utilisation et leur élimination. Cela rend cette technologie extrêmement intéressante non seulement sur le plan écologique, mais aussi sur le plan économique. Pour maximiser leur rendement énergétique, les éoliennes ont pris de la hauteur ces dernières années : les pales du rotor, dont les extrémités tournent à des vitesses allant jusqu'à 300 kilomètres par heure, mesurent désormais jusqu'à 120 mètres de long et pèsent jusqu'à 40 tonnes. Leurs performances sont testées à l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie éolienne (IWES). En tant qu'institut sectoriel, le Fraunhofer IWES se consacre entièrement à l'énergie éolienne et à la technologie de l'hydrogène. Dans le centre de démonstration IWES-BladeMaker de Bremerhaven, des technologies de fabrication et des solutions d'automatisation sont développées pour la fabrication des pales de rotor.

Des processus de ponçage complexes Les pales de rotor sont principalement composées de résines époxy et de fibres de verre. Afin d'éliminer les irrégularités et de préparer les surfaces pour la peinture ultérieure, les composants bruts sont poncés manuellement. En effet, les surfaces en PRV peuvent présenter différentes structures de surface en raison de l'hétérogénéité du matériau et des éventuelles inclusions d'air dans la résine, ce qui a un effet négatif sur l'adhérence ou la surface du revêtement. Lors de l'usinage de PRV, différents mécanismes de séparation apparaissent en outre, qui résultent de la direction de coupe du grain abrasif par rapport à la fibre de verre et dépendent de la présence ou non de petites zones de résine pure ou de faisceaux de fibres libres à la surface. "Ainsi, il peut y avoir des structures de surface différentes et une usure accrue du grain abrasif. Il est ainsi très compliqué de régler une qualité de surface constante sur toute la surface de la pale de rotor", explique Sören Eden, collaborateur scientifique à l'IWES. "Ce qui nous intéressait, c'était de savoir comment la surface et le processus de ponçage correspondant devaient être conçus pour que la couche de peinture tienne le mieux dans des conditions d'érosion". Jusqu'à présent, on travaillait ici surtout avec des valeurs empiriques des fabricants d'abrasifs et de vernis.

Avec la technique de mesure confocale contre l'érosion

La couche de vernis protège des rayons UV et est importante pour l'aérodynamique : les surfaces lisses présentent moins de résistance à l'air, si bien qu'en fin de compte, le rendement du vent augmente. Afin de garantir la meilleure qualité de prétraitement possible des surfaces et une adhérence de la peinture équivalente, le Fraunhofer IWES était à la recherche d'un système de mesure capable de reproduire de manière fiable les topographies de surface et les propriétés de rugosité surfacique dans la plage micrométrique inférieure - avant et après la peinture. "Un autre aspect était la mobilité d'un tel système : après tout, nous travaillons sur des composants de grande taille, nous ne pouvons rien scier et passer brièvement devant. C'est l'appareil de mesure qui doit être amené à la pièce, et non l'inverse", explique Eden. En raison de la taille des composants et de l'hétérogénéité des structures de surface, les systèmes de mesure tactiles ont été écartés d'emblée - un système 3D est le seul moyen de reproduire parfaitement la structure. Eden s'est mis à la recherche d'un système adéquat et a trouvé ce qu'il cherchait chez le fabricant de techniques de mesure Mahr. L'entreprise de Göttingen propose actuellement le seul appareil mobile confocal à haute résolution sur le marché.

Mesures d'essai sur place

Le scientifique a invité les professionnels de la technique de mesure à l'IWES à Bremerhaven. Dans ses bagages : un appareil de démonstration du MarSurf CM mobile, que Christopher Wallmann, Field Sales Engineer chez Mahr, a présenté à l'équipe de l'IWES et avec lequel il a aussitôt effectué des mesures d'essai sur les pales de rotor lors de ce premier rendez-vous. "En quelques minutes, cet appareil est prêt à être utilisé sur place, sur un objet. Il ne pèse que huit kilos et est donc très flexible", explique Wallmann. "Même les mesures sur de grandes surfaces sur des objets avec un rayon de courbure, comme c'est le cas sur les pales de rotor, sont possibles avec précision grâce à la fonction intégrée Shape-Tracing". Le système de mesure optique est basé sur la technique confocale et convient également à une utilisation dans un environnement de production difficile. De nombreux réglages de mesure peuvent être chargés dès le démarrage du système grâce à la fonction Template ; les utilisateurs doivent simplement charger le modèle prévu pour la mesure. La plage de mesure est ensuite réglée automatiquement par le Range Finder. "Lors du stitching, où des prises de vue individuelles sont assemblées en une image globale, la fonction Shape Tracing permet une mesure rapide et calcule en même temps la courbure de la surface", explique le spécialiste de la mesure. Le temps de mesure typique est de cinq à dix secondes ; les résultats de mesure sont directement transmis à un protocole de mesure librement définissable. Depuis juin 2020, le MarSurf CM mobile est en service à Bremerhaven. Il fait partie du portefeuille optique de Mahr, qui comprend, outre les appareils confocaux, l'interférométrie en lumière blanche et la profilométrie.

Contact

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