Caractérisation acoustique et mécanique du vieillissement de pales d'hydroliennes et d’éoliennes offshore
Résumé
Les pales sont l’un des éléments essentiels de la production de l’énergie éolienne offshore et hydrolienne. En environnement marin, les pales subissent des conditions extrêmes et des sollicitations dynamiques importantes. Afin de comprendre les mécanismes dégradation après une exposition prolongée en milieu marin, une étude combinant des analyses acoustiques et mécaniques a été menée. Les échantillons étudiés sont fabriqués en matériaux composites sandwich. Elles comprennent des stratifiés, avec une peau en résine polyester renforcée par des fibres de verre (GFRP) et une âme en mousse SAN à faible densité, offrant une haute rigidité spécifique. Deux laboratoires ont participé à ce projet : le LOMC (UMR 6294 CNRS) a étudié le vieillissement accéléré en eau de mer (à 40°C et 60°C) et réalisé des caractérisations ultrasonores par ondes guidées, imagerie C-scan et vélocimétrie laser. Le CIMAP (UMR 6252 CNRS) a effectué des essais mécaniques, comme des tests de flexion 3 et 4 points. Les résultats obtenus sur des échantillons composites GFRP (4, 6 et 8 plis) vieillis ont montré une diminution de la vitesse des ondes guidées de Lamb et élargissement de leurs résonances spatiales. Ces phénomènes sont directement liés à une diminution des propriétés élastiques, également confirmée par les essais mécaniques. De plus, les C-scans révèlent une réorganisation interne de la structure interne des échantillons et une augmentation de l’atténuation ultrasonore avec le vieillissement. Une modélisation par éléments finis (semi-analytical finite element, SAFE) a été mise en œuvre pour déterminer les courbes de dispersion des ondes de Lamb dans ces matériaux. Cette modélisation a permis de quantifier l’affaiblissement des constantes élastiques des échantillons, validant ainsi les observations expérimentales acoustiques et mécaniques. Ces travaux mettent en évidence une cohérence entre les analyses acoustiques et mécaniques, ouvrant la voie à une meilleure compréhension du vieillissement des matériaux composites en environnement marin.