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PALE D'EOLIENNE EN COMPOSITE POLYMERE THERMOPLASTIQUE, PIECE DE
LADITE PALE ET METHODE DE FABRICATION
[0001] L'invention concerne le domaine des éoliennes, et plus
particulièrement des pales d'éoliennes fabriquées à partir de
composite polymère thermoplastique. L'invention concerne une pale
d'éolienne, les pièces de ladite pale d'éolienne ainsi que le procédé
de fabrication de ladite pale d'éolienne.
[0002] [Art antérieur]
[0003] Les pales d'éoliennes sont aujourd'hui
composées
principalement de composite polymère dans lesquels un renfort
fibreux est incorporé dans une matrice de polymère. En effet, les
propriétés requises pour les pales d'éolienne sont notamment
légèreté, résistance structurelle relativement élevée et résistance
à la traction. Cela est principalement lié au fait que les pales
d'éoliennes doivent résister à des charges mécaniques élevées
pendant le fonctionnement de l'éolienne notamment en présence de
fortes rafales de vent. Les fibres du renfort fibreux peuvent
typiquement être composées de verre, de carbone, de céramique, mais
également de fibres naturelles. La matrice de polymère comporte
principalement des polymères et assure le maintien des fibres en
position, transmet les tensions entre les fibres et protège les
fibres contre les influences mécaniques et chimiques extérieures. La
matrice polymère est généralement thermodurcissable et les pièces en
composite polymère thermodurcissable sont associées entre elles avec
de la résine thermodurcissable (e.g. colles époxydes ou polyesters
ou polyuréthanes).
[0004] Les matériaux composites thermodurcissables présentent
toutefois plusieurs inconvénients, tels que des coûts élevés lors du
recyclage de ces matières ou l'accumulation de quantités importantes
de déchets si un recyclage n'est pas possible. Des pales d'éoliennes
incorporant des matériaux thermoplastiques ont été proposées par
exemple dans la demande W02010025830, néanmoins les thermoplastiques
proposés sont essentiellement proposés pour constituer la jonction
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entre diverses pièces de pales d'éolienne, et elles présentent une
sensibilité relativement élevées à l'humidité ou des températures de
fusion élevées. La demande US2017/0058864 décrit une pale d'éolienne
modulable construite à partir des matériaux thermodurcissables et/ou
thermoplastiques. L'interface thermodur-thermoplastique est soudé,
néanmoins la pale contient une grande partie des matériaux
thermodurcissables. Par conséquent, il existe toujours un besoin
pour des pales d'éolienne comportant majoritairement des
thermoplastiques, et donc recyclables, tout en proposant des
propriétés mécaniques et chimiques répondant aux besoins du secteur
éolien.
[0005] Lors de la construction d'une pale d'éolienne en composite
polymère, par exemple par moulage par injection basse pression ou
moulage par infusion, l'utilisation de résines thermodurcissables
conduit généralement à des temps de cycle longs. De plus, ces pièces
en composite polymère sont ensuite assemblées au cours du processus
industriel avant une livraison sur le site d'installation. Etant
donné le temps de cycle long observé lors de l'utilisation d'une
matrice en polymère thermodurcissable, aussi bien lors de la
fabrication des pièces que de l'assemblage, il est nécessaire
d'identifier des polymères qui seraient capables de réduire les temps
de cycle et donc de réduire le temps de production des pales
d'éoliennes.
[0006] De plus, les pales d'éoliennes ont généralement une longueur
d'environ 40 mètres ou plus, parfois environ 90 ou 100 mètres. Ainsi,
la livraison des pales nécessite des convois exceptionnels. Afin de
faciliter la gestion et l'installation des pales d'éoliennes, il est
souhaitable de pouvoir réaliser au moins une partie de l'assemblage
de façon aisée et rapide directement sur le site d'installation.
[Problème technique]
[0007] L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de
l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour but de proposer
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une pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, pouvant
être fabriquée plus rapidement que les pales d'éoliennes classiques
tout en étant de préférence majoritairement recyclable, résistante
aux contraintes mécaniques et chimiques auxquels sont soumises les
.. pales d'éoliennes en fonctionnement.
[0008] L'invention a en outre pour but de proposer un procédé de
fabrication de pale d'éolienne ou de pièce de pale d'éolienne plus
rapide que les procédés existants et permettant, sur le site
d'installation, un assemblage, une réparation ou des ajustements
.. aisés et rapides.
[0009] [Brève description de l'invention]
[0010] A cet effet, l'invention porte sur une pale d'éolienne
comportant une enveloppe extérieure formée, au moins en partie, de
panneaux de composite polymère thermoplastique, définissant un bord
d'attaque et un bord de fuite de la pale d'éolienne, et au moins un
organe raidisseur en composite polymère, s'étendant suivant un axe
longitudinal de la pale d'éolienne à l'intérieur de ladite pale
d'éolienne, ledit organe raidisseur étant disposé entre au moins un
panneau définissant le bord d'attaque et au moins un panneau
définissant le bord de fuite, principalement caractérisé en ce que
le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et
une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, et en ce
qu'au moins un panneau de composite polymère thermoplastique est
relié à l'organe raidisseur par une interface de type soudure.
.. [0011] En effet, l'utilisation de composite polymère comportant un
polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de réduire les temps
de cycle par rapport notamment aux polymères thermodurcissables
classiquement utilisé dans ces domaines. En outre, les polymères
thermoplastiques (méth)acryliques utilisés dans le cadre de
.. l'invention peuvent être utilisé dans les procédés industriels les
plus utilisés et ne nécessitent donc pas, contrairement aux
thermoplastiques tels que les polyamides, de modifier l'outillage
industriel actuellement utilisé dans la construction des pales
d'éoliennes.
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[0012] De plus ces pales d'éolienne sont aisément recyclables
contrairement aux pales comportant des panneaux en composites
polymères thermodurcissables habituellement utilisés dans ce
domaine. Enfin, la présence d'une interface de type soudure donne la
possibilité, via une montée en température de l'interface, de
réaliser des assemblages, des ajustements de positionnement de
panneaux ou encore des réparations sur le site d'installation sans
nécessiter une installation particulière.
[0013] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé :
- le renfort fibreux est à base de fibres présentant un rapport
de forme d'au moins 1000. Un tel rapport de forme permet
d'obtenir des pales d'éolienne ayant des propriétés mécaniques
améliorées.
- la pale d'éolienne ne comprend pas plus de 50 %, de préférence
pas plus de 40 %, de façon plus préférée pas plus de 30 %, de
façon encore plus préférée pas plus de 20 %, de façon plus
avantageuse pas plus de 15 % en poids et de façon encore plus
avantageuse pas plus de 10 % en poids de polymères
thermodurcissables tel qu'une résine époxyde. Ainsi, la pale
d'éolienne selon l'invention présente un gain très significatif
en termes de temps de production et une capacité accrue à être
recyclée. De même, la pale d'éolienne ne comprend pas plus de
10 %, de préférence pas plus de 8%, de de façon avantageuse pas
plus de 7 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 6 %
en poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 5 % en
poids de colles thermodurcissables.
- le polymère thermoplastique (méth)acrylique est sélectionné
parmi une résine de polymère thermoplastique, couramment appelée
sirop , qui est utilisée pour imprégner le matériau de
renforcement, par exemple un renfort fibreux et qui polymérise
rapidement (e.g. entre 30 secondes et 3 heures) avec une bonne
conversion afin d'augmenter la productivité. Une fois
polymérisé, le sirop polymère thermoplastique constitue la
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matrice du matériau composite. Une composition liquide ou un
sirop comprenant un monomère (méth)acrylique et un polymère
(méth)acrylique précurseur est décrit dans WO 2013/056845 et
WO 2014/013028. Ces polymères (méth)acrylique
sont
5 particulièrement adaptés aux procédés industriels existant de
fabrication des pales d'éolienne et confèrent aux pales
d'éolienne des propriétés mécaniques et
chimiques
satisfaisantes. En particulier, le polymère thermoplastique
(méth)acrylique est sélectionné parmi le poly(méthacrylate de
méthyle) (PMMA) ou les copolymères de méthacrylate de méthyle
(MMA), ou leurs mélange.
- le renfort fibreux comporte des fibres sélectionnées parmi des
fibres de carbone, ou des fibres de verre, ou des fibres de
basalte ou des fibres à base de polymères, ou des fibres
végétales, seules ou en mélange.
- la matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique comprend
en outre un ou plusieurs additifs ou charges. L'ensemble des
additifs et charges facultatifs sont ajoutés au sirop
(méth)acrylique liquide avant l'imprégnation et/ou la
polymérisation. Le composite polymère thermoplastique peut
comprendre aussi d'autres additifs et d'autres charges. Comme
additifs, on peut citer des additifs organiques comme les
modifiants chocs ou des copolymères à blocs, des stabilisateurs
thermiques, des stabilisateurs aux UV, des lubrifiants et des
mélanges de ceux-ci. Le modifiant chocs est sous forme de
particules fines ayant un c ur élastomère et au moins une
enveloppe thermoplastique, la taille des particules étant en
général inférieure à 1 pm et avantageusement de 50 à 300 nm. Le
modificateur de résistance aux chocs est préparé par
polymérisation en émulsion. La proportion de modifiants chocs
dans la matrice thermoplastique polymère est de 0 à 50 %, de
préférence de 0 à 25 %, et avantageusement de 0 à 20 % en poids.
Comme charges, on peut citer des nanotubes de carbone ou des
charges minérales, y compris des nanocharges minérales (TiO2,
silice).
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- le polymère thermoplastique (méth)acrylique possède une
température de transition vitreuse (Tg) comprises entre 50 C et
160 C, de préférence comprises entre 70 C et 140 C, et de
manière encore plus préférée 90 C et 120 C. En outre le polymère
thermoplastique (méth)acrylique ou une partie du polymère
thermoplastique (méth)acrylique possède un indice de fluage
(MFI) selon l'ISO 1133 (230 C/3,8 kg) entre inférieur à
20 g/10 min. De préférence, l'indice de fluage est inférieur à
18 g/10 min, plus préférablement inférieur à 16 g/10 min,
avantageusement inférieur à 13 g/10 min. Cela permet de
faciliter la production des pales d'éolienne et ouvre aussi la
voie à des assemblages, ajustement ou réparation aisés sur le
site d'installation.
- l'organe raidisseur a la forme d'une poutre en I comportant
une âme et deux semelles reliées entre elles par l'âme.
- les semelles sont formées préférentiellement par un empilement
de rubans en composite polymère thermoplastique, de préférence
pré-imprégnés, ou par des pièces composites moulés par infusion
ou injection basse pression. Cet empilement peut être consolidé
par soudage.
- les semelles sont reliées à l'âme par une interface de type
soudure.
- les semelles sont reliées à l'âme par de la colle époxyde.
- le bord d'attaque est constitué en une seule pièce monolithique
soudée à l'organe raidisseur. En effet, l'utilisation d'un
polymère thermoplastique (méth)acrylique et d'interface de type
soudure permet d'envisager de nouvelles conceptions de pale
d'éoliennes et notamment des pales dont le bord d'attaque est
constitué en une seule pièce monolithique soudée à l'organe
raidisseur de façon à faciliter l'assemblage et améliorer la
résistance à l'usure sur le bord d'attaque.
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- les panneaux de composite polymère thermoplastique formant
l'enveloppe extérieure enferment une structure à faible densité,
telle que du bois (e.g. balsa), une structure en nid d'abeille
ou du plastique expansé.
- la pale d'éolienne comprend au moins un filament résistif
positionné au niveau de l'interface de type soudure.
- l'interface de type soudure présente une longueur supérieure à
5 mètres, de préférence supérieure à 10 mètres, de façon plus
préférée supérieure à 20 mètres.
- l'interface de type soudure s'étend suivant un axe longitudinal
de la pale d'éolienne.
[0014] L'invention porte en outre sur une pièce de pale d'éolienne
en composite polymère thermoplastique pour former une pale
d'éolienne selon l'invention, principalement caractérisée en ce que
le composite polymère thermoplastique comporte un renfort fibreux et
une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0015] De façon avantageuse, le composite polymère thermoplastique
de cette pièce de pale d'éolienne est recouverte au moins
partiellement, d'une couche de polymère thermoplastique
(méth)acrylique d'au moins 0,5 mm, de préférence d'au moins 1 mm, de
façon plus préférée d'au moins 2 mm, de façon encore plus préférée
d'au moins 3 mm d'épaisseur. Le composite polymère thermoplastique
peut par exemple être recouvert de cette couche de polymère
thermoplastique (méth)acrylique sur la surface destinée à être
soudée. Cela permet notamment d'éviter l'apparition de zones à
moindre concentration en résine au niveau d'une interface de type
soudure qui pourrait entrainer une fragilisation de la pale
d'éolienne.
[0016] L'invention porte en outre sur un procédé de fabrication d'une
pale d'éolienne selon l'invention, à partir d'au moins deux pièces
de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le
composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et
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une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit
procédé comprenant les étapes de :
- disposer au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite
polymère thermoplastique de manière adjacente ou se chevauchant
au niveau d'une interface d'assemblage,
- chauffer pour faire fondre la matrice de polymère
thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface
d'assemblage, et
- appliquer une pression à l'interface pour souder ensemble les
au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite polymère
thermoplastique de façon à former une interface de type
soudure.
[0017] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé :
- le procédé comprend en outre une étape préalable de fabrication
de pièce de pale d'éolienne, comprenant les sous-étapes
suivantes :
- imprégnation d'un renfort fibreux avec une composition
liquide (méth)acrylique,
- polymérisation de la composition liquide (méth)acrylique,
imprégnant ledit renfort fibreux.
- les pièces de pale d'éolienne en composite polymère
thermoplastique sont fabriquées par moulage par injection basse
pression, moulage par infusion ou par moulage de rubans pré-
imprégnés de composite polymère
thermoplastique
(méth)acrylique.
- les pièces de pale d'éolienne en composite polymère
thermoplastique sont fabriquées à une température inférieure à
150 C, de préférence inférieure à 120 C, de façon encore plus
préférée inférieure à 100 C. En effet, la composition liquide
(méth)acrylique, utilisée pour lors de la fabrication des pièces
de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique, est
liquide à une température bien inférieure aux températures de
fusion classiques des thermoplastiques classiques. Ainsi, cela
permet de réaliser les pièces de pale d'éolienne de très grande
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dimension sans avoir à mettre en uvre des procédés où lesdites
pièces sont chauffées à des températures élevées.
- la matrice de polymères thermoplastiques (méth)acryliques est
fondue par une technique sélectionnée parmi : soudage par
ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif,
soudage par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par
infrarouge ou par rayonnement ultraviolet, de préférence par
soudage par fil résistif.
- lors de l'étape de chauffage, la température au niveau de
l'interface d'assemblage est comprise entre 160 et 300 C.
[0018] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
apparaitront à la lecture de la description suivante donnée à titre
d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux Figures
annexées qui représentent :
= Figure 1, une installation éolienne.
= Figure 2, une illustration simplifiée en vue en perspective
d'une coupe transversale d'une pale d'éolienne, comportant un
composite polymère thermoplastique (méth)acrylique et une
interface de type soudure.
= Figure 3, une illustration simplifiée d'un agrandissement d'une
zone de jonction entre un panneau composite polymère
thermoplastique (méth)acrylique et un organe raidisseur
comportant une interface de type soudure.
= Figure 4, un schéma de procédé d'un mode de réalisation préféré
d'un procédé de fabrication selon l'invention. Les étapes en
pointillées sont optionnelles.
= Figure 5, le schéma simplifié illustrant une vue éclatée en
perspective de différentes pièces constituant une pale
d'éolienne.
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[Description de l'invention]
[0019] Dans la suite de la description, l' interface de type
soudure , correspond au joint soudé entre des pièces, ou des parties
de pièce. Elle se rapporte à la zone fondue, c'est-à-dire la zone de
5 polymère thermoplastique qui est passée à l'état liquide au cours de
l'opération de soudage. Le soudage selon l'invention peut être
réalisé avec ou sans apport de matière thermoplastique d'apport
notamment (méth)acrylique.
[0020] La poutre en I selon l'invention correspond à une
10 structure ayant une section transversale en forme de I ou de H. Les
éléments horizontaux du I sont appelés semelles, tandis que
l'élément vertical est appelé âme. La poutre en I selon l'invention
est de préférence constituée de composite polymère thermoplastique.
[0021] Par filament résistif on entend au sens de l'invention un
filament comprenant un matériau présentant une résistivité
supérieure à 1 10-2 Q mm2/m à 20 C, par exemple supérieure à 0,1 Q
mm2/m à 20 C. Le filament résistif peut par exemple comprendre du
métal ou un alliage de métal ou tous autres éléments organiques
conducteurs à base de carbone comme un fil ou film polymérique
conducteur à base de noir de carbone, de nanotubes de carbone, de
graphènes.. De préférence, le filament résistif possède une
température de fusion élevée et supérieure à la température de
ramollissement ou écoulement (e.g. transition vitreuse) du polymère
thermoplastique (méth)acrylique selon l'invention. La température de
fusion du filament résistif est de préférence supérieure à 300 C, de
façon plus préférée supérieure à 500 C, par exemple supérieure à
750 C. Dans le cas d'un fil ou film polymère conducteur, il devra
présenter une température d'écoulement au moins égale à celle du
polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0022] L'expression composite polymère , au sens de l'invention,
désigne un matériau multicomposant comprenant au moins deux
composants non miscibles dans lequel au moins un composant est un
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polymère et l'autre composant peut par exemple être un renfort
fibreux.
[0023] On entend par renfort fibreux ou substrat fibreux , au
sens de l'invention, plusieurs fibres, des stratifils
unidirectionnels ou un mat à filament continu, des tissus, des
feutres ou des non-tissés qui peuvent être sous la forme de bandes,
nappes, tresses, mèches ou pièces.
[0024] On entend par matrice , une matière servant de liant et
capable de transférer des efforts au renfort fibreux. La matrice
de polymère comporte des polymères mais peut également comporter
d'autres composés ou matériaux. Ainsi, la matrice de polymère
(méth)acrylique , se rapporte à tout type de composés, polymères,
oligomères, copolymères ou copolymères à blocs, acryliques et
méthacryliques. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de
l'invention si la matrice de polymère (méth)acrylique comprend
jusqu'à 10% en poids, de préférence moins de 5% en poids d'autres
monomères non acryliques, choisis par exemple dans le groupe :
butadiène, isoprène, styrène, styrène substitué tel que l'a-
methylstyrène ou le tert-butylstyrène, cyclosiloxanes,
vinylnaphthalènes et vinyl pyridines.
[0025] Par polymère , on entend soit un copolymère soit un
homopolymère. On entend par copolymère , un polymère regroupant
plusieurs unités monomères différentes et par homopolymère , un
polymère regroupant des unités monomères identiques. On entend par
copolymère à blocs , un polymère comprenant une ou plusieurs
séquences ininterrompues de chacune des espèces polymères
distinctes, les séquences polymères étant chimiquement différentes
l'une de l'autre et étant liées entre elles par une liaison
covalente. Ces séquences polymères sont encore dénommées blocs
polymères.
[0026] Le terme amorceur radicalaire , au sens de l'invention,
désigne un composé qui peut démarrer/initier la polymérisation d'un
monomère ou de monomères.
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[0027] Le terme polymérisation , au sens de l'invention, désigne
le procédé de conversion d'un monomère ou d'un mélange de monomères
en un polymère.
[0028] Le terme monomère , au sens de l'invention, désigne une
molécule qui peut subir une polymérisation.
[0029]On entend par polymère thermoplastique , au sens de
l'invention, un polymère généralement solide à température ambiante,
pouvant être cristallin, semi-cristallin ou amorphe, et qui se
ramollit lors d'une augmentation de température, en particulier
après passage de sa température de transition vitreuse (Tg) et
s'écoule à plus haute température et pouvant observer une fusion
franche au passage de sa température dite de fusion (Tf) (lorsqu'il
est semi-cristallin), et qui redevient solide lors d'une diminution
de température en dessous de sa température de fusion et en dessous
de sa température de transition vitreuse. Cela s'applique également
pour des polymères thermoplastiques légèrement réticulés par la
présence de monomères ou oligomères multifonctionnels dans la
formulation du sirop (méth)acrylate, en pourcentage massique de
préférence moins de 10%, de préférence moins de 5% et de façon
préférée moins de 2% qui peuvent être thermoformés lorsqu'ils sont
chauffés au-dessus de la température de ramollissement.
[0030] On entend par polymère thermodurcissable , au sens de
l'invention, une matière plastique qui se transforme de manière
irréversible par polymérisation en un réseau polymère insoluble.
[0031] On entend par monomère (méth)acrylique , tout type de
monomère acrylique et méthacrylique.
[0032] On entend par polymère (méth)acrylique , un polymère
comprenant essentiellement des monomères (méth)acryliques qui
représentent au moins 50% en poids ou plus du polymère
(méth)acrylique.
[0033] Le terme PMMA , au sens de l'invention, désigne des homo-
et copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), le rapport en poids
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de MMA dans le PMMA étant de préférence d'au moins 70 % en poids
pour le copolymère de MMA.
[0034] Dans la suite de la description, les mêmes références sont
utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0035] Selon un premier aspect, la présente invention concerne une
pale d'éolienne dont la structure comprend un composite polymère
thermoplastique comportant un renfort fibreux et une matrice de
polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0036] Les polymères thermoplastiques (méth)acryliques entrant dans
la constitution de la matrice imprégnant le renfort fibreux, peuvent
être choisis parmi les polymères et copolymères de la famille des
acryliques comme les polyacrylates. Ils sont plus particulièrement
sélectionnés parmi le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou ses
dérivés ou les copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA) ou leurs
mélanges.
[0037] De façon préférée, le polymère thermoplastique
(méth)acrylique, formant la matrice de polymère thermoplastique
(méth)acrylique, possède une température de transition vitreuse (Tg)
comprises entre 50 C et 160 C, de préférence comprises entre 70 C et
140 C, et de manière encore plus préférée 90 C et 120 C. Par cet
aspect, il présente un avantage par rapport à d'autres polymères
thermoplastiques tels que les polyamines. En effet, les polyamines
ont généralement des températures de fusion très élevées, à savoir
à partir de 200 C et plus, ce qui ne facilite pas un assemblage sur
site comme cela est le cas selon le procédé de l'invention. Les
températures de transition vitreuse ou de fusion peuvent être
mesurées par les méthodes bien connues de l'homme du métier. De
préférence, ces températures sont mesurées par Calorimétrie
Différentielle à Balayage selon les conditions spécifiées dans les
normes ISO 11357-2/2013 pour Tg et ISO 11357-3/2011 pour Tf. En outre
le polymère thermoplastique (méth)acrylique ou une partie du
polymère thermoplastique (méth)acrylique possède un indice de
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fluage (MFI) selon l' ISO 1133 (230
C/3,8 kg) inférieur à
20 g/10 min. De préférence, l'indice de fluage est inférieur à
18 g/10 min, plus préférablement inférieur à 16 g/10 min,
avantageusement inférieur à 13 g/10 min.
[0038] En outre, de façon préférée, la pale d'éolienne selon
l'invention ne comprend pas plus de 50 % en poids, de façon plus
préférée pas plus de 40 % en poids, de façon plus préférée pas plus
de 30 % en poids, de façon avantageuse pas plus de 20 % en poids, de
façon plus avantageuse pas plus de 15 % en poids et de façon encore
plus avantageuse pas plus de 10 % en poids de polymères
thermodurcissables tel que des résines époxydes ou polyesters ou
polyuréthannes. Or jusqu'ici, les polymères thermodurcissables ont
généralement été utilisés dans la fabrication des matériaux
composite polymère utilisés pour la formation des pales d'éolienne
ou pièces de pale d'éolienne. De même, de façon préférée, la pale
d'éolienne selon l'invention ne comprend pas plus de 10 % en poids,
de façon plus préférée pas plus de 9 % en poids et de façon encore
plus préférée pas plus de 8 % en poids, de façon avantageuse pas
plus de 7 % en poids, de façon plus avantageuse pas plus de 6 % en
poids et de façon encore plus avantageuse pas plus de 5 % en poids
de colles, de préférence de colles thermodurcissables. En effet, le
collage des différentes pièces de pales d'éoliennes est généralement
réalisé avec de la colle structurelle thermodurcissable de type
résine époxyde.
[0039] Dans le cadre de l'invention, l'utilisation de panneaux de
composite polymère thermoplastique, comportant un renfort fibreux et
une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique permet de
réduire significativement la quantité de polymère thermodurcissable
utilisée dans les pales d'éolienne et ouvre des possibilités non
envisageables avec des panneaux de composite polymère
thermodurcissable telles qu'un recyclage d'une majorité de la pale,
ainsi que des montages ou des réparations sur site facilitées.
[0040] Comme cela sera détaillé par la suite, la matrice de polymères
thermoplastiques (méth)acryliques peut être obtenue à partir de la
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polymérisation d'une composition liquide (méth)acrylique comprenant
un monomère (méth)acrylique ou un mélange de monomères
(méth)acryliques, un polymère (méth)acrylique précurseur et au moins
un amorceur radicalaire.
5 [0041] La matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique est
formée de polymère thermoplastique (méth)acrylique mais elle peut
comprendre en outre un ou plusieurs additifs et/ou une ou plusieurs
charges.
[0042] Les charges carbonées peuvent être en particulier du charbon
10 actif, de l'anthracite naturel, de l'anthracite synthétique, du noir
de carbone, du graphite naturel, du graphite synthétique, des
nanocharges carbonées ou leurs mélanges. Elles sont de préférence
choisies parmi des nanocharges carbonées, en particulier des
graphènes et/ou des nanotubes de carbone et/ou des nanofibrilles de
15 carbone ou leurs mélanges. Ces charges permettent de conduire
l'électricité et la chaleur, et permettent par conséquent
d'améliorer la lubrification de la matrice polymère lorsqu'elle est
chauffée. Elles peuvent permettre alors une réduction accrue des
temps de cycle ou faciliter l'assemblage, l'ajustement ou la
réparation sur le site d'installation.
[0043] Les charges minérales comprennent notamment les hydroxydes
métalliques, qui se présentent plus particulièrement sous forme de
trihydate d'alumine (Al(OH)3) ou d'hydroxyde de magnésium (Mg(OH))
ou oxyde de magnésium (MgO), les hydroxides de calcium et les charges
minérales telles que le carbonate de calcium, le dioxyde de titane
ou la silice ou les nanocharges minérales telles que les nanodioxide
de titane ou les nanosilices.
[0044] En tant qu'additifs, il est possible de mentionner les
additifs organiques tels que les modificateurs de la résistance aux
impacts ou les copolymères séquencés, les stabilisateurs thermiques,
les stabilisateurs UV, les lubrifiants, modificateurs de viscosité,
les modificateurs de pH (soude), les modificateurs de granulométrie
(sulfate de sodium), les biocides, et leurs mélanges. Ces additifs
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permettent d'améliorer notamment les propriétés rhéologiques,
chimiques et d'adhérence de la matrice de polymère thermoplastique
(méth)acrylique.
[0045] Le pourcentage massique de l'ensemble des additifs et des
charges par rapport au poids total de matrice de polymère
thermoplastique (méth)acrylique est de préférence inférieur à 30%,
de préférence inférieur à 10%.
[0046] Le renfort fibreux se rapporte généralement à plusieurs
fibres, des stratifils unidirectionnels ou un mat à filament continu,
des tissus, des feutres ou des non-tissés qui peuvent être sous la
forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces.
[0047] Un renfort fibreux comprend un assemblage d'une ou plusieurs
fibres, généralement plusieurs fibres, ledit assemblage pouvant
avoir différentes formes et dimensions, unidimensionnelles,
bidimensionnelles ou tridimensionnelles. La forme unidimensionnelle
correspond à des fibres longues linéaires. Les fibres peuvent être
discontinues ou continues. Les fibres peuvent être agencées de façon
aléatoire ou de façon parallèle les unes aux autres, sous la forme
d'un filament continu. La forme bidimensionnelle correspond à des
mats fibreux ou des renforts non tissés ou des stratifils tissés ou
des faisceaux de fibres, qui peuvent également être tressés. Même si
la forme bidimensionnelle a une certaine épaisseur et, par
conséquent, en principe une troisième dimension, elle est considérée
comme étant bidimensionnelle selon la présente invention. La forme
tridimensionnelle correspond, par exemple, à des mats ou des
renforcements fibreux non-tissés ou des faisceaux empilés ou pliés
de fibres ou des mélanges de ceux-ci, un assemblage de la forme
bidimensionnelle dans la troisième dimension.
[0048] Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Lorsque
les fibres sont continues, leur assemblage forme des tissus. De façon
préférée, le renfort fibreux est à base de fibres continues. Une
fibre est définie par son facteur de forme, qui est le rapport entre
la longueur et le diamètre de la fibre. Les fibres utilisées dans la
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présente invention sont des fibres longues obtenues à partir de
fibres continues ou des fibres continues. Les fibres présentent un
rapport de forme d'au moins 1000, de préférence au moins 1500, plus
préférablement au moins 2000, avantageusement au moins 3000 et plus
avantageusement au moins 5000, encore plus avantageusement au moins
6000, encore plus avantageusement au moins 7500 et le plus
avantageusement au moins 10 000. Les fibres continues présentent un
rapport de forme d'au moins 1000. Les dimensions d'une fibre peuvent
être mesurées par les méthodes bien connues de l'homme du métier. De
préférence, ces dimensions sont mesurées par microscopie selon la
norme ISO 137.
[0049] Les origines des fibres constituant le renfort fibreux peuvent
être naturelles ou synthétiques. En tant que matériau naturel, on
peut mentionner des fibres végétales, des fibres de bois, des fibres
animales ou des fibres minérales. Des fibres végétales sont, par
exemple, des fibres de sisal, jute, chanvre, lin, coton, noix de
coco, et des fibres de banane. Des fibres animales sont, par exemple,
de la laine ou des poils. Les fibres minérales peuvent également
être choisies parmi des fibres de verre, en particulier de type E,
R ou S2, des fibres de basalte, des fibres de carbone, des fibres
de bore ou des fibres de silice.
[0050] En tant que matériau synthétique, il peut être mentionné des
fibres polymères choisies parmi des fibres de polymères
thermodurcissables, de polymères thermoplastiques ou des mélanges
de ceux-ci. Les fibres polymères peuvent être constituées de
polyamide (aliphatique ou aromatique), polyester, alcool
polyvinylique, polyoléfines, polyuréthanes, chlorure de polyvinyle,
polyéthylène, polyesters insaturés, résines époxyde et esters
vinyliques.
[0051] De préférence, le renfort fibreux de la présente invention
comporte des fibres végétales, des fibres de bois, des fibres
animales, des fibres minérales, des fibres polymères synthétiques,
des fibres de verre, des fibres de basalte et des fibres de carbone,
seules ou en mélange. De façon plus préférée, le renfort fibreux de
la présente invention comporte des fibres de carbone ou des fibres
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de verre. De façon plus préférée, le renfort fibreux de la présente
invention consiste essentiellement en des fibres de carbone ou des
fibres de verre.
[0052] Les fibres du renfort fibreux ont par exemple un diamètre
compris entre 0,005 pm et 100 pm, de préférence entre 1 pm et 50 pm,
plus préférablement entre 5 pm et 30 pm et avantageusement, entre
pm et 25 pm.
[0053] De préférence, les fibres du renfort fibreux de la présente
invention sont choisies parmi des fibres continues pour la forme
10 unidimensionnelle, ou parmi les fibres longues ou continues pour la
forme bidimensionnelle ou tridimensionnelle du renfort fibreux.
[0054] La figure 1 illustre une éolienne classique 100 à axe
horizontal comportant avec un mât 101, une nacelle 102 et un rotor
avec un arbre de rotor sensiblement horizontal. Le rotor comprend
un moyeu 103 et trois pales d'éolienne 1 s'étendant radialement à
partir du moyeu 103, chacune ayant une racine 104 de la pale
d'éolienne la plus proche du moyeu 103 et une pointe 105 de la pale
d'éolienne la plus éloignée du moyeu 103. Le rotor est entraîné par
l'énergie du vent, il est branché directement ou indirectement (via
un multiplicateur de vitesse à engrenages) au système mécanique qui
utilisera l'énergie recueillie (pompe, générateur électrique...).
[0055] Comme on le voit sur la Figure 1, la pale d'éolienne 1 présente
généralement une forme de section transversale qui évolue entre la
pointe 105 et la racine 104 de la pale d'éolienne, correspondant à
une zone d'attache. La pale d'éolienne 1 comporte une enveloppe
extérieure définissant un intrados 11 et un extrados 12 ainsi qu'un
bord d'attaque 4 et un bord de fuite 5. Cette enveloppe extérieure,
définissant au moins partiellement une surface extérieure de la pale
d'éolienne 1, est formée, au moins en partie, de panneaux 3 de
composite polymère thermoplastique. L'enveloppe extérieure est par
exemple plus particulièrement formée par les panneaux 3 de composite
polymère thermoplastique associés à un organe raidisseur 6.
Alternativement, l'organe raidisseur 6 peut être entièrement entouré
par les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique et donc ne
pas participer à la formation de l'enveloppe extérieure.
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[0056] Les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique peuvent
prendre des formes diverses telles que des bandes, des nappes, des
plaques ou plus largement des pièces de composite polymère rigides.
[0057] Les panneaux 3 de composite polymère thermoplastique peuvent
en outre faire l'objet d'un traitement ultérieur visant à renforcer
l'enveloppe extérieure et améliorer leurs propriétés mécaniques et
chimiques. Le traitement peut par exemple être localisé
spécifiquement sur certaines zones de la surface extérieure de la
pale d'éolienne 1 comme le long du bord d'attaque 4. Dans ce cas,
le traitement peut comprendre le dépôt d'une couche de protection
de matière plastique ou de métal recouvrant le bord d'attaque 4.
[0058] Comme cela est présenté en figure 2, la pale d'éolienne 1
comporte également au moins un organe raidisseur 6 longitudinal en
composite polymère thermoplastique à l'intérieur de ladite pale
d'éolienne 1, s'étendant suivant un axe longitudinal A de la pale
d'éolienne. L'organe raidisseur 6 est disposé entre au moins un
panneau définissant le bord d'attaque 4 et au moins un panneau
définissant le bord de fuite 5.
[0059] Comme cela est présenté à la figure 2, la pale d'éolienne
selon l'invention peut présenter un bord d'attaque constitué en une
seule pièce monolithique soudée à l'organe raidisseur 6. En effet,
la présente invention, basée au moins en partie sur l'utilisation
de composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux
et une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique permet
de réaliser de nouvelles conceptions de pale d'éolienne aussi bien
dans la forme comme cela est présenté à la figure 2 avec un bord
d'attaque constitué en une seule pièce monolithique soudée à
l'organe raidisseur 6 que dans la méthode d'assemblage comme cela
sera détaillé par la suite.
[0060] Les éléments de panneau 3 et l'organe raidisseur sont reliés
de manière à constituer ensemble au moins une partie de l'enveloppe
extérieure de la pale d'éolienne.
[0061] L'organe raidisseur 6 confère stabilité et rigidité locale
accrues par rapport au panneau de composite polymère thermoplastique
seul. L'organe raidisseur 6 s'étend suivant un axe longitudinal A
de la pale d'éolienne à l'intérieur de ladite pale d'éolienne 1 de
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façon à en stabiliser la structure. De préférence, l'organe
raidisseur 6 comporte un composite polymère thermoplastique, le
composite polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et
une matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
5 [0062] Comme cela est présenté en figure 2, l'organe raidisseur 6 a
la forme d'une poutre en I comportant une âme 61 et deux semelles
62 reliées entre elles par l'âme 61. L'âme peut être formée d'un
assemblage comportant un composite en polymères thermoplastiques
enfermant une structure à faible densité. Cet agencement forme une
10 structure de type sandwich où la structure à faible densité est
entourée par un ou plusieurs panneaux de composite polymère
thermoplastique. Alternativement, l'organe raidisseur 6 peut prendre
la forme d'un tube présentant une section ayant une forme de
quadrilatère (de préférence carré ou rectangle) pouvant ainsi
15 correspondre à un organe raidisseur comportant deux âmes et deux
semelles
[0063] Comme cela est présenté dans la figure 3, les semelles 62
peuvent être formées par un empilement de ruban 63 en composite
polymère thermoplastique, le composite polymère thermoplastique
20 comportant un renfort fibreux et une matrice de polymère
thermoplastique (méth)acrylique. De façon préférée, les semelles 62
sont reliées à l'âme 61 par une interface de type soudure 7.
Alternativement, les semelles 62 peuvent être reliées à l'âme 61
par de la colle époxydes ou polyesters ou polyuréthannes.
[0064] La figure 3 représente une vue agrandie de l'interface de
type soudure 7 reliant un panneau de composite polymère
thermoplastique à l'organe raidisseur 6.
[0065] L'interface de type soudure 7 présente une épaisseur
supérieure ou égale à 0,5 mm, de préférence supérieure ou égale à 1
mm, de façon plus préférée supérieure ou égale à 2 mm.
[0066] L'épaisseur de l'interface de type soudure 7 peut être mesurée
par des méthodes conventionnelles par exemple à partir d'une coupe
verticale de ladite interface de type soudure 7.
[0067] Lorsque l'interface de type soudure 7 permet de relier un
panneau de composite polymère thermoplastique à l'organe raidisseur
6, alors elle s'étend suivant un axe longitudinal A de la pale
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d'éolienne. La figure 3 ne représente qu'une vue en coupe de
l'interface de type soudure 7 mais cette dernière s'étend de
préférence sur toute la longueur de l'organe raidisseur. Ainsi,
l'interface de type soudure peut présenter une longueur supérieure
à 5 mètres, de préférence supérieure à 10 mètres et de façon encore
plus préférée, supérieure à 20 mètres.
[0068] Sur la représentation selon la figure 3, il est également
possible de discerner la présence, entre deux panneaux 3 de composite
polymère thermoplastique, d'une structure à faible densité 8. En
effet, de façon préférée, les panneaux 3 de composite polymère
thermoplastique formant au moins partiellement l'enveloppe
extérieure enferment une structure à faible densité 8. Cet
agencement forme une structure de type sandwich où la structure à
faible densité 8 est entourée par un ou plusieurs panneaux 3 de
composite polymère thermoplastique. La structure à faible densité
présente généralement une densité inférieure à 200 kg/m3, de
préférence inférieure à 150 kg/m3, et de façon encore plu préférée
inférieure à 75 kg/m3. La structure à faible densité est par exemple
sélectionnée parmi du bois (tel que du balsa), une structure en nid
d'abeille ou du plastique expansé ou moussé (tel que du polystyrène
expansé ou de la mousse de PET (polyethylene terephtalate), ou de
PVC (polychlorure de vinyle).
[0069] Selon un autre aspect, l'invention porte sur une pièce de
pale d'éolienne 2 en composite polymère thermoplastique pour former
une pale d'éolienne 1 selon l'invention où le composite polymère
thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de
polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0070] De façon préférée, le composite polymère thermoplastique de
la pièce 2 de pale d'éolienne est recouvert au moins partiellement
d'une couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique d'au moins
1 mm, de préférence d'au moins 2 mm, de façon plus préférée d'au
moins 3 mm d'épaisseur par exemple sur une surface destinée à être
soudée. Le composite polymère thermoplastique est plus
particulièrement recouvert de cette couche de polymère
thermoplastique (méth)acrylique au niveau d'une zone d'interface
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d'assemblage destinée à former la future interface de type soudure.
Cela permet notamment d'éviter l'apparition de zones à moindre
concentration en polymère thermoplastique. Alternativement, la pièce
2 de pale d'éolienne peut présenter au moins une face recouverte de
la couche de polymère thermoplastique (méth)acrylique.
[0071] Selon un autre aspect et comme cela est présenté en figure 5,
l'invention porte sur procédé de fabrication d'une pale d'éolienne
1 selon l'invention, à partir d'au moins deux pièces de pale
d'éolienne en composite polymère thermoplastique, le composite
polymère thermoplastique comportant un renfort fibreux et une
matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique, ledit procédé
comprenant les étapes de :
- disposer 220 les deux pièces de pale d'éolienne en composite
polymère thermoplastique de manière adjacente ou se
chevauchant au niveau d'une interface d'assemblage 71,
- chauffer 230 pour faire fondre la matrice de polymère
thermoplastique (méth)acrylique au niveau de l'interface
d'assemblage 71, et
- appliquer 240 une pression à l'interface pour souder ensemble
les au moins deux pièces de pale d'éolienne en composite
polymère thermoplastique de façon à former une interface de
type soudure 7.
[0072] La matrice de polymère thermoplastique (méth)acrylique peut
être fondue par une technique sélectionnée parmi : soudage par
ultrasons, soudage par induction, soudage par fil résistif, soudage
par friction-agitation, soudage au laser, chauffage par infrarouge
ou par rayonnement ultraviolet. De préférence elle est fondue par
soudage par fil résistif. Le soudage selon l'invention peut être
réalisé avec ou sans apport de matière thermoplastique
(méth)acrylique d'apport.
[0073] De façon préférée, lors de l'étape de chauffage 230, la
température au niveau de l'interface d'assemblage 71 est comprise
entre 160 et 300 C. Cette température peut être mesurée
classiquement par thermomètre infrarouge.
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[0074] En outre, le procédé 200 de fabrication d'une pale d'éolienne
selon l'invention peut comprendre une étape 210 préalable de
fabrication de pièces de pale d'éolienne en composite polymère
thermoplastique, le composite polymère thermoplastique comportant
un renfort fibreux et une matrice de polymère thermoplastique
(méth)acrylique.
[0075] L'étape 210 de fabrication de pièce de pale d'éolienne,
comprenant les sous-étapes suivantes :
- imprégnation 211 d'un renfort fibreux avec une composition
liquide (méth)acrylique,
- polymérisation 212 de la composition liquide (méth)acrylique,
imprégnant ledit renfort fibreux.
[0076] Un des avantages de la présente invention est que les pièces
2 de pale d'éolienne en composite polymère thermoplastique peuvent
être fabriquées à une température inférieure à 150 C, de préférence
inférieure à 140 C, de façon encore plus préférée inférieure à 125 C,
de façon avantageuse inférieure à 120 C, de façon plus avantageuse
inférieure à 110 C et de façon encore plus avantageuse inférieure à
100 C. Par exemple, l'étape d'imprégnation du renfort fibreux avec
la composition liquide (méth)acrylique est réalisée à une
température inférieure à 150 C, de préférence inférieure à 120 C, de
façon encore plus préférée inférieure à 100 C ou inférieure à 80 C.
En effet, la composition liquide (méth)acrylique, utilisée pour la
fabrication des pièces 2 de pale d'éolienne en composite polymère
thermoplastique, est liquide à une température bien inférieure aux
températures de fusion classiques des thermoplastiques classiques.
Ainsi, cela permet de réaliser les pièces de pale d'éolienne qui
sont de très grande dimension sans avoir à mettre en uvre des
procédés où lesdites pièces sont chauffées à des températures
élevées. Ainsi, il faut comprendre que les procédés pouvant être
utilisés pour fabriquer ces pièces ne nécessitent pas une étape de
chauffage à une température élevée comme cela aurait pu être le cas
avec un thermoplastique classique.
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[0077] L'étape 210 de fabrication de pièce 2 de pale d'éolienne peut
également comprendre une sous-étape 213 de dépôt d'une couche de
polymère thermoplastique (méth)acrylique. Ce dépôt peut être de
préférence au niveau d'une zone d'interface d'assemblage destinée à
former la future interface de type soudure. Alternativement, le
dépôt est réalisé sur l'intégralité de la pièce 2 de pale d'éolienne.
[0078] En ce qui concerne l'étape 210 de fabrication de pièces de
pale d'éolienne, différents procédés peuvent être utilisés pour
fabriquer ces pièces. Il peut être mentionné l'infusion de résine
assistée par le vide (VARI), la pultrusion, le moulage par infusion
sous vide, le moulage par infusion sous pression, le moulage à
l'autoclave, le moulage par transfert de résine (RTM) et des
variantes de celui-ci telles que (HP-RTM, C-RTM, I-RTM), le moulage
par réaction-injection (RIM), le moulage par réaction-injection
renforcée (R-RIM) et des variantes de celui-ci, le moulage à la
presse, le moulage par compression, le moulage par compression de
liquide (LCM) ou le moulage en feuille (SMC) ou le moulage en vrac
(BMC). De préférence, les pièces de pale d'éolienne en composite
polymère sont fabriquées par moulage par injection basse pression,
moulage par infusion ou par moulage de rubans de composite polymère
thermoplastique (méth)acrylique, par exemple des rubans pré-
imprégnés.
[0079] Un premier procédé de fabrication préféré pour fabriquer des
pièces de pale d'éolienne est un procédé selon lequel la composition
liquide (méth)acrylique est transférée sur le renfort fibreux par
imprégnation du renfort fibreux dans un moule. Les procédés
nécessitant un moule sont énumérés ci-dessus et comprennent le mot
moulage.
[0080] Un deuxième procédé de fabrication préféré pour fabriquer des
pièces de pale d'éolienne sont des procédés selon lesquels la
composition liquide est utilisée dans le procédé de pultrusion. Les
fibres sont guidées par l'intermédiaire d'un lot de résine
comprenant la composition selon l'invention. Les fibres sous forme
de renfort fibreux sont, par exemple, sous la forme d'un stratifil
unidirectionnel ou un mat de filament continu. Après imprégnation
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dans le lot de résine, les fibres mouillées sont tirées à travers
une filière chauffée, où la polymérisation se produit.
[0081] Un troisième procédé de fabrication préféré est l'infusion de
résine assistée par le vide (VARI).
5 [0082] Le procédé de fabrication de pièces de pale d'éolienne, mais
également de pièces ou produits mécaniques ou structurés, peut
comprendre en outre l'étape de post-formage. Le post-formage
comprend une flexion ainsi qu'une modification de la forme de la
pièce composite. Le procédé de fabrication de pièces de pale
10 d'éolienne peut comprendre en outre une étape de laminage.
[0083] Les pièces thermoplastiques obtenues par les procédés selon
l'invention peuvent être post-formées après polymérisation de la
composition liquide de l'invention. Le formage comprend une flexion
ainsi qu'une modification de la forme de la pièce composite.
[0084]En ce qui concerne la composition liquide (méth)acrylique,
elle peut comprendre un monomère (méth)acrylique, un polymère
(méth)acrylique précurseur et un amorceur radicalaire tel que cela
est décrit dans W02013/056845 et W02014/013028.
[0085] En outre, pendant l'imprégnation, lors de la préparation de
composite polymère, la viscosité de la composition liquide
(méth)acrylique, ou sirop d'imprégnation, doit être régulée et
adaptée de manière à ne pas être trop fluide ou trop visqueux, afin
d'imprégner correctement chaque fibre du renfort fibreux. Lorsque
le mouillage est partiel, soit parce que le sirop est trop fluide
ou trop visqueux, des zones nues , c'est-à-dire des zones non
imprégnées, et des zones dans lesquelles des gouttes de polymère se
forment sur les fibres, qui sont la cause de la formation de bulles,
respectivement, apparaissent. Ces zones nues et ces bulles
conduisent à l'apparition de défauts dans le matériau composite
final, qui sont la cause, entre autres, d'une perte de résistance
mécanique du matériau composite final. De plus, en cas d'utilisation
sans imprégnation, il est souhaitable de disposer d'une composition
liquide qui polymérise rapidement avec une bonne conversion afin
d'augmenter la productivité.
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[0086] Ainsi, ladite composition liquide (méth)acrylique présente de
préférence une viscosité dynamique comprise entre 10 mPa*s et
000 mPa*s à 25 C. La viscosité dynamique de la composition
liquide ou du sirop (méth)acrylique est dans une plage de 10 mPa*s
5 à 10000 mPa*s, de préférence de 20 mPa*s à 7000 mPa*s
et
avantageusement de 20 mPa*s à 5000 mPa*s. La viscosité de la
composition liquide (méth)acrylique, ou sirop (méth)acrylique
liquide, peut être aisément mesurée avec un rhéomètre ou un
viscosimètre. La viscosité dynamique est mesurée à 25 C. Si le sirop
10 (méth)acrylique liquide présente un comportement newtonien, c'est-
à-dire sans fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique
est indépendante du cisaillement dans un rhéomètre ou de la vitesse
du mobile dans un viscosimètre. Si la composition liquide présente
un comportement non newtonien, c'est-à-dire avec fluidification par
cisaillement, la viscosité dynamique est mesurée à un taux de
cisaillement de 1s-1 à 25 C.
[0087] Le monomère (méth)acrylique, le monomère est choisi parmi
l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, des monomères
alkylacryliques, des monomères alkylméthacryliques, des monomères
hydroxyalkylacryliques et des monomères hydroxyalkylméthacryliques,
et des mélanges de ceux-ci.
[0088] De préférence, le monomère (méth)acrylique est choisi parmi
l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, des monomères
hydroxyalkylacryliques, des monomères hydroxyalkylméthacryliques,
des monomères alkylacryliques, des monomères alkylméthacryliques et
des mélanges de ceux-ci, le groupe alkyle contenant de 1 à
22 carbones linéaires, ramifiés ou cycliques ; le groupe alkyle
contenant de préférence de 1 à 12 carbones linéaires, ramifiés ou
cycliques.
[0089]Avantageusement, le monomère (méth)acrylique est choisi parmi
les méthacrylate de méthyle, méthacrylate d'éthyle, acrylate de
méthyle, acrylate d'éthyle, acide méthacrylique, acide acrylique,
acrylate de n-butyle, acrylate d'isobutyle, méthacrylate de n-
butyle, méthacrylate d'isobutyle, acrylate de cyclohexyle,
méthacrylate de cyclohexyle, acrylate d'isobornyle, méthacrylate
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d'isobornyle, acrylate d'hydroxyéthyle et méthacrylate de
hydroxyéthyle, et des mélanges de ceux-ci.
[0090] Selon un mode de réalisation préféré, au moins 50 % en poids
et de préférence au moins 60 % en poids du monomère (méth)acrylique
est du méthacrylate de méthyle.
[0091] Selon un premier mode de réalisation plus préféré, au moins
50 % en poids, de préférence au moins 60 % en poids, plus
préférablement au moins 70 % en poids, avantageusement au moins 80 %
en poids et encore plus avantageusement 90 % en poids du monomère
est un mélange de méthacrylate de méthyle avec facultativement au
moins un autre monomère.
[0092]En ce qui concerne le polymère (méth)acrylique précurseur, il
peut être mentionné des méthacrylates de polyalkyle ou des acrylates
de polyalkyle. Selon un mode de réalisation préféré, le polymère
(méth)acrylique précurseur est le poly(méthacrylate de méthyle)
(PMMA).
[0093] Selon un mode de réalisation, l'homo- ou copolymère de
méthacrylate de méthyle (MMA) comprend au moins 70 %, de préférence
au moins 80 %, avantageusement au moins 90 % et plus avantageusement
au moins 95 % en poids de méthacrylate de méthyle.
[0094] Selon un autre mode de réalisation, le PMMA est un mélange
d'au moins un homopolymère et au moins un copolymère de MMA, ou un
mélange d'au moins deux homopolymères ou deux copolymères de MMA
avec un poids moléculaire moyen différent, ou un mélange d'au moins
deux copolymères de MMA ayant une composition de monomères
différente.
[0095] Le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de
70 % à 99,7 % en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,3 % à 30 %
en poids d'au moins un monomère contenant au moins une insaturation
éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle.
[0096] Ces monomères sont bien connus et il peut
être
particulièrement mentionné les acides acrylique et méthacrylique et
des (méth)acrylates d'alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient
de 1 à 12 atomes de carbone. A titre d'exemples, il peut être
mentionné l'acrylate de méthyle et le (méth)acrylate d'éthyle, de
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butyle ou de 2-éthylhexyle. De préférence, le comonomère est un
acrylate d'alkyle dans lequel le groupe alkyle contient de 1 à
4 atomes de carbone.
[0097] Selon un premier mode de réalisation préféré, le copolymère
de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend de 80 % à 99,7 %,
avantageusement de 90 % à 99,7 % et plus avantageusement de 90 % à
99,5 % en poids de méthacrylate de méthyle et de 0,3 % à 20 %,
avantageusement de 0,3 % à 10 % et plus avantageusement de 0,5 % à
% en poids d'au moins un monomère contenant au moins une
10 insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate
de méthyle. De préférence, le comonomère est choisi parmi l'acrylate
de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et des mélanges de ceux-ci.
[0098] Le poids moléculaire moyen en poids du
polymère
(méth)acrylique précurseur doit être élevé, c'est-à-dire supérieur
à 50 000 g/mol et de préférence supérieur à 100 000 g/mol. Le poids
moléculaire moyen en poids peut être mesuré par chromatographie
d'exclusion stérique.
[0099] Le polymère (méth)acrylique précurseur est totalement soluble
dans le monomère (méth)acrylique ou dans le mélange de monomères
(méth)acryliques. Il permet que la viscosité du monomère
(méth)acrylique ou du mélange de monomères (méth)acryliques soit
augmentée. La composition liquide ou solution obtenue est
généralement appelée sirop ou prépolymère . La valeur de
viscosité dynamique du sirop (méth)acrylique liquide est comprise
.. entre 10 mPa.s et 10 000 mPa.s. La viscosité du sirop peut être
aisément mesurée avec un rhéomètre ou un viscosimètre. La viscosité
dynamique est mesurée à 25 C. Avantageusement, le sirop
(méth)acrylique liquide ne contient aucun solvant additionnel ajouté
volontairement.
[00100] Le monomère (méth)acrylique ou le mélange des monomères
(méth)acryliques dans la composition liquide (méth)acrylique ou le
sirop (méth)acrylique liquide sont présents à hauteur d'au moins
% en poids, de préférence d'au moins 45 % en poids, de plus
préféré d'au moins 50 % en poids, avantageusement d'au moins 60 % en
35 poids et plus avantageusement d'au moins 65 % en poids la composition
liquide (méth)acrylique.
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[00101] Le polymère (méth)acrylique précurseur dans la composition
liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique liquide est
présent à hauteur d'au moins 10 % en poids, de préférence d'au moins
15 %, avantageusement d'au moins 18 % et plus avantageusement d'au
moins 20 % en poids dans la composition liquide (méth)acrylique.
[00102] Le polymère (méth)acrylique précurseur dans la
composition liquide (méth)acrylique ou le sirop (méth)acrylique
liquide est présent à hauteur d'au plus 60 % en poids, de préférence
d'au plus 50 %,
avantageusement d'au plus 40 % et plus
avantageusement d'au plus 35 % en poids dans la composition liquide
(méth)acrylique.
[00103]
La composition liquide (méth)acrylique ou le sirop, les
composés du sirop sont incorporés dans les pourcentages en masse
suivante :
= le monomère (méth)acrylique dans la composition liquide ou
le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions
comprises entre 40 % et 90 % en poids et de préférence entre
45 % et 85 % en poids de la composition consistant en le
monomère (méth)acrylique et le polymère (méth)acrylique,
= le polymère (méth)acrylique dans la composition liquide ou
le sirop (méth)acrylique sont présents dans des proportions
comprises entre 10 % et 60 % en poids et avantageusement
entre 15 % et 55 % en poids de la composition consistant en
le(s) monomère (méth)acrylique et le polymère
(méth)acrylique, de façon préférée, le polymère
(méth)acrylique dans la composition liquide est présent dans
des proportions comprises entre 18 % et 30 %, de façon plus
préférée entre 20 et 25 % en poids de la composition
consistant en le monomère (méth)acrylique et le polymère
(méth)acrylique.
[00104]
En ce qui concerne l'amorceur radicalaire, il peut être
mentionné des amorceurs de polymérisation radicalaires de préférence
hydrosolubles ou des amorceurs de polymérisation radicalaires
liposolubles ou partiellement liposolubles.
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[00105] Les amorceurs de polymérisation
radicalaires
hydrosolubles sont notamment les persulfates de sodium, de potassium
ou d'ammonium, utilisés seuls ou en présence d'agents réducteurs
tels que les métabisulfites ou hydrosulfites de sodium, le
5 thiosulfate de sodium, le formaldéhyde sulfoxylate de sodium, un
mélange de sel disodique de 2-hydroxy-2-sulfinoacide acétique, de
sulfite de sodium et de sel disodique de 2-hydroxy-2-sulfoacide
acétique ou encore un mélange de sel disodique de l'hydroxysulfino
d'acide acétique et de sel disodique de l'hydroxysulfo d'acide
10 acétique.
[00106] Les amorceurs de polymérisation radicalaires liposolubles
ou partiellement liposolubles sont notamment des peroxydes ou
hydroperoxydes et des dérivés de 1 ' azobisisobutyronitrile. Les
peroxydes ou hydroperoxydes sont utilisés en combinaison avec les
15 agents réducteurs décrits précédemment de façon à baisser leur
température d'activation.
[00107] Le pourcentage massique d'amorceur par rapport au poids
total de mélange de monomères est de préférence compris entre 0,05%
en poids et 3% en poids, de préférence entre 0,1% en poids et 2% en
20 poids.
[00108] Comme cela est présenté à la figure 5, les pales
d'éolienne 1 selon l'invention peuvent comprendre plusieurs pièces
2 en composite polymère thermoplastiques où le composite polymère
thermoplastique comporte un renfort fibreux et une matrice de
25 polymère thermoplastique (méth)acrylique et où lesdites pièces 2 de
pale d'éolienne comportent des zones d'interface d'assemblage 71
permettant de les souder rapidement et aisément à un organe
raidisseur 6.
[00109] Ainsi, l'invention propose des pales d'éolienne pouvant
30 être fabriquées plus rapidement que les pales d'éolienne classiques
tout en étant recyclables et satisfaisantes d'un point de vue
stabilité mécanique et chimique. L'invention permet également
assemblages, réparations ou ajustements aisés et rapides sur le site
d'installation.
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[00110] Tous ces avantages contribuent donc à réduire les coûts de
production et d'installation de telles éoliennes.
