Développement de parties sensibles de structures composites pour le suivi de pales d’éoliennes .

Development of self-sensing structural composites parts for wind mill blades monitoring

• Auteur / Autrice : Antoine Lemartinel
• Direction : Jean-François Feller, Mickaël Castro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 23/10/2017
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Fouché, Sandrine Thuillier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Plesse, Lionel Flandin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites -- Fatigue

Nanotubes

Capteurs (technologie)

Contrôle de santé intégré

Entretien et réparations

Éoliennes

Mots clés libres

Pales d'éoliennes

Quantum Resistive Sensor

Structural Health Monitoring

Résumé

La demande croissante d’électricité, notamment renouvelable, entraîne une croissance de l’éolien avec l’utilisation de pales en composite de plus en plus grandes. Pour réduire le cout de maintenance de ces structures composites, le suivi de santé structurel (SHM) au cours du temps permet d’évaluer le comportement de la structure, d’anticiper les dégradations et la maintenance. Dans ce cadre, le développement de capteurs, à base de résine époxy et de nanotubes de carbone, appelés Quantum Resistive Sensor (QRS), est présenté. Les QRS peuvent être attachés à la surface de la structure ou intégrés à cœur durant la séquence de drapage. Durant la polymérisation de la résine, le comportement électrique du QRS traduit l’évolution de la réticulation et de la température dans la structure. Suite au processus de fabrication, l’influence des paramètres extérieurs (température, humidité, vitesse de déformation, coefficient de Poisson…) sur les caractéristiques des QRS a été étudiée. Durant l’utilisation de la structure composite, les QRS ont également permis la détection et la propagation d’endommagements jusqu’à la fracture ultime. Les QRS représentent donc une solution potentielle comme capteurs SHM non intrusifs, permettant un suivi de la structure, de sa fabrication jusqu’à sa dégradation finale.

The growing demands for electrical energy, especially renewable, is boosting the development of wind turbines equipped with longer composite blades. To reduce the maintenance cost of such huge composite parts, the structural health monitoring (SHM) is an approach to anticipate and/or follow the structural behaviour along time. To do so, a proper instrumentation is necessary and has to be as less intrusive as possible. To this end, the development of carbon nanotube- epoxy Quantum Resistive Sensor (QRS) is presented. QRS can be as well glued on the surface or embedded in the core of the composite structure during the stacking sequence. During manufacturing, both the temperature and resin crosslinking can be detected with the change in the QRS electrical characteristics. Once the structural part is made, the effect of the external parameters (strain rate, temperature, humidity, Poisson ratio…) on the electrical characteristics of QRS has been studied. During the composite life, the QRS electrical behaviour has also demonstrate its capability to detect the initiation and propagation of damage until final failure. A non-intrusive monitoring with QRS of the structure life cycle, from manufacturing until final breakage is therefore possible.