Ιnfluences du vieillissement hydrique sur les évοlutiοns du cοmpοrtement mécanique des structures sandwich utilisées pοur les pâles d'éοlienne en milieu marin (EΜR)

Influence of water aging on changes inresidual mechanical behavior and damage tosandwich structures used for wind turbine bladesoffshore (EMR)

• Auteur / Autrice : El Hadji Amadou Ba
• Direction : Alexandre Vivet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, génie mécanique, productique, transport et génie civil
• Date : Soutenance le 19/12/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Mounsif Ech-Cherif El Kettani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mounsif Ech-Cherif El Kettani, Christophe Bouvet, Abderrahim El Mahi, Marwa Abida, Florian Gehring
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Bouvet, Abderrahim El Mahi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impact

Émission acoustique

Sandwichs

Mots clés libres

Vieillissement hydrique

Endommagement

Tenue mécanique

Sandwich

Water aging

Damage

Acoustic emission

Mechanical behaviour

Résumé

En 2020, en France, la Stratégie Nationale Bas Carbone a été mise en place afin d’atteindre le bilancarbone neutre en 2050. Le projet COSPHI, collaboratif entre les laboratoires CIMAP (Université CaenNormandie) et LOMC (Université du Havre) et financé par le LabEX EMC3, a pour objectif de proposerun outil de mesure in-situ de la santé matière d’une pâle d’éolienne off-shore pour optimiser sa durée devie. Ce projet est une collaboration entre les laboratoires CIMAP (Université Caen Normandie) et LOMC(Université du Havre). Ma thèse porte sur l’influence du vieillissement hydrique et des impacts mécaniquessur l’endommagement et le comportement mécanique résiduel de structures sandwich utilisées pour lafabrication de pâles d’éoliennes off-shore. Des échantillons sont complètement immergés dans de l’eau demer à 40°C avec ou sans impact mécanique. Des essais de flexion avec un suivi des endommagements parémission acoustique permettent de mesurer le comportement mécanique en fonction de l’histoire du matériau.La classification des salves acoustiques a confirmé la présence de 5 mécanismes d’endommagement :fissuration matricielle, décohésion fibre/matrice, peau/âme et délaminage pli/pli et rupture de fibres. Lesévolutions des signatures acoustiques permettent de distinguer 3 phases de vieillissement. La première,absorption d’eau durant les 16 premières semaines, est marquée par une augmentation des descripteursdes salves acoustiques, principalement l’amplitude sonore, probablement à cause de la présence d’eaudans les éprouvettes. Durant la deuxième phase s’étalant de 16 à 60 semaines, avec un taux hydriquestabilisé, la réduction progressive des valeurs des descripteurs acoustiques traduit une altération des interfaces.La phase de dégradation, à partir de 60 semaines d’immersion, associée à une hausse brusquedes descripteurs montre que la détérioration touche le volume de la structure en plus des interfaces. Surle plan macroscopique, au fur et à mesure du vieillissement hydrique, la tenue mécanique en flexion de lastructure sandwich connaît une baisse continue et non-linéaire jusqu’à atteindre une probabilité de ruineaccrue pour des niveaux de chargement faible. Un impact mécanique à 13,2 Joules, suffisant pour générerun endommagement localisé mais non critique, accélère cependant de manière notable la propagationdes endommagements en créant autour de la zone impactée des amorces. Combiné à un vieillissementhydrique avancé un impact en service peut devenir un incident critique.

In 2020, in France, the National Low Carbon Strategy was implemented to achieve a neutral carbonfootprint by 2050. The COSPHI project, a collaboration between the CIMAP (Université Caen Normandie)and LOMC (Université du Havre) laboratories and financed by LabEX EMC3, aims to proposean in-situ measurement tool of the material health of an offshore wind turbine blade to optimize itslifespan. My thesis focuses on the influence of water aging and mechanical impacts on the damage andresidual mechanical behavior of sandwich structures used for the manufacture of offshore wind turbineblades. Samples are immersed in seawater at 40°C with or without mechanical impact. Bending testswith damage monitoring by acoustic emission allow to measure the mechanical behavior according to thematerial history. The classification of acoustic waves confirmed the presence of 5 damage mechanisms :matrix cracking, fiber/matrix decohesion, internal skin and skin/core delamination, fiber breakage. Thechanges in acoustic signatures allow to distinguish 3 aging phases. The first, water absorption phaseduring the first 16 weeks, is marked by an increase in the acoustic wave descriptors, mainly the soundamplitude, probably because of water in the specimens. During the second phase extending from 16 to 60weeks, with a stabilized water content, the progressive reduction in the values of the acoustic descriptorsreflects an alteration of the interfaces. The degradation phase, from 60 weeks of immersion, with a suddenincrease in the descriptors shows that the deterioration affects the volume of the structure in additionto the interfaces. On the macroscopic level, as the water ageing progresses, the mechanical resistance ofthe sandwich structure decreases continuously and non-linearly until reaching an failure for low loadinglevels. A mechanical impact at 13.2 Joules, sufficient to generate localized but non-critical damage, neverthelesssignificantly accelerates the propagation of damage by creating incipients around the impactedarea. Combined with advanced water ageing, an impact in service can become a critical incident.