Brevet FR3018558A1 — publié le 20150918

PROCEDE DE DIFFUSION PROPORTIONNELLE, RADIALE DE LA CHALEUR SUR UNE PALE D'EOLIENNE La présente invention concerne un procédé de diffusion proportionnelle, radiale de la chaleur sur une pale d'éolienne. La présente invention vise aussi les agencements correspondants. Les éoliennes suivant leurs lieux d'implantation sont amenées à être immobilisées du fait d'une couche de glace qui recouvre les pales, durant la période hivernale. La mise en rotation des pales pourrait conduire à la rupture mais aussi à la projection de plaques de glace. La mise en service d'éoliennes lors de la prise en glace est exclue, sauf à prévoir un fonctionnement en mode réduit, un tel mode occasionnant néanmoins des risques et restant susceptible de provoquer des dégradations. Ceci conduit à une perte de rendement du parc si plusieurs éoliennes sont poussées à l'arrêt. De même, le bord d'attaque des pales peut aussi givrer durant le fonctionnement du fait de l'accumulation d'une couche de glace au cours de la rotation. Le bord d'attaque des pales est tout à fait analogue à celui des bord d'attaque d'ailes d'avion, donc soumis à des zones de pressions/dépressions susceptibles d'engendrer de telles formations de couches de glace, préjudiciables au bon fonctionnement ou tout au moins à un fonctionnement sécuritaire. Il a déjà été envisagé des moyens mécaniques de dégivrage, mais ces systèmes sont complexes, lourds, requièrent de l'entretien et leur présence à demeure grève le rendement durant les périodes hors givre. Il existe un autre moyen qui consiste à chauffer les pales, pour le moins le bord d'attaque des pales. L'art antérieur a proposé de noyer des fils électriques dans la matrice polymère des pales. Cet agencement est délicat à mettre en oeuvre car la diffusion surfacique à partir de fils nécessite des nappes de fils faute de quoi l'émission de calories serait trop localisée et il est rappelé que la matrice en polymère n'est que très peu conductrice. Dans la demande de brevet français FR 2984418 au nom du même demandeur, il a été proposé de chauffer les pales par apposition d'un revêtement formant résistance et susceptible d'émettre des calories lorsqu'il est traversé par un courant électrique. L'avantage est que ce courant est directement produit par l'éolienne elle-même et que le revêtement est surfacique, ce qui permet une diffusion surfacique. En cas de démarrage à partir d'une position arrêtée, le dégivrage préalable est assuré avec une consommation directement à partir du réseau. La mise en place de ce revêtement est réalisée, comme pour la couche externe généralement de type gel-coat, de peintures polyuréthanes ou de peintures époxy, soit intégrée lors du moulage soit en apport sur la surface extérieure. Lorsque le revêtement chauffant est rapporté sur la surface extérieure, il est généralement protégé avec une couche spécifique, notamment du gel-coat de façon à résister aux phénomènes d'abrasion et à protéger ledit revêtement des rayonnements ultraviolets. Un tel revêtement est de faible surpoids comparé aux moyens mécaniques, y compris durant les périodes hors givre. Il est nécessaire d'alimenter ce revêtement et des connexions électriques sont prévues. En plus de ces connexions, il faut prévoir un pilotage de façon à contrôler l'apport d'énergie électrique en fonction des besoins. La détection du givre et la mesure des paramètres extérieurs tels que les conditions climatiques ne font pas partie de la présente invention. Une fois le pilotage acquis, il reste un problème qui est celui de la diffusion de l'énergie sur la pale de façon à obtenir le dégivrage des zones visées. En effet, l'alimentation électrique est réalisée en un point proche du pied des pales et le revêtement reçoit la puissance en pied de pale tandis que l'extrémité de la pale reçoit une faible puissance car celle-ci a été consommée en majeure partie préalablement. Or il est rappelé que la vitesse est plus importante en extrémité de pales et que les problèmes de givrage sont encore plus sensibles en extrémité. Il conviendrait de pouvoir alimenter les pales en différents points espacés radialement mais il subsiste le problème du cheminement des câbles électriques le long de la pale. La présente invention vise donc à pallier ce problème de l'art antérieur, en proposant des agencements de chauffage qui recourent à des revêtements utilisant des compositions polymères chauffantes. La présente invention permet de répartir l'énergie sur la longueur de la pale, radialement, en excluant le cheminement de câbles électriques supplémentaires, en limitant les zones de surchauffe, en évitant tout surpoids, en conservant la même facilité de fabrication, en évitant des surcoûts de matériels, en conservant la fiabilité des produits existants dans le domaine de l'éolien. Le procédé selon la présente invention est maintenant décrit en regard des dessins qui vont suivre, en accord avec un mode de réalisation non limitatif et ses variantes, les différentes figures représentant : - Figure 1 : une vue d'une pale et de son revêtement polymère chauffant après mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, par variation longitudinale d'épaisseur de la couche résistante, - Figure 2 : une vue d'une pale et de son revêtement polymère chauffant après mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, par variation transversale d'épaisseur de la couche résistante, - Figure 3 : une vue d'une pale et de son revêtement polymère chauffant après mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, par variation d'écartement des électrodes, - Figure 4 : une vue d'une pale et de son revêtement polymère chauffant après mise en oeuvre du procédé selon une variante de réalisation, dite combinée, - Figure 5 : une vue d'un schéma de répartition de la puissance surfacique théorique et de l'émission de la puissance surfacique réellement émise dans le mode de réalisation de la figure 4, à savoir la variante combinée. Sur la figure 1, on a représenté une pale 10 d'éolienne sur laquelle, le bord d'attaque 12 est revêtu de façon schématique d'un revêtement 14 polymère chauffant par exemple de la polyaniline. Ce revêtement conducteur peut être protégé par une ou plusieurs couches de polymère de protection. Ce revêtement conducteur peut aussi être directement positionné sous le gelcoat ou la peinture dès la fabrication ou encore rapporté sur la pale finie, sous forme de patchs collés. Deux électrodes sont disposées le long de ce revêtement conducteur, le revêtement jouant le rôle de résistance entre ces deux électrodes. Lorsque les électrodes sont alimentées en énergie électrique, le revêtement conducteur assure le rôle de résistance et monte en température. Ce revêtement conducteur a une résistance sensiblement proportionnelle à son épaisseur et à l'écartement entre les électrodes. Plus l'épaisseur du revêtement est importante, plus l'inertie est importante et moins la puissance électrique est consommée localement. A contrario, plus l'épaisseur est mince et moins l'inertie est élevée si bien que la puissance électrique est rapidement transformée en chaleur sur la longueur de chauffage concernée. Plus les électrodes sont écartées l'une de l'autre et plus l'inertie est importante, plus les électrodes sont rapprochées et moins l'inertie est importante. Sur la figure 1, à titre d'exemple uniquement, sans que ces données puissent être considérées comme une quelconque limitation, on considère une pale d'éolienne d'une longueur L. avec un revêtement à base de polyaniline. La partie de la pale concernée est le bord d'attaque qui est la zone la plus soumise aux actions du givre, comme les bords d'attaque des ailes d'aéronefs. Sur cette figure 1, la pale porte deux électrodes El et E2 parallèles, avec un écartement X disposées dans le sens longitudinal, c'est-à-dire sensiblement radialement par rapport au moyeu portant les pales. L'électrode El est positionnée sur l'extrados de la pale et l'électrode E2 est positionnée sur l'intrados, à proximité du bord d'attaque, pour donner un ordre d'idée, sur une distance correspondant à 20% de la largeur de la pale. Une couche C de revêtement conducteur est disposée entre les électrodes, en noyant les électrodes sur les bords de ladite couche. Pour une pale de 50m, on arrive à une surface de chauffage de 10 à 20m2. Dans le mode de réalisation selon la présente invention, cette couche C a une épaisseur variable sur la longueur de la pale. Par exemple, l'épaisseur est El sur la longueur Ll et E2 sur la longueur L2. L est la longueur totale de la pale. Exemple de réalisation: Ll = L2 = L/2 Néanmoins, la longueur sur laquelle est déposée la couche conductrice à savoir Ll + L2 peut être inférieure à la longueur totale L. En effet, en extrémité, l'épaisseur de la pale se réduit, donc le rayon de courbure du bord d'attaque est plus prononcé et la glace peut avoir des difficultés à se maintenir surtout que la vitesse en extrémité de la pale peut atteindre des vitesses très élevées de plusieurs centaines de km/h. Dans ce cas, on peut avoir pour une pale d'une longueur de 50m, une longueur Ll de 20 m une épaisseur El de 150um et sur la longueur L2 une épaisseur E2 de 100u.m. avec de la polyaniline, on constate une puissance totale dissipée par pale de 20kW pour une température extérieure de - 15°C. Le procédé de diffusion proportionnelle, radiale, selon l'invention consiste donc à faire varier l'épaisseur du revêtement conducteur le long de la pale, c'est-à-dire suivant l'axe longitudinal, ceci de façon à faire évoluer l'inertie. Ainsi, l'extrémité de la pale reçoit encore une puissance électrique suffisante. Le procédé de diffusion proportionnelle, radiale, prévoit de réaliser au moins deux zones successives d'épaisseurs décroissantes, suivant l'axe longitudinal. De façon combinée ou indépendante de ce mode de réalisation, sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation dans lequel l'épaisseur varie transversalement. Ainsi, l'épaisseur peut être constante sur toute la longueur L ou variable comme précédemment avec au moins deux zones Ll et L2 d'épaisseur variable, et présente une diminution de l'épaisseur transversalement. Dans le cas retenu, l'épaisseur est El sur toute la longueur L mais exactement au droit du nez du bord d'attaque, il est prévu une bande d'une largeur!, d'une épaisseur E3 On note que les au moins deux zones peuvent être distantes l'un de l'autre. On peut donc avoir en cas de zones multiples des patchs. Ceux-ci peuvent également être rapportés par collage. Dans le cas où il existe déjà au moins deux zones avec chacune une épaisseur donnée El E2, il convient pour bénéficier d'un chauffage prépondérant au droit du nez du bord d'attaque sur la zone de largeur Ide prévoir que E3 Les deux électrodes El et E2 sont reliées par le revêtement conducteur. Dans ce cas, le conducteur est d'épaisseur E constante sur toute la longueur et il est prévu de faire varier l'écartement des électrodes en diminuant cet écartement le long de la longueur L, c'est-à-dire longitudinalement. Dans ce cas, l'écartement X varie et en extrémité devient x, avec x On constate ainsi que le procédé selon la présente invention consiste à faire varier au moins un des paramètres : - épaisseur du revêtement conducteur, longitudinalement et/ou transversalement - écartement des électrodes, longitudinalement. Par la mise en oeuvre de ce procédé, il est possible de transmettre la puissance électrique sur toute la longueur du revêtement conducteur et de générer les températures recherchées dans certaines zones critiques. Le nombre d'électrodes reste limité à deux électrodes, ce qui facilite la réalisation, l'apposition de patchs conducteurs, la fabrication lorsque le revêtement est prévu dès la fabrication de ladite pale, qui limite les coûts de fabrication et qui permet de différencier les fabrications des pales en fonction des lieux d'implantations sans pour autant nécessiter des modifications importantes en fabrication comme en rétrofit. La mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est possible sur les parcs existants. REVENDICATIONS1. Procédé de diffusion proportionnelle, radiale de la chaleur sur une pale d'éolienne, comprenant un revêtement d'un matériau conducteur formant résistance électrique sur une zone longitudinale, deux électrodes El et E2 écartées d'une valeur X noyées sur les bords dudit revêtement, et alimentées en énergie électrique, caractérisé en ce que l'on fait varier l'épaisseur E du revêtement longitudinalement et/ou transversalement. 2. Procédé de diffusion proportionnelle, radiale de la chaleur sur une pale d'éolienne, comprenant un revêtement d'un matériau conducteur formant résistance électrique sur une zone longitudinale, deux électrodes El et E2 noyées sur les bords dudit revêtement alimentées en énergie électrique, caractérisé en ce que l'on fait varier longitudinalement l'écartement X entre lesdites électrodes. 3. Procédé de diffusion proportionnelle, radiale de la chaleur sur une pale d'éolienne, suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, le matériau conducteur comprenant au moins une zone de largeur I, on réduit l'épaisseur dudit matériau conducteur au droit du nez du bord d'attaque de ladite pale. 4. Procédé de diffusion proportionnelle, radiale de la chaleur sur une pale d'éolienne, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les zones sont des patchs rapportés sur la surface de ladite pale. 5. Agencement pour la mise en oeuvre de la revendication 1, dans lequel sur une longueur L. l'épaisseur e est de E1 sur une longueur Ll et E2 sur une longueur 1.2 avec E2