Description du poste

En raison de la double contrainte poids-résistance et des impératifs de performance aérodynamique, les pales des éoliennes récentes ont des géométries complexes (courbées à la fois en flexion et en torsion) et une structure mécanique généralement en matériaux composites. Ces matériaux permettent d’obtenir les meilleures performances mécaniques en termes de raideur et/ou résistance pour un poids donné. Une fois en opération, les pales subissent des chargements cycliques liés à la rotation de la turbine, qui engendrent un endommagement des composites menant à une dégradation progressive des propriétés mécaniques.

La question de l’estimation de la durée de vie en fatigue des composants est fondamentale, car elle fixe l’horizon temporel au bout duquel l’éolienne devra être soit démantelée, soit rééquipée. Les modes d’endommagement des matériaux composites étant très variés du fait de leur microstructure complexe, cette estimation est néanmoins délicate.

L’objectif du stage est de mettre au point une méthodologie avancée d’estimation de la fatigue des matériaux des pales d’une éolienne, en mettant en oeuvre deux actions complémentaires.

Un premier aspect du stage sera bibliographique. Le/la stagiaire devra mener une revue de la littérature sur l’évaluation de la fatigue des matériaux composites en général, et plus particulièrement dans le domaine de l’éolien. On pourra s’appuyer sur des revues bibliographiques déjà menés à IFPEN dans un contexte différent [1].

Un second aspect du stage consistera en l’application des méthodes identifiées dans la phase bibliographique au cas des pales d’une éolienne de 15 MW [2]. Le code de simulation aéro-servo-élastique DeepLines WindTM [3] sera utilisé pour caractériser les chargements vus par une pale lors de différentes phases de fonctionnement de l’éolienne. Le/la stagiaire utilisera ces résultats de simulation pour générer un chargement qu’il/elle appliquera à un modèle éléments-finis 3D détaillé d’une pale de l’éolienne, déjà construit à IFPEN dans le logiciel ABAQUSTM. Il/elle pourra ainsi caractériser finement le comportement de la pale face à des sollicitations représentatives des conditions rencontrées en opération, et identifier les zones critiques en termes de contraintes.

Enfin, ces résultats seront utilisés pour tester et comparer plusieurs méthodes d’estimation de la fatigue, identifiées dans la phase bibliographique, afin d’en faire une analyse critique. On pourrait donc arriver en fin de stage à une méthodologie complète, appliquée à un cas réaliste, potentiellement utilisable dans un cadre industriel.

Références
[1] G. Gudendorff, Rapport interne IFPEN, 2020
[2] E. Gaertner et al., “Definition of the IEA 15 MW Offshore Reference Wind Turbine,” International Energy Agency, 2020.
[3] http://www.principia-group.com/blog/product/deeplines-wind/

Modalités de candidature

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