Maintenance et durabilité des éoliennes

L’énergie éolienne représente une solution durable et essentielle dans la transition vers un avenir plus vert et moins dépendant des combustibles fossiles. En effet, les éoliennes sont conçues pour fonctionner efficacement pendant une période de 20 à 25 ans. Cependant, certaines de leurs composantes ont des durées de vie variables et nécessitent une attention particulière. Pour garantir une performance optimale sur le long terme, un entretien régulier est indispensable.

Dans cet article, nous explorerons les différents types de maintenance nécessaires pour assurer le bon fonctionnement des éoliennes et prolonger leur durabilité.

Comprendre l’usure des éoliennes

1. Les causes de l’usure

Les éoliennes nécessitent un entretien régulier et un nettoyage pour éviter les arrêts imprévus.

Un programme de maintenance préventive permet d’éviter les dommages matériels, d’assurer la sécurité et de garantir une production d’énergie propre et sans émissions.

L’usure des composants peuvent impacter la performance des éoliennes. Voici les principales causes :

• Exposition aux éléments naturels : Les éoliennes subissent constamment les intempéries. Des particules telles que le sable, l’eau et le sel peuvent endommager les composants au fil du temps. Ces éléments s’infiltrent dans les mécanismes, comme le système de roulement, provoquant des micro-fissures et des écaillages.
  
• Vibrations et frottements constants : Les vibrations et le frottement continus engendrent des micro-fissures, particulièrement dans la structure de la tour et des pales
  
• Conditions météorologiques : L’environnement dans lequel se trouvent les éoliennes joue un rôle clé dans leur usure. Les variations de vent, la pluie, la foudre et la neige peuvent endommager les composants métalliques, comme les pales et les roulements, compromettant ainsi le fonctionnement de l’installation.
  
• Fatigue des matériaux : La répétition des cycles entraine une dégradation des composants et peut causer des fissures et fractures avec le temps.
  
• Charges électriques : Des courants électriques non contrôlés, en particulier dans les systèmes mal isolés, peuvent traverser les roulements, générant des étincelles qui abîment la surface métallique.
  
• Mauvaise lubrification : Un manque lubrification peut endommager la boite de vitesse et favoriser le frottements entre les pièces mobiles, accélérant l’usure des composants.

2. Impact de l’usure sur les composants clés

L’usure affecte plusieurs composants critiques, notamment les pales, les roulements, les multiplicateurs et les générateurs :

• Les pales : Éléments essentiels de l’éolienne, les pales sont exposées à divers risques tels que les impacts d’oiseaux, la pluie, la foudre et la glace. En milieu offshore, elles subissent également l’agression combinée de l’eau, du sel et du sable, ce qui peut endommager leurs extrémités et altérer leurs performances.
  
• Les roulements : un roulement fragilisé peut subir un phénomène connu sous le nom “écaillage en phase blanche” résultant de micro fissures dans le matériau, visibles sous forme de zones blanchâtres. Les causes peuvent inclure une mauvaise lubrification, des vibrations, des charges électriques ou encore l’exposition aux éléments naturels.
  
• Les multiplicateurs (boites de vitesse) : une lubrification adéquate est vitale pour le bon fonctionnement des multiplicateurs. Avec le temps, l’huile se dégrade, ce qui entraîne un frottement accru entre les pièces mobiles et une diminution de l’efficacité. Les vibrations des pales se transmettent également au multiplicateur, augmentant le risque d’usure et de défaillance prématurée.
  
• Les générateurs : chargés de convertir l’énergie cinétique des pales en énergie électrique, les générateurs peuvent souvent recontrer de problèmes électriques. Leur défaillance impacte énormément le fonctionnement des éoliennes et peut être causé par une lubrification contaminée, des vibrations excessives ou des températures extrêmes affectant l’équipement électrique.

Types de maintenance pour les éoliennes

Pour garantir le bon fonctionnement et prolonger la durée de vie des éoliennes, il est essentiel d’adopter des mesures proactives telles que des inspections régulières, le nettoyage, la lubrification et les réparations. Deux types de maintenance sont particulièrement importants dans ce contexte :

1. Maintenance préventive

La maintenance préventive consiste en des inspections planifiées pour évaluer l’état des éoliennes et détecter l’usure de certaines pièces en vue de leur remplacement.

Ces visites régulières permettent d’anticiper les problèmes potentiels, d’établir une liste de contrôle des composants à inspecter et d’effectuer des corrections avant qu’une panne ne se produise.

Cette approche s’articule autour de plusieurs stratégies :

• Inspections régulières : ces vérifications visuelles et techniques, effectuées par des techniciens, visent à détecter les signes précoces d’usure, de corrosion ou de dommages.
  
• Surveillance à distance : Grâce à des capteurs et à des logiciels avancés, il est possible de surveiller à distance les composants critiques (générateurs, pales, multiplicateurs) et de suivre des indicateurs tels que la température, les vibrations et les niveaux de lubrification en temps réel.
  
• Maintenance prédictive : Des capteurs spécialisés analysent les vibrations, la thermographie infrarouge et d’autres données pour prédire les moments appropriés pour les réparations ou les remplacements.
  
• Formation du personnel : Proposer des formations régulières aux techniciens permet de maintenir et d’améliorer leurs compétences, garantissant une identification efficace des problèmes et une exécution précise des tâches.
  
• Gestion des inventaires : Un stock adéquat de pièces de rechange essentielles permet d’optimiser l’efficacité lors des arrêts d’éoliennes.

La maintenance préventive réduit ainsi les coûts en évitant les réparations d’urgences. Elle maintient les éoliennes en bon état pour favoriser la production d’énergie et assurer un environnement de travail sûr pour le personnel de maintenance.

2. Maintenance corrective

La maintenance corrective, quant à elle, intervient suite à une panne ou un dysfonctionnement de l’éolienne. Malgré l’anticipation, des défaillances inattendues peuvent toujours survenir. Cette maintenance est donc nécessaire pour restaurer rapidement les composants en panne afin d’éviter des coûts élevés ou un arrêt prolongé.

Les stratégies mises en place pour assurer une intervention rapide comprennent :

• Surveillance à distance : Des systèmes de surveillance permettent de détecter rapidement les pannes et les dysfonctionnements potentiels.
  
• Équipe de de maintenance réactive : Une équipe de maintenance qualifiée, réactive et en régulièrement formée est essentielle pour assurer des réparations efficaces en cas de panne.
  
• Planification des interventions : Organiser stratégiquement les interventions de maintenance corrective permet de minimiser le temps d’arrêt des éoliennes, en tenant compte de la disponibilité des pièces et des conditions météorologiques.
  
• Gestion des inventaires : Maintenir un stock de pièces à proximité des parcs éoliens facilite les interventions lors de pannes ou de dysfonctionnements.

La maintenance corrective permet ainsi aux équipes de rester réactive pour rétablir la production d’énergie aussi rapidement que possible.

Risques et défis de la maintenance des éoliennes

L’entretien régulier des éoliennes est nécessaire pour garantir leur productivité. Cependant, en cas de panne ou de dysfonctionnement, ces interventions peuvent avoir des conséquences.

1. Risques liés aux interventions physiques

Les interventions de maintenance peuvent présenter des difficultés en raison de l’environnement des éoliennes, ce qui expose les techniciens à des risques de sécurité. Les conditions météorologiques défavorables, telles que des vents violents, de la neige ou de la pluie, peuvent perturber les plans d’entretien, affectant directement l’efficacité de l’éolienne et sa production d’énergie.

L’entretien des pales, qui ont une durée de vie moyenne de 15 à 20 ans, présente des défis particuliers. En raison de leur hauteur, l’entretien des pales nécessite que les techniciens escaladent l’éolienne pour effectuer des réparations à des altitudes pouvant atteindre jusqu’à cent mètres. Cette situation crée un environnement de travail potentiellement dangereux, avec divers risques tels que des chutes, des électrocutions et des accidents liés aux équipements sous pression. Par conséquent, les techniciens doivent posséder des compétences spécifiques et suivre des formations adaptées pour effectuer ces interventions en toute sécurité.

2. Risques de défaillances coûteuses

Les pannes ou dysfonctionnements d’une éolienne peuvent engendrer des impacts financiers considérables. Deux problèmes principaux se posent : le coût des arrêts non planifiés et la perte de production, qui affecte directement la rentabilité.

Les composants de l’éolienne, comme la boîte de vitesses (multiplicateur), jouent un rôle majeur dans son fonctionnement. Leur défaillance peut nécessiter un remplacement coûteux, représentant environ 13 % du coût total de l’éolienne. De plus, la défaillance des pales, qui est la plus fréquente, nécessite l’engagement de techniciens qualifiés pour leur entretien. Les conditions météorologiques peuvent également impacter l’intervention, et plus le temps d’arrêt est long, plus la perte de production d’électricité est importante.

Une panne du générateur peut entraîner des surchauffes et des incendies, générant des situations potentiellement dangereuses et onéreuses. Le remplacement d’un générateur est coûteux et peut prolonger l’arrêt, surtout si les pièces doivent être fabriquées ou transportées, ou si les conditions météorologiques compliquent l’accès au site.

Le temps nécessaire pour réparer les composants des éoliennes peut également être prolongé en raison de la disponibilité des pièces ou des conditions météorologiques difficiles, entraînant des frais indirects supplémentaires, notamment les coûts des interventions. Ainsi, les défaillances non planifiées peuvent engendrer des arrêts préventifs, retarder la livraison d’énergie et nuire à la fiabilité du système.

Durabilité et stratégie de longévité des éoliennes

1. Durée de vie d’une éolienne

La durée de vie d’une éolienne terrestre est généralement comprise entre 20 et 25 ans, tandis que les éoliennes offshore peuvent atteindre jusqu’à 30 ans. Bien que la maintenance des éoliennes offshore soit souvent plus complexe et coûteuse en raison des moyens techniques nécessaires, leur longévité est supérieure à celle de leurs homologues terrestres.

La durabilité de ces installations dépend fortement de l’entretien de leurs principaux composants. En effet, chaque élément d’une éolienne — telles que les pales, les générateurs, les multiplicateurs et les roulements — a une durée de vie prédéfinie, mais un entretien régulier peut en prolonger la longévité :

• Pales : Durée de vie moyenne de 15 à 20 ans
• Générateurs : Durée de vie moyenne de 15 à 30 ans
• Multiplicateurs : Durée de vie moyenne de 20 ans
• Roulements : Durée de vie moyenne de 20 ans

2. Amélioration des pratiques de maintenance

D’ici 2025, le marché mondial de la maintenance des éoliennes pourrait atteindre une valeur de 27 milliards de dollars, avec un taux de croissance annuel moyen de 8 %. Cette évolution s’explique par l’émergence de solutions de maintenance innovantes, visant à simplifier, sécuriser et rendre les interventions plus durables et économiques. Il est donc crucial d’améliorer les stratégies de maintenance préventive et corrective pour optimiser la durée de vie et la performance des éoliennes.

Nous assistons à l’intégration de l’intelligence artificielle et de l’Internet des objets (IoT) pour surveiller l’état des composants. Des capteurs en temps réel mesurent des indicateurs de performance tels que les vibrations et la température, permettant de planifier des réparations avant qu’elles ne deviennent urgentes et d’éviter des arrêts coûteux.

De plus, des drones sont désormais utilisés pour faciliter la maintenance des éoliennes.

Des innovations dans les matériaux, notamment l’utilisation de matériaux recyclables et anti-corrosion, contribuent également à prolonger la durée de vie des pales et des roulements. Par ailleurs, l’amélioration de la qualité des lubrifiants réduit l’usure et diminue la fréquence des réparations, ce qui allège les coûts d’entretien.

Ces avancées en matière de maintenance apportent plusieurs avantages : elles prolongent la durabilité des composants, améliorent leur efficacité, réduisent leur poids et renforcent la structure de l’éolienne. En permettant un contrôle des éoliennes sans nécessiter leur arrêt ni mobiliser des techniciens, ces innovations minimisent les risques pour les travailleurs, réduisent les coûts d’entretien et favorisent une production énergétique efficace.

Conclusion – Maintenance et durabilité des éoliennes

Des études montrent que des pratiques de maintenance préventive peuvent prolonger la durée de vie des éoliennes de 10 à 15 %, ce qui représente une économie significative en termes de coûts de remplacement et de production d’énergie.

Ce prolongement de la durée de vie des éoliennes constitue une étape clé dans la transition énergétique, permettant de maintenir une production d’énergie verte et renouvelable. En investissant dans des stratégies de maintenance efficaces, nous ne contribuons pas seulement à la durabilité des éoliennes, mais nous participons également à la création d’un avenir énergétique plus propre et responsable.

Sources :

• Engie Green
• EDF FR
• Wiki Éolienne
• France Renouvelable