Depuis le début des années 1990, les éoliennes, ces moulins à vent modernes qui transforment l’énergie du vent en électricité, sont de plus en plus nombreuses à fleurir dans nos paysages.
Le marché de l’éolienne prend de l’ampleur, dans le cadre de la transition énergétique, afin de proposer une énergie plus verte dont l’impact environnemental est maîtrisé. Selon l’Ademe, cette source d’énergie serait l’une des moins polluantes tout au long de son cycle de vie.
Cependant, le secteur fait face à certaines difficultés, notamment la durée de vie et le recyclage de certains composants des éoliennes. Carbon Waters fait le point.
Des bénéfices environnementaux non négligeables grâce aux éoliennes
Si les parcs éoliens se multiplient, comptant pour près de 10% de la production totale d’électricité en France par exemple, c’est évidemment dans l’objectif de développer les sources d’énergie renouvelable.
Qu’elle soit onshore (terrestre) ou offshore (en mer), une éolienne de 2 MW produit en moyenne 4200 MWh par an, correspondant à la consommation électrique moyenne d’environ 800 ménages en France.
De plus, selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), l’énergie éolienne contribue à réduire significativement les émissions de CO2. En 2020, ce sont ainsi près de 170 millions de tonnes de gaz à effet de serre qui ont été évitées grâce à l’éolien.
Cette source d’énergie permet de produire de l’électricité sans polluer l’environnement, préservant ainsi la faune et la flore, à la différence d’autres types de production énergétique telles que le nucléaire ou le gaz.
Les problématiques du secteur éolien
Malgré tous ces avantages et le boom du secteur, celui-ci est cependant en proie à deux difficultés, directement liées à la fin de vie des composants :
- La recyclabilité des pales : les matériaux composites (fibres de verre et de carbone mélangées dans des résines époxy ou polyester) utilisés actuellement ne sont pas recyclables
- La fragilité des composites utilisés pour les éoliennes en mer
Sur le premier point, des industriels (Siemens Energy, Arkema) travaillent sur la production de résines recyclables pour les pales d’éoliennes offshore. Siemens Gamesa, filiale du groupe Siemens Energy dédié à l’éolien, propose déjà des solutions à travers sa gamme RecyclableBlade. L’affaire semble en revanche plus complexe pour les éoliennes terrestres, construites en deux parties et dont le joint de colle poserait problème en termes de recyclabilité.
Concernant la fragilité des composites des équipements en mer, l’actualité en témoigne directement. Récemment, Siemens Gamesa a connu des pertes financières très importantes. La cause ? Des problèmes techniques, principalement des défauts de qualité des pales, ayant entrainé des fractures. Le deuxième fabricant mondial d’éoliennes a ainsi annoncé que 15 à 30% du parc éolien serait affecté, soit plus de 30GW d’éolienne, représentant des pertes de près de 3 milliards de dollars. Les actions du groupe ont d’ailleurs chuté en bourse de plus de 30%.
Le graphène comme solution pour renforcer les éoliennes et prolonger leur durée de vie
Afin de palier au problème de qualité des éoliennes en mer, étant par définition soumises à des conditions sévères, des solutions peuvent être adoptées pour préserver l’intégrité des matériaux qui les composent.
Pour renforcer la solidité des pales d’éoliennes faites à partir de matériaux composites tout en offrant une grande légèreté, le graphène se place comme le matériau idéal.
Le carbone a d’ailleurs déjà démontré son efficacité sur ces deux aspects, comme en atteste une étude réalisée par l’Université américaine de Case Western. Les pales renforcées avec des nanotubes de carbone seraient 8 fois plus résistantes que les pales traditionnelles et bien plus légères, permettant de diminuer la charge sur les turbines.
Pour les équipements offshore, le facteur anticorrosion est également à prendre en compte. Là encore, le graphène, grâce à ses excellentes propriétés barrières, permet de protéger les matériaux de l’oxydation.
Sous forme d’additif, il peut être directement intégré dans la résine lors de la fabrication des pales d’éoliennes. Mieux protégés, les matériaux bénéficient ainsi d’une plus grande durée de vie. Intégrées dans les composites des éoliennes, ces solutions permettraient de diminuer le renouvellement de certains parcs éoliens et ainsi de réaliser des économies significatives au niveau de la maintenance.
Graph’Up : des additifs de performance à base de graphène adaptés au secteur éolien
Suite à plusieurs années de développement en lien avec des industriels spécialisés dans les polymères et les composites, Carbon Waters a développé une gamme d’additifs de performance à base de graphène répondant directement à ces enjeux.
Ainsi, les tests réalisés sur cette gamme Graph’Up dédiée mettent en évidence une très forte amélioration des propriétés mécaniques des polymères thermodurcissables (époxys), y compris à faible concentration :
- +30% en traction et résistance à la déformation
- +50% en rigidité
- +30°C en tenue en température (plus d’informations sur demande).
Par ailleurs, une phase de qualification est lancée auprès de plusieurs entreprises européennes notamment pour des applications dans le domaine de l’éolien. De plus, Carbon Waters a initié une collaboration R&D avec une entreprise leader des polymères de spécialités. L’objectif est de mettre en œuvre cette gamme d’additifs dans une famille très particulière de polymères répondant aux enjeux de recyclabilité des composites utilisés dans la filière éolienne.
