Alors que la France a pour ambition de réduire drastiquement sa consommation en énergie dite fossile et d'augmenter celle en énergie renouvelable (23% d'ici 2020), l'industrie marine porte un intérêt grandissant pour l'étude et la compréhension de la durabilité des matériaux utilisés pour les hydroliennes. En moyenne utilisées pendant 20 ans, un des enjeux majeurs est d'appréhender leur comportement lorsqu'elles sont soumises à d'importantes sollicitations cycliques, empiriquement caractérisées par des essais de fatigue.

Le projet ANR intitulé Maîtrise des Effets du Vieillissement sur l'Endommagement en Fatigue (MEVEF) a pour objectif de décrire le comportement en fatigue de composites ayant subi un vieillissement hygrothermique tel que celui auquel est soumis un matériau constituant la pale d'une hydrolienne. Dans ce cadre, différents modèles à l'échelle du pli ont récemment été proposés dans la littérature pour prédire la durée de vie à partir d'une approche thermodynamique [Caous et al]. Ils ont notamment été appliqués avec succès sur des composites utilisés dans l'industrie éolienne et doivent à présent être étendues aux matériaux utilisés dans les hydroliennes. Ces matériaux présentent la particularité d'être soumis à un environnement extrêmement agressif et d'être, du fait de leur contact permanent à l'eau, extrêmement sollicités chimiquement (corrosion, plastification, hydrolyse, ...) et mécaniquement (fatigue, fluage, couplage entre les différents phénomènes ...). Il convient donc d'adapter les modèles prédictifs afin de prendre en compte ces différents phénomènes.

L'identification des modèles précédemment cités requièrent des essais dans lesquels l'état de contrainte est connu dans chaque pli. L'absorption de l'eau par le composite et le processus de vieillissement hydrique induisent à la fois des contraintes d'origine hydrique et une modification de l'état physico-chimique du composite. L'absorption se faisant par diffusion, ces derniers sont caractérisés par des gradients dans l'épaisseur. Certes, il serait possible de considérer que les contraintes sont homogènes dans l'épaisseur lorsque le composite est à saturation. Cependant, le temps pour arriver à cet état est très important pour des épaisseurs permettant de réaliser des essais mécaniques. De plus, des dégradations irréversibles apparaissent au cours de l'absorption pouvant générer une hétérogénéité de l'état physico-chimique dans l'épaisseur. Dans les études s'intéressant uniquement à la fatigue mécanique sans prendre en compte les phénomènes de vieillissement, il est possible d'extraire l'état de contraintes et de déformations dans chacun des plis et ainsi d'identifier les paramètres d'un modèle.

Par conséquent, il est crucial de développer un protocole expérimental permettant d'intégrer les gradients d'absorption et ainsi de caractériser qualitativement le couplage entre le vieillissement et le comportement en fatigue. Pour ce faire, les composites dont les propriétés hydriques ont été déterminées subissent différents chargements de fatigue à certaines étapes de leur absorption. En comparant obtenus avec ceux d'éprouvettes témoins sollicitées uniquement après absorption, les couplages entre les différents phénomènes sont décrits afin d'intégrer l'effet du vieillissement dans le méso-modèle de fatigue.

Références

Caous, D., Bois, C., Wahl, J. C., Palin-Luc, T., & Valette, J. (2018). Toward composite wind turbine blade fatigue life assessment using ply scale damage model. Procedia engineering, 213, 173-182.

Caous, D. (2017). Rôle de l'endommagement sur la durée de vie en fatigue des matériaux composites stratifiés: application au domaine éolien.