Tester les solutions énergétiques de demain

À l’université de Clemson, un ancien chantier naval est devenu le plus grand centre de test pour l’énergie éolienne au monde. Renk Test System (RTS), une entreprise allemande, y a construit une installation contenant les bancs d’essai pour éoliennes les plus puissants de la planète. Ils peuvent simuler des vents de toute intensité.

L‘énergie éolienne se développe rapidement dans le monde entier et le gouvernement américain prévoit d’augmenter la production du pays qui passerait de 35 à plus de 300 gigawatts, soit l’équivalent de 270 centrales nucléaires de taille moyenne. Pour atteindre ce but, le nouveau centre de test situé à l’université de Clemson, en Caroline du Sud, jouera un rôle essentiel. Pour la première fois, il testera des prototypes d’éoliennes d’une puissance pouvant atteindre 15 mégawatts (MW) avec toutes les forces de vent, y compris celle des ouragans. Lorsque l’on sait que les éoliennes actuelles produisent entre 3 et 7 MW, cela donne une idée de la puissance du centre de test.

« Inutile d’attendre la tempête du siècle, explique Jens Schneider, chef de projet chez RTS à Augsbourg, en Allemagne. Les bancs d’essai simulent les conditions les plus extrêmes en quelques mois et les fabricants économisent ainsi des centaines de millions de dollars en détectant les points faibles de leurs systèmes avant de les mettre en œuvre. Ces gains de temps et d’argent expliquent en partie pourquoi l’intérêt pour nos installations de test a récemment explosé. »

RTS a été chargée de construire deux bancs d’essai lorsque le projet Clemson a commencé il y a deux ans. L’entreprise, filiale de RENK AG, conçoit et fabrique des installations de test haut de gamme pour les équipements, les composants de transmission et les véhicules entiers depuis les années 1960.

Le projet Clemson constitue le contrat le plus important jamais remporté par l’entreprise. RTS a donc affecté davantage de personnel à ses bureaux de Mooresville et d’Augsbourg pour répondre aux exigences du client. La société a conçu deux bancs d’essai : l’un est destiné aux engins dont la puissance peut atteindre 15 MW et équipé d’une application complète de sollicitation dynamique qui transmet la force et le moment à l’arbre tournant de l’éolienne grâce à des vérins hydrauliques et à un moteur de 11 000 chevaux. L’autre installation, plus petite, sert à tester des machines pouvant produire jusqu’à 7,5 MW.

Le plus grand banc d’essai mesure 30 m de long, 13 m de large et 14 m de haut. Depuis le développement de l’énergie éolienne dans les années 1980, les tests se sont limités aux composants. Ces énormes installations permettent quant à elles de fixer une nacelle d’éolienne complète (qui pèse entre 300 et 400 tonnes) au banc d’essai et de simuler des sollicitations dynamiques dans six directions. RTS a expédié 800 tonnes de composants aux États-Unis, notamment des tensionneurs à vis multiples Superbolt et des boulons expansibles.

« Il s’agit d’une technologie de pointe qui sera utilisée pour tester de nouvelles éoliennes au cours des 30 prochaines années, affirme Jens Schneider. C’est pourquoi il nous fallait un système de sécurisation des assemblages vissés pouvant s’adapter aux éoliennes plus puissantes de demain comme à celles d’aujourd’hui. »

Les principaux assemblages vissés des deux bancs d’essai sont sécurisés par 874 MJT Superbolt et boulons expansibles dont la taille varie de M42 à M125. Les plus gros servent à fixer les unités de l’installation aux fondations en béton qui pèsent 6 000 tonnes. Grâce à ces fondations, les bancs d’essai ne sont pas liés à la structure principale. Ainsi, les vibrations ne peuvent pas l’atteindre et fausser les résultats des tests. Le reste de l’installation est fixé aux transmissions du banc d’essai qui contrôlent la vitesse de l’objet testé et dans la pièce reliant l’arbre de l’unité de chargement qui simule le vent.

« Ces pièces doivent supporter des sollicitations dynamiques extrêmes qui reproduisent les conditions météorologiques de pleine mer, et d’énormes boulons sont nécessaires pour que tout reste en place, précise Jens Schneider. Pour serrer et retirer les boulons classiques, des clés hydrauliques lourdes sont indispensables. Les produits Superbolt atteignent les mêmes niveaux de précontrainte, voire des valeurs supérieures, tout en nous permettant d’utiliser des outils à main qui offrent plus de souplesse. »

« 90 % des composants du banc d’essai ont été fabriqués à Augsbourg, mais nous ne disposions pas d’un espace suffisant pour préfabriquer et tester toute l’installation ici, raconte Jens Schneider. Nous n’avions pas le droit à l’erreur et grâce aux tensionneurs Superbolt, nous avons pu installer les deux bancs d’essai en six mois à peine. »

Lorsque les premiers tests d’éoliennes ont débuté à Clemson en 2013, le vent venait de devenir la principale source d’énergies nouvelles aux États-Unis, même s’il ne produit que 3,5 % de l’électricité consommée dans le pays et bien qu’il n’existe actuellement aucun parc éolien au large des côtes américaines. Grâce à des installations de test comme celle de l’université de Clemson, cela pourrait changer plus tôt que prévu.

INFORMATIONS : Énergie éolienne

Capacité des éoliennes dans le monde :
> 336 gigawatts (peut approvisionner jusqu’à 200 millions de foyers).

Diamètre moyen du rotor :
97 m

Hauteur moyenne du moyeu :
113 m

Éolienne la plus grande au monde :
SeaTitan 10 MW (diamètre du rotor : 190 m).

Parc éolien le plus important au monde :
Parc éolien de Gansu en Chine (capacité : 6 000 MW).

Pays produisant le plus d’énergie éolienne :
Le Danemark (33 % de son électricité est produite grâce au vent).

Arguments pour Superbolt

• Supporte des sollicitations dynamiques extrêmes sans desserrage des vis.
• Peut être vissé et dévissé avec des outils à main classiques.
• Permet une installation simple sur le site.