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6 Mai, 2024

Des robots au service de la fabrication des pales d’éoliennes

Des robots au service de la fabrication des pales d’éoliennes

Les chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL : National Renewable Energy Laboratory) du ministère américain de l’énergie ont réussi à tirer parti de l’assistance robotique dans la fabrication de pales d’éoliennes, ce qui a permis d’éliminer les conditions de travail difficiles pour les humains et d’améliorer l’homogénéité du produit.

Bien que des robots aient été utilisés par l’industrie de l’énergie éolienne pour peindre et polir les pales, l’automatisation n’a pas été largement adoptée. Les recherches menées au laboratoire démontrent la capacité d’un robot à tailler, meuler et poncer les pales. Ces étapes nécessaires interviennent après que les deux faces de la pale ont été fabriquées à l’aide d’un moule, puis collées ensemble.

« Je considère que c’est un succès », a déclaré Hunter Huth, ingénieur en robotique au NREL et auteur principal d’un article récemment publié détaillant les travaux. « Tout n’a pas fonctionné aussi bien que nous l’aurions voulu, mais nous avons tiré toutes les leçons dont nous pensons avoir besoin pour répondre à nos attentes, voire les dépasser.

L’article, intitulé « Toolpath Generation for Automated Wind Turbine Blade Finishing Operations », est publié dans la revue Wind Energy. Les co-auteurs, tous issus du NREL, sont Casey Nichols, Scott Lambert, Petr Sindler, Derek Berry, David Barnes, Ryan Beach et David Snowberg.

Les opérations de post-moulage nécessaires à la fabrication des pales d’éoliennes exigent que les ouvriers se juchent sur des échafaudages et portent des combinaisons de protection, y compris des appareils respiratoires. L’automatisation, notent les chercheurs, renforcera la sécurité et le bien-être des employés et aidera les fabricants à conserver une main-d’œuvre qualifiée.

« Ce travail est essentiel pour permettre une fabrication significative de pales aux États-Unis pour le marché national des éoliennes », a déclaré Daniel Laird, directeur du Centre national de technologie éolienne au NREL. « Même si cela n’est pas évident, l’automatisation d’une partie du travail de fabrication des pales peut créer davantage d’emplois aux États-Unis, car elle améliore la rentabilité des pales nationales par rapport aux pales importées.

Cellule robotisée équipée d’une scie à ruban et d’une section de lame d’essai de 5 m (en haut à gauche), outil de meulage Pushcorp avec carter de dépoussiérage personnalisé (en haut à droite), outil de ponçage Tyrolit (en bas à gauche) et caméra à lumière structurée Zivid II (en bas à droite).

« Le but de cette recherche était de développer des méthodes d’automatisation qui pourraient être utilisées pour rendre les lames fabriquées dans le pays compétitives au niveau des coûts à l’échelle mondiale », a déclaré Hunter Huth. « Actuellement, les lames offshore ne sont pas produites aux États-Unis en raison des coûts de main-d’œuvre élevés. Le processus de finition est très exigeant en main-d’œuvre et le taux de rotation des effectifs est élevé en raison de la nature difficile du travail. En automatisant le processus de finition, la fabrication nationale de pales offshore peut devenir plus économiquement viable ».

Les recherches ont été menées dans les installations du Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) sur le campus Flatirons du NREL. Le robot a travaillé sur un segment de pale de 5 mètres de long. Les pales d’éoliennes sont beaucoup plus longues, mais comme elles se plient et fléchissent sous leur propre poids, un robot devrait être programmé pour travailler sur des pales plus grandes, section par section.

Les chercheurs ont utilisé une série de scanners pour créer une représentation en 3D de la position de la pale et pour identifier précisément les sections avant et arrière du profil aérodynamique, une forme spéciale de la pale qui aide l’air à s’écouler en douceur sur la pale. L’équipe a ensuite programmé le robot pour qu’il exécute une série de tâches, après quoi il a été jugé sur sa précision et sa vitesse.

Les chercheurs ont constaté qu’il y avait des points à améliorer, notamment en ce qui concerne le meulage. Le robot broyait trop dans certaines parties de la lame et pas assez dans d’autres.

« Au fur et à mesure de nos recherches, nous avons modifié les objectifs de ce système pour qu’il soit efficace », assure Hunter Huth.

Le robot n’a pas été comparé à la manière dont un humain exécuterait les mêmes fonctions

Hunter Huth a déclaré qu’un système automatisé assurerait la cohérence de la fabrication des lames, ce qui n’est pas possible lorsque ce sont des humains qui font tout le travail. Il a également déclaré qu’un robot serait capable d’utiliser des « abrasifs plus durs et plus agressifs » que ceux qu’un humain pourrait tolérer.

https://www.nrel.gov/news/press/2024/nrel-invites-robots-to-help-make-wind-turbine-blades.html

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/we.2913