Les polymères donnent le tournis

Le secteur de l’énergie éolienne doit l’essentiel de son succès aux matériaux composites. La mise au point de résines époxy ou polyester, de mousses et de fibres adaptées à des procédés novateurs a permis la fabrication des pales aux formes les plus aérodynamiques qui soient, mais également suffisamment robustes pour résister aux pires tempêtes et absolument insensibles à l’oxydation. Résultat, les pales des plus grandes éoliennes font aujourd’hui plus de 70 mètres et sont capables d’alimenter les générateurs de 7 ou 8 MW. Rien ne dit que ce gigantisme, de plus en plus décrié, notamment par les ligues de défense des oiseaux et par ceux qui estiment que les éoliennes gâchent les paysages, ait atteint ses limites sur le plan technique ! Mais la prudence est de mise.

Les matériaux composites à base de polymères ont permis la construction d’immenses pales d’éoliennes. Ce gigantisme est aujourd’hui contesté, d’autant que les pales de première génération sont assez difficiles à recycler.

De plus, aussi solides soient-elles, les éoliennes ne sont pas éternelles et, d’ici une bonne dizaine d’années, les premières générations arriveront en fin de vie. Ce sont annuellement dans le monde plus de 200 000 tonnes de matériaux issus des pales qu’il faudra recycler. Cela donne à réfléchir avant d’envisager des installations de plus en plus gigantesques…

C’est pourquoi les industriels préfèrent désormais concentrer leurs efforts sur la formulation de matrices polymères thermoplastiques plus faciles à recycler que les résines thermodurcissables utilisées majoritairement aujourd’hui. Dans ce registre, les polyamides et surtout les acryliques ont le vent en poupe.

Recyclage, les plastiques sont dans le vent

C’est dans cet objectif qu’Arkema a mis au point une nouvelle résine destinée à lier des matériaux composites. Baptisée Elium®, cette résine thermoplastique particulièrement novatrice répond aux enjeux environnementaux. Ses propriétés inédites ouvrent en effet la voie du recyclage des produits et dispositifs qui l’intègrent, tout en offrant des caractéristiques techniques similaires à celles des résines thermodurcissables traditionnellement utilisées. Elle se destine particulièrement aux filières de l’éolien, mais aussi au transport et au stockage de l’hydrogène, ainsi qu’au nautisme pour la conception de coques de bateaux. Selon Arkema, sa mise en œuvre nécessite moins d’énergie que les résines thermodurcissables qui présentent le grand inconvénient de ne pas pouvoir être fondues pour être recyclées. Les fabricants d’éoliennes s’y intéressent de très près, et certains comme LM Wind Power, un des leaders sur ce marché, l’intègrent déjà dans la fabrication de leurs pales.

Outre les performances techniques de son bébé, la grande fierté de l’industriel concerne la recyclabilité de cette résine. Jusqu’ici les pales d’éoliennes, conçues à partir de résines thermodurcissables étaient soit broyées pour servir de combustible à des cimenteries par exemple, soit enfouies en attendant de trouver un moyen de les recycler. Une solution assez peu satisfaisante…

Les nouvelles générations de pales sont désormais recyclables. Une prouesse que l’on doit aux résines thermoplastiques.

Parfois, on a réussi à leur trouver une nouvelle fonction, comme en Irlande, où elles pourraient constituer un matériau de choix pour la fabrication des ponts de demain.
Arkema s’est donc penché sur la recyclabilité de sa résine, qui peut désormais être recyclée traditionnellement, de manière mécanique ou via un processus chimique. C’est là que réside la nouveauté.
La voie mécanique n’est pas nouvelle, puisque c’est celle qui est utilisée pour recycler les coques de bateaux. Elle consiste à broyer puis à chauffer le matériau obtenu et ensuite à le mouler à nouveau pour le transformer en panneaux à la résistance mécanique élevée. Ces composites ainsi recyclés, qui comprennent les fibres et la résine, pourront être utilisés dans le BTP, les transports, la production de biens d’équipements industriels… A noter tout de même que le broyat des coques de bateaux n’est valorisé que thermiquement pour le moment et se destine le plus souvent à l’alimentation des fours des cimenteries.
Le second type de recyclage est chimique. Ici encore, les pales sont broyées puis chauffées à environ 400 degrés afin d’extraire un monomère gazeux. Celui-ci, est ensuite purifié et reformulé en résine utilisable dans des applications avec le même niveau de performance que la résine vierge.

Les éoliennes larguent les amarres

A leur début, les éoliennes étaient considérées par tous, y compris par le grand public, comme la solution pour freiner le réchauffement climatique. Ce n’est plus le cas aujourd’hui. Si le grand public conçoit qu’elles restent une solution d’avenir, il les trouve disgracieuses et ne veut plus les voir. Les fabricants essaient donc de les rendre plus discrètes. L’option de les implanter en mer, loin des côtes, a le vent en poupe. Mais, plus on s’éloigne du rivage, plus la profondeur augmente. Seule solution, faire flotter les éoliennes plutôt que de les fixer sur le plateau sous-marin. Pas évident, car le système doit rester plus ou moins à la verticale, et donc résister aux vents et aux vagues. On y parvient, mais avec des modèles d’éoliennes nettement plus petits, aux rendements énergétiques évidemment moins importants…

Sans les plastiques, il aurait été quasiment impossible de connecter au réseau des éoliennes flottantes situées à plusieurs kilomètres des côtes. Les câbles de raccordement doivent en effet être souples, élastiques, robustes, étanches… autant de qualités propres aux polymères.

 De plus, bien que situées à plusieurs kilomètres des côtes, les éoliennes flottantes subissent tout de même l’influence des marées. Un détail dont il faut tenir compte pour concevoir le système de liaison sous-marine reliant l’éolienne au réseau électrique, qui doit être à la fois assez souple et solide pour ne pas se rompre sous l’effet de la houle, du flux et du reflux. Les câbles en cuivre (ou en aluminium) qui transportent l’électricité jusqu’à terre sont protégés par plusieurs couches de polymères différents, comme le polyéthylène et le polypropylène. Au final, ces liaisons ont un diamètre d’une trentaine de centimètres et pèsent 130 kilos par mètre linéaire. C’est donc du costaud ! Les polymères sont là pour leur assurer élasticité et robustesse, et surtout pour garantir la parfaite étanchéité des câbles métalliques.