Illustration d’un ancrage à pieux en béton imprimé en 3D pour relier des éoliennes flottantes au fond de la mer via des amarres. Crédit: RCAM Technologies
Encore peu développées, les éoliennes offshore offrent un « potentiel quasi illimité », estime l’Agence internationale de l’énergie. Ne représentant encore que 0,3% de l’électricité produite dans le monde, elles pourraient d’ici à 2040, devenir la première source d’électricité sur le vieux-continent. Si l’éolien offshore est plus compétitif que l’éolien terrestre en allant capter des vents plus réguliers et plus forts en mer, il n’en demeure pas moins très coûteux. Les matériaux nécessaires à leur construction, ainsi que leur installation jusqu’à en moyenne une vingtaine de km au large des côtes, constituent un frein important à leur développement. Pour répondre à cette problématique, des ingénieurs de l’Université de Purdue aux Etats-Unis, mènent des recherches pour fabriquer des pièces imprimées en béton, un matériau moins coûteux qui permettrait également aux pièces de flotter vers un site à partir d’une usine à terre.
« L’un des matériaux actuellement utilisés pour fabriquer des ancres pour les éoliennes flottantes est l’acier », a déclaré Pablo Zavattieri , professeur à l’ école de génie civil de Purdue à Lyles . « Cependant, les structures en acier finies sont beaucoup plus chères que le béton. »
Les méthodes de fabrication de béton conventionnelles nécessitent également un moule pour façonner le béton dans la structure souhaitée, ce qui augmente les coûts et limite les possibilités de conception. L’impression 3D éliminerait les frais de ce moule. Pour se faire, les chercheurs ont décidé de se rapprocher de RCAM Technologies , une start-up fondée pour développer la fabrication additive du béton pour la technologie éolienne onshore et offshore, et la Floating Wind Technology Company (FWTC). Le partenariat a pour objectif de construire des structures en béton imprimées en 3D, y compris des tours et des ancres d’éoliennes.
« Les capacités et les installations de classe mondiale de Purdue nous aideront à développer ces produits pour des produits offshore pour les marchés des Grands Lacs américains, côtiers et internationaux », a déclaré Jason Cotrell, PDG de RCAM Technologies. « Notre industrie a également besoin d’universités telles que Purdue pour fournir des étudiants universitaires de qualité supérieure à nos besoins en main-d’œuvre pour ces technologies de pointe. »
« L’énergie éolienne offshore est une plate-forme presque parfaite pour tester l’impression 3D »
Financée par le programme INTERN de la National Science Foundation, l’équipe développe actuellement une méthode portant sur un bras robotique et une pompe à béton, qui permettraient de fabriquer des sous-structures et des ancres d’éoliennes. Ce projet fait suite aux recherches de l’équipe sur l’impression 3D de matériaux à base de ciment dans des conceptions bio -inspirées , telles que celles qui utilisent des structures imitant la capacité d’une coque d’arthropode à résister à la pression. Les recherches actuelles du groupe consistent à formuler un béton spécial en utilisant un mélange de ciment, de sable et d’agrégats et d’adjuvants chimiques pour contrôler la stabilité de la forme lorsque le béton est encore à l’état frais.
« L’énergie éolienne offshore est une plate-forme presque parfaite pour tester l’impression 3D », a déclaré Jeffrey Youngblood , professeur Purdue d’ ingénierie des matériaux . « L’objectif est de comprendre la faisabilité et le comportement structurel du béton imprimé en 3D produit à plus grande échelle que ce que l’équipe a précédemment étudié en laboratoire. L’idée que nous avons pour ce projet est d’étendre à grande échelle certains des concepts de conception bio-inspirés que nous avons prouvés avec l’impression 3D de pâte de ciment et de les examiner à plus grande échelle« , a déclaré Mohamadreza « Reza » Moini, un doctorat candidat en génie civil à Purdue.
Les chercheurs détermineront comment la gravité affecte la durabilité de la structure imprimée en 3D à plus grande échelle. La recherche à plus grande échelle pourrait également être appliquée à l’optimisation et au renforcement des structures en général.
« L’impression de motifs géométriques à l’intérieur de la structure et la possibilité d’arranger les filaments à travers ou de jouer avec la distribution de l’acier sont deux possibilités que nous avons envisagées pour optimiser et renforcer les structures », ont déclaré Jan Olek , James H. et Carol H. Cure de Purdue.
