Le vent dans les pales

Le nickel est un élément clé dans le moulage de pièces d’éoliennes
par Dean Jobb

Revue Nickel, juin 2007 -- Les efforts visant à réduire les émissions de dioxyde de carbone et à atténuer les effets du réchauffement climatique entraînent une demande accrue à l’échelle mondiale, pour l’énergie propre générée par le vent, ce qui crée un nouveau marché prometteur pour le nickel.

Les pièces massives d’une éolienne – moyeu de rotor, boîte d’engrenages, plaques de base, engrenages et arbres – sont faites de fonte ductile moulée, qui a l’avantage d’être environ 10 % plus légère que l’acier au carbone. Le métal doit répondre à des normes strictes en matière de résistance au choc et c’est là que le nickel joue un rôle important.

« Les fabricants d’éoliennes recherchent un alliage de fonte ductile qui possède certaines propriétés essentielles, notamment une bonne résistance au choc à basse température (dans les régions nordiques), déclare M. Rick Gundlach, ingénieur métallurgiste principal pour Stork Climax Research Services à Wixom
(Michigan, É.-U.). Il serait difficile d’obtenir ces propriétés mécaniques avec de la fonte ductile traditionnelle qui ne contient pas de nickel. »

La fonte ductile traditionnelle a une teneur en silicium de 2 à 3 %. Cet élément renforce le métal mais présente l’inconvénient de le rendre cassant à basse température. L’ajout de 0,5 à 1 % de nickel, lors du procédé de moulage (GGG 40.3), réduit le besoin de silicium et permet à la fonte d’atteindre le niveau minimum de résistance au choc, qui est recommandé pour les composantes d’éoliennes, à une température de –20° C.

« Les ingénieurs spécialisés en énergie éolienne ne veulent pas de matériaux cassant; ils veulent une grande résistance à basse température, affirme M. James Mullins, directeur technique de la société Ductile Iron Society of North America. Le nickel est l’un des seuls éléments qui renforce la fonte sans la rendre cassante. »

L’ajout d’une si petite quantité de nickel peut sembler sans importance, mais il faut tenir compte de la taille des pièces moulées. Un moyeu de rotor est une pièce moulée en forme d’anneau, dont l’ouverture centrale, destinée à recevoir les pales de rotor et d’autres composantes, est assez grande pour permettre à un homme d’y passer en marchant. Chaque rotor peut peser jusqu’à 1 600 kilogrammes (kg). Il faut entre 32 et 45 tonnes de fonte ductile moulée pour construire une éolienne de
4,5 mégawatts (MW) capable d’alimenter en électricité
1 500 foyers. Des éoliennes de plus grande puissance sont en construction et de plus grandes encore sont prévues.

Ainsi, une simple turbine assemblée à partir de 45 tonnes de pièces moulées contiendrait près d’une demi-tonne de nickel. À l’échelle mondiale, seulement 20 fabricants peuvent produire des pièces moulées de cette taille et « ils utilisent des quantités industrielles de nickel », fait remarquer M. Mullins.

« Il y a eu une très forte demande de production pour de nombreuses éoliennes », ajoute M. Gundlach, qui effectue des essais de contrôle de la qualité à contrat pour deux fonderies américaines. « Les fabricants ne suffisent pas à cette demande. »

Les turbines se multiplient et deviennent de plus en plus volumineuses. La société The American Wind Energy Association (AWEA) estime que l’énergie éolienne produira 31 milliards de kilowattheures (kWh) d’électricité aux États-Unis en 2007 et prévoit que la capacité de ce pays augmentera jusqu’à 30 % par an. Toutefois dans l’ensemble, l’Amérique du Nord a mis du temps pour s’investir dans le domaine de l’énergie éolienne. En Europe, où l’exploitation de celle-ci à des fins commerciales est une réalité fermement établie, on utilise la fonte ductile traitée au nickel pour faire des éoliennes depuis le milieu des années 1990.

Le gouvernement des États-Unis a prolongé son crédit d’impôt aux producteurs d’énergie éolienne jusqu’à la fin de 2007, ce qui ajoute de la stabilité au marché des éoliennes qui a connu des périodes d’expansion et de récession. Quatre fabricants d’éoliennes ont ouvert de nouvelles usines aux États-Unis en 2006, selon un rapport de la AWEA et des fabricants européens reconnus établissent des usines pour répondre aux besoins croissants du marché américain dans ce domaine.

Les fonderies américaines procèdent actuellement à un réoutillage afin de pouvoir fournir les pièces moulées. Par exemple, selon la revue Engineered Casting Solutions, la société Cast-Fab Technologies (Cincinnati, Ohio), vend plus du quart des pièces de fonte moulées qu’elle fabrique à des producteurs d’énergie éolienne.

« La demande d’éoliennes est telle que les producteurs ne peuvent trouver assez d’équipement de fonderie pour fabriquer les pièces moulées, fait remarquer M. Gundlach. Nous n’avons pas assisté à l’émergence d’un tel marché depuis très longtemps. »

Dean Jobb est un collaborateur indépendant établi à Halifax, Nouvelle-Écosse

ILLUSTRATIONS : iStock et General Electric

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