La transition mondiale vers les énergies renouvelables entraîne l’un des plus vastes déploiements d’équipements d’ingénierie, de systèmes électriques et de matériaux avancés de l’infrastructure moderne. Modules solaires, éoliennes, pales, câbles, onduleurs, supports, composants électriques et matériaux structurels doivent fonctionner de manière fiable pendant des décennies, souvent dans des conditions environnementales et mécaniques sévères.
Mais la certification seule ne répond pas à toutes les questions sur les performances d’un équipement durant sa vie opérationnelle.
À mesure que les projets renouvelables gagnent en ampleur et en valeur d’investissement, les essais et analyses indépendants deviennent essentiels pour les fabricants, développeurs, entrepreneurs EPC, investisseurs et propriétaires d’actifs.
Les énergies renouvelables deviennent un défi de matériaux et de fiabilité
La transition renouvelable est souvent présentée sous l’angle de la capacité installée, de la production d’énergie et de la décarbonation.
Derrière ces chiffres se trouve une immense infrastructure physique.
Chaque projet solaire ou éolien dépend de matériaux et de composants dont les performances affectent directement la sécurité, la disponibilité, l’efficacité et l’économie du projet.
Ces composants peuvent subir pendant des années des cycles thermiques, des ultraviolets, de l’humidité, du sel, de la corrosion, des vibrations, de la fatigue, des charges mécaniques et des contraintes électriques.
Comprendre leur comportement dans ces conditions relève fondamentalement des essais et de l’analyse.
Les essais photovoltaïques dépassent largement la mesure de puissance
D’apparence simple, les modules photovoltaïques sont des assemblages associant cellules semi-conductrices, verre, encapsulants, feuilles arrière, cadres, boîtes de jonction, connecteurs et interconnexions électriques.
Chaque élément peut influencer les performances à long terme.
Mesure des caractéristiques électriques, de la puissance et des variations de performance après contraintes environnementales ou mécaniques.
Des changements répétés de température peuvent révéler des faiblesses des interconnexions, matériaux, stratifiés et interfaces.
Les essais d’exposition environnementale évaluent la résistance à la dégradation liée à l’humidité et à la détérioration des matériaux.
Les modules peuvent devoir résister aux charges du vent, de la neige, de l’installation et à d’autres contraintes mécaniques.
Les essais identifient la sensibilité aux mécanismes de dégradation électrique susceptibles de réduire les performances.
Encapsulants, feuilles arrière, verre, cadres, joints et autres matériaux peuvent être évalués pour leur résistance environnementale à long terme.
La série IEC 61215 constitue un cadre international majeur de qualification de conception et d’essais des modules photovoltaïques terrestres. L’édition 2021 inclut notamment des essais de charges mécaniques dynamiques et de dégradation induite par le potentiel pour les modules en silicium cristallin.
Ils démontrent qu’une conception de module peut résister à des séquences d’essais et à des contraintes définies. Ils ne prédisent pas automatiquement le nombre exact d’années de fonctionnement d’un module individuel dans une installation particulière.
L’éolien pose un défi encore plus vaste d’essais structurels
Les éoliennes modernes figurent parmi les plus grandes machines tournantes jamais fabriquées.
Leurs composants subissent des millions de cycles de charge sous des conditions de vent, de température et d’environnement continuellement variables.
Les essais vont donc des performances électriques à l’évaluation structurelle en vraie grandeur.
Les essais statiques et de fatigue en vraie grandeur évaluent si les structures des pales respectent leurs hypothèses de conception.
Composites, adhésifs, résines et matériaux structurels peuvent être évalués pour leurs propriétés mécaniques et leur durabilité.
Les mesures sur site déterminent les caractéristiques de puissance dans des conditions de site et de mesure définies.
Les composants et sous-systèmes peuvent être testés pour vérifier leurs caractéristiques électriques et soutenir l’évaluation de conformité au réseau.
Les matériaux et composants peuvent nécessiter une évaluation de leur résistance à la température, l’humidité, le sel, la corrosion et autres expositions propres au site.
Les analyses de laboratoire et d’ingénierie déterminent les causes de fissuration, de délaminage, de corrosion, de fatigue et de défaillance prématurée.
Les essais de matériaux deviennent essentiels à la fiabilité renouvelable
Les performances renouvelables dépendent, en définitive, des matériaux.
Acier, aluminium, polymères, composites, adhésifs, revêtements, verre, cuivre, isolants électriques et semi-conducteurs réagissent différemment aux contraintes prolongées d’exploitation et d’environnement.
Les essais permettent de déterminer leur aptitude à l’usage prévu et de détecter une dégradation commencée en service.
Les essais environnementaux accélérés révèlent plus tôt les faiblesses
Attendre vingt ans pour découvrir la durabilité d’un composant renouvelable est évidemment impraticable.
Les laboratoires utilisent donc des essais environnementaux contrôlés et des contraintes accélérées pour exposer produits et matériaux à des conditions définies sur des périodes réduites.
En exploitation, les équipements subissent chaleur, froid, humidité, UV, vent, sel, vibrations et charges mécaniques.
Les conditions définies de laboratoire permettent de comparer matériaux et composants, d’identifier les faiblesses et d’évaluer le respect des exigences d’essai spécifiées.
Les essais accélérés doivent être correctement interprétés : un essai n’équivaut pas automatiquement à un nombre précis d’années de service sans relation appropriée et validée.
Les renouvelables en mer renforcent encore les exigences d’essai
Les équipements éoliens en mer fonctionnent dans l’un des environnements les plus exigeants pour l’infrastructure industrielle.
Eau salée, humidité, charges cycliques, vent, vagues et accès difficile à la maintenance aggravent les conséquences de la dégradation et des défaillances.
Les essais et analyses peuvent donc privilégier :
Évaluation des métaux, systèmes de protection et revêtements face aux expositions marines agressives.
Adhérence, épaisseur, dégradation et protection peuvent être évaluées avant et pendant le service.
Les matériaux structurels et assemblages peuvent être évalués sous charges cycliques répétées.
Les matériaux des pales peuvent être examinés pour détecter délaminage, fissures, défauts de collage et autres faiblesses structurelles.
Les équipements électriques doivent rester fiables malgré l’humidité, la contamination saline et les conditions exigeantes.
Identifier le mécanisme réel d’une défaillance en mer devient essentiel pour empêcher sa répétition dans l’ensemble du parc.
L’analyse des défaillances peut être aussi importante que la qualification
Les essais sont souvent associés à la validation d’un nouveau produit avant sa commercialisation ou son installation.
Mais certains des travaux de laboratoire les plus précieux commencent après un problème.
Un composant d’éolienne fissuré, une fixation corrodée, une pale délaminée, un revêtement défaillant, un câble endommagé ou un module peu performant peuvent contenir les preuves physiques du mécanisme de défaillance.
Une analyse efficace demande pourquoi : choix de matériau, défaut de fabrication, fatigue, corrosion, exposition environnementale, dommage d’installation, contraintes de conception, dégradation électrique ou combinaison de mécanismes.
De la défaillance à sa cause profonde
Une investigation structurée peut combiner plusieurs techniques analytiques plutôt que dépendre d’un seul essai.
Identifier les caractéristiques de rupture, dommages de surface, corrosion, délaminage et autres preuves physiques.
Vérifier la composition, la contamination, les dépôts ou les substances inattendues associés à la défaillance.
Déterminer si résistance, dureté, ténacité et autres propriétés restent conformes aux spécifications.
Examiner les surfaces de rupture pour identifier fatigue, surcharge, rupture fragile ou autres mécanismes.
Évaluer la défaillance de la protection, la morphologie de corrosion et la contribution environnementale.
Combiner preuves de laboratoire, historique d’exploitation, charges, conception et conditions du site pour déterminer la cause profonde probable.
Les essais assurent aussi la chaîne d’approvisionnement
Les projets renouvelables dépendent de plus en plus de chaînes internationales.
Les composants peuvent être conçus dans un pays, fabriqués dans un autre et installés à des milliers de kilomètres.
Les propriétaires doivent donc avoir confiance dans la conformité des équipements et matériaux livrés aux spécifications approuvées et aux preuves de qualification.
Les essais de type et de qualification évaluent les conceptions définies selon les exigences techniques et séquences d’essais applicables.
Contrôles de fabrication, échantillonnage, inspection et essais renforcent la confiance dans le respect des spécifications approuvées.
Cette distinction est essentielle : la réussite d’un essai de type ne garantit pas, à elle seule, que tous les produits fabriqués ensuite seront identiques à l’échantillon testé.
Essais, inspection et certification travaillent ensemble
L’assurance renouvelable est plus forte lorsque les essais ne sont pas une activité isolée de laboratoire.
Essais, inspection et certification couvrent différentes parties de la chaîne de confiance.
Produisent des données techniques objectives sur les caractéristiques et performances des matériaux, composants et équipements.
Évalue fabrication, installation, qualité d’exécution, état et conformité en usine, sur chantier et sur les actifs en service.
Fournit une évaluation indépendante de conformité à des normes, programmes ou exigences techniques définis lorsque applicable.
Interprète les preuves, recherche les causes des défaillances et soutient les décisions lorsque le certificat seul ne répond pas à la question.
Les essais indépendants protègent au-delà de la conformité
Leur valeur commerciale dépasse les exigences réglementaires ou de certification.
Pour développeurs, prêteurs, investisseurs et propriétaires, ils soutiennent les décisions de sélection d’équipement, qualification de fournisseurs, diligence technique, litiges de garantie, problèmes de performance et prolongation de vie.
Que doivent envisager fabricants et propriétaires ?
Le programme approprié dépend des équipements, de la technologie, des normes, de l’environnement prévu et des risques du projet.
- quelles normes internationales, nationales ou contractuelles s’appliquent ;
- quels équipements et matériaux présentent le plus grand risque technique ;
- si les essais visent la qualification, la conformité, la performance ou l’investigation ;
- si un laboratoire accrédité doit les réaliser ;
- si les échantillons testés représentent la production ;
- quelles conditions environnementales les équipements subiront réellement ;
- si une inspection de fabrication doit accompagner les essais ;
- comment écarts et défaillances seront analysés ; et
- comment les résultats soutiendront certification, achats ou réception du projet.
Le laboratoire entre dans la gestion des risques renouvelables
À mesure que les actifs gagnent en taille, en sophistication technique et en déploiement, les conséquences des défaillances prématurées augmentent.
Un petit défaut de matériau peut finalement affecter un actif beaucoup plus vaste.
Une défaillance de revêtement peut devenir un problème de corrosion ; un défaut de collage, un problème structurel ; une connexion faible, un problème de fiabilité ; une irrégularité de fabrication, un litige de garantie à l’échelle du parc.
Les essais et analyses permettent d’étudier ces risques à partir de preuves plutôt que d’hypothèses.
Tester la transition énergétique
La transition nécessitera d’immenses quantités d’équipements et de matériaux au cours des prochaines décennies.
Le défi n’est donc plus simplement la vitesse de déploiement de la production renouvelable.
Il est aussi de démontrer avec confiance que les équipements installés aujourd’hui fonctionneront demain en sécurité et avec fiabilité.
La transition énergétique transforme une infrastructure physique. Chaque mégawatt installé dépend de matériaux, composants et équipements dont les performances doivent être comprises, testées et vérifiées.