Formation de la glace, régimes d'accrétion et formes de glace

Formation de la glace, régimes d’accrétion et formes de glace

CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS

Conclusions

Ce mémoire est une première avancée dans le domaine de la production de l’énergie éolienne au Canada. En effet, il montre que les revêtements hydrophobes peuvent réduire la consommation de puissance pour le dégivrage et l’antigivrage même si des problèmes comme la dégradation des profils sont rencontrés.
Les essais en laboratoire ont démontré que les revêtements à caractère glaciophobe qui existent sur le marché ne peuvent pas être utilisés comme système de dégivrage passif.
Néanmoins lorsque ces revêtements sont combinés à un système de dégivrage électrothermique de protection contre la glace, ils réduisent de façon significative la puissance consommée. L’utilisation des revêtements est très avantageuse en régime humide, qu’ils fonctionnent seuls ou qu’ils soient combinés au système électrothermique.
Le degré d’hydrophobicité a un impact sur l’efficacité des revêtements antigivre. En effet, plus l’angle angle de contact est élevé et plus le revêtement est efficace contre l’accumulation de glace sur la pale quelque soit le régime d’accrétion. La même corrélation a pu être faite en ce qui concerne la réduction de la puissance de dégivrage. Les essais d’accumulation (essais sans dégivrage) ont confirmé que les formes de glace ne dépendent pas de la surface. Lors de ces essais, quelque soit le régime d’accrétion, les revêtements réduisent d’au moins 60% l’accumulation de la glace sur la surface. La réduction la plus notable est notée avec le revêtement superhydrophobe qui réduit de 82% cette accumulation lorsqu’on est en régime humide. Mais sans dégivrage, toute la glace qui s’accumule sur le bord d’attaque à tendance à y rester. C’est pourquoi, il est nécessaire de coupler le revêtement à un système de dégivrage électrothermique. Ainsi comme espéré, le revêtement superhydrophobe a démontré d’excellents résultats lorsque combiné à un système électrothermique de protection contre la glace avec une réduction significative de la puissance. En effet en mode antigivrage, la réduction de la puissance consommée avec le revêtement superhydrophobe est d’environs 34% en régime humide et d’environs 13% en régime sec. En mode dégivrage par contre les réductions sont d’environs 15% en régime humide et de 8% en régime sec.
En général, les revêtements hydrophobes ont aussi donné de bons résultats, même s’ils sont en-dessous de ceux obtenus avec le revêtement superhydrophobe. En mode antigivrage, le meilleur revêtement hydrophobe a permis une réduction de la puissance de 7% en régime sec et de 14% en régime humide. En mode dégivrage, le meilleur revêtement hydrophobe permet une réduction de l’ordre de 8% tout régime confondu.
Comme pressenti, les revêtements améliorent grandement l’effet de ruissellement. Cela est sans aucun doute relié à leur nature hydrophobe. Ceci se vérifie grâce aux résultats obtenus. En effet, plus le revêtement a un angle de contact élevé plus l’effet de ruissellement est important. Ils permettent de réduire la température minimum de surface, nécessaire au ruissellement d’environs 20% au niveau du bord d’attaque. Par période très froides (régime d’accrétion sec), il faut maintenir une température de surface d’au moins 3°C au niveau du bord d’attaque, et par temps moins froids (régime d’accrétion humide) une température avoisinant 0°C est suffisante.
Le revêtement superhydrophobe a montré une plus grande détérioration au fil des cycles de dégivrage comparativement aux revêtements hydrophobes. Il pourrait donc nécessiter un remplacement plus fréquent.
Maissan et al. (2001) a rapporté un gain de 2% de la production brute qu’il attribue à la présence du revêtement StaClean™ noir sur ses pales [29]. Grâce aux résultats de cette étude, si on extrapole, l’utilisation de revêtements superhydrophobes pourrait permettre un gain de 4% à 6% en termes de production éolienne. Néanmoins une estimation plus précise pourra être faite en tenant compte entre autre du coût de chaque type de revêtement. Il est à noter aussi que puisque les essais en dégivrage n’ont pas été faits selon la méthode classique de dégivrage, les gains prédits peuvent être sous ou sur-estimés.

Recommandations

Les principales recommandations découlant de l’étude sont :
• Augmenter le nombre d’essais pour diminuer l’incertitude sur les résultats.
• Améliorer le montage car, il semble se détériorer au fil du temps.
• Augmenter le nombre de revêtements à évaluer de sorte à avoir plus d’intervalles pour les valeurs de l’angle de contact.
• Faire des essais aérodynamiques avec des profils protégés par des revêtements pour évaluer leur impact sur l’aérodynamisme des pales.
• Refaire les essais de dégivrage en utilisant la vraie procédure de dégivrage.

MISE À L’ÉCHELLE DES CONDITIONS CLIMATIQUES

Introduction

Les essais en soufflerie ne pouvant pas être faits sur une pale grandeur réelle en raison des restrictions dimensionnelles de la section d’essai, une mise à l’échelle des conditions réelles est nécessaire. Le but du projet étant de mesurer l’impact du dégivrage des pales, un calcul de similitude de la quantité d’eau captée sur la pale grandeur réelle et la pale réduite a été fait. Il fallait donc entre autre que la zone d’impact des gouttelettes sur la pale grandeur réelle et la pale réduite coïncide. On sait que l’étude théorique des lois régissant le givrage en similitude nécessite l’analyse de différents phénomènes physiques. Le premier de ces phénomènes est celui de la mécanique de captation des gouttelettes d’eau qui fait intervenir la recherche des trajectoires de ces gouttelettes dans le champ aérodynamique de l’écoulement entourant l’obstacle à givrer. Le deuxième phénomène est la répartition et la quantité de glace sur le profil. On évalue donc la concentration en eau du nuage givrant, le temps de givrage et le coefficient de transfert de chaleur par convection. Le troisième phénomène analysé est celui de l’équilibre thermique. Pour le cas de la captation de l’eau et ainsi de la quantité de glace qui se forme, c’est le premier de ces phénomènes qui est étudié.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

RÉSUMÉ
ABSTRACT
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1. Historique et contexte du projet
1.2. Problématique
1.2.1. Possibles applications des revêtements antigivre sur les pales
1.2.2. Coût des systèmes actuels de dégivrage
1.3. Objectifs du projet de recherche
1.4. Méthodologie
CHAPITRE 2 REVUE DE LITTERATURE
2.1. Givrage des pales d’éolienne
2.1.1. Formation de la glace, régimes d’accrétion et formes de glace
2.1.2. Effets du givre en éolien
2.2. Systèmes de dégivrage actuels
2.2.1. Systèmes actifs
2.2.2. Systèmes passifs
2.3. Revêtements glaciophobes
2.3.1. Mouillabilité
2.3.2. Mécanisme d’adhérence de la glace
2.3.3. Revêtements glaciophobes
2.3.4. Revêtements antigel
CHAPITRE 3 MATÉRIELS ET MESURES EXPÉRIMENTALES
3.1. Montage expérimental
3.2. Choix et validation du matériau de pale
3.3. Essais préliminaires
3.4. Sélection des revêtements
3.5. Conditions expérimentales et similitude
3.5.1. Conditions réelles
3.5.2. Similitude et conditions expérimentales
3.6. Soufflerie réfrigérée et module de chauffage
3.7. Procédures expérimentales
3.7.1. Mesure de l’angle de contact de l’eau
3.7.2. Essais en soufflerie réfrigérée
CHAPITRE 4 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
4.1. Mesure de l’angle de contact pour les revêtements
4.2. Influence de la présence de la pellicule plastique
4.3. Essais d’accumulation
4.3.1. Description d’un essai-type
4.3.2. Résultats
4.4. Comportement des revêtements en mode antigivrage
4.4.1. Description d’un essai-type
4.4.2. Investigation de la puissance seuil de ruissellement
4.4.3. Essais à 50% de la puissance de ruissellement
4.4.4. Effet du ruissellement
4.5. Comportement des revêtements en mode de dégivrage
4.5.1. Description d’un essai-type en mode dégivrage
4.5.2. Dégivrage de l’intrados
4.5.3. Dégivrage du bord d’attaque
4.6. Reproductibilité et répétitivité des essais
4.6.1. Théorie
4.6.2. Reproductibilité : résultats pour les essais sans dégivrage
4.6.3. Répétabilité : résultats pour la stratégie antigivrage de la pale
4.6.4. Répétabilité : résultats pour la stratégie dégivrage (« de-icing ») de la pale
CHAPITRE 5 EXTRAPOLATION DU COÛT DE DÉGIVRAGE
CHAPITRE 6 CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS
6.1. Conclusions
6.2. Recommandations
LISTE DE RÉFÉRENCES
ANNEXE A MISE À L’ÉCHELLE DES CONDITIONS CLIMATIQUES
Introduction
A.I. Description
A.2. Équations et paramètres utilisés
A.3. Calculs avec le logiciel MAPLE
A.3.1 Calculs pour la position 1
A.3.2 Calculs pour la position 2
ANNEXE B ÉTALONNAGE DE LA TENEUR EN EAU LIQUIDE
Introduction
B.l. Équations
B.2. Procédure expérimentale
B.3. Résultats
ANNEXE C PRÉSENTATION DES ESSAIS
C l . Essais d’accumulation
C.2. Essais en mode antigivrage
C.3. Essais en mode dégivrage
C.3.1. Dégivrage de l’intrados
C.3.2. Dégivrage du bord d’attaque
ANNEXE D INFORMATIONS SUR LES PRODUITS