Inspection des éoliennes : voir des pales à cent mètres de haut, avec moins de temps d’arrêt

La dégradation d’une éolienne se répartit entre les pales, le mât et la fondation, et la nacelle (le carénage qui abrite la génératrice et la chaîne de transmission). Les pales sont les plus sollicitées : extrémités traversant la pluie et le sable à grande vitesse, rôle de chemin pour la foudre, flexions répétées des dizaines de millions de fois. C’est pourquoi les pales sont le principal objet de l’inspection.

Au Japon, depuis avril 2017, les installations éoliennes de 500 kW ou plus sont soumises à une inspection périodique de gestion de la sécurité au titre de la loi sur les activités électriques (Electricity Business Act). En s’appuyant sur la ligne directrice d’inspection périodique (JEAG 5005) et sur les recommandations de l’association professionnelle pour l’inspection et la réparation des pales, les exploitants contrôlent l’état des pales et du mât, la tension des boulons, la protection contre la foudre, entre autres, et en conservent les enregistrements. À l’étranger aussi, l’inspection périodique est couramment exigée par les autorisations, les assureurs ou les garanties des constructeurs.

Le moyen d’approche se traduit en temps d’arrêt et en risque. Les extrémités des pales se trouvent souvent à plus de cent mètres du sol. Les cordistes suspendus depuis la nacelle sont depuis longtemps la norme, mais ils ne peuvent pas travailler par vent fort et chaque éolienne prend beaucoup de temps.

En mer, les difficultés se multiplient : envoyer un navire, attendre que la mer se calme, transférer le personnel sur l’éolienne. Le portefeuille de projets éoliens en mer du Japon s’étoffe, et comme l’exploitation-maintenance est largement citée comme une part importante du coût sur la durée de vie, l’efficacité de l’inspection pèse directement sur l’économie des projets.

Le drone remplace cordes et nacelles élévatrices en portant une caméra le long de chaque surface de pale. Une fois l’éolienne arrêtée et le rotor bloqué dans une position déterminée, le drone capture automatiquement les quatre faces : bord d’attaque, bord de fuite, intrados et extrados. Terminer une éolienne pendant un arrêt court est son principal atout.

Au Japon, un projet financé par la NEDO a validé des drones qui détectent eux-mêmes l’orientation de la nacelle et la position des pales, et suivent les pales en mouvement pendant la prise de vue. La façon de capturer des éoliennes qui continuent de bouger même à l’arrêt, comme les unités flottantes en mer, est l’un des grands défis à venir.

Les éoliennes sont construites précisément là où le vent est le plus fort, ce qui en fait l’un des endroits les plus difficiles à survoler pour un drone. Elles sont aussi très hautes. En mer s’ajoutent le sel et les embruns, dans les sites nordiques le givrage, et l’intérieur des pales et du mât est exigu et sombre. L’inspection éolienne est une vitrine des obstacles environnementaux.

• Vent et turbulences : l'air s'enroule autour de la nacelle et du mât, et un écoulement perturbé traîne derrière les pales. Gardez une marge de tolérance au vent, approchez par le côté au vent et laissez une trajectoire de dégagement. Vent et turbulences
• Hauteur : les bouts de pale dépassent souvent 100 m au-dessus du sol. Vérifiez les limites d'altitude et l'application des dérogations près des structures, et prévoyez de revenir avec une réserve de batterie. Hauteur
• Sel et embruns en mer : décoller depuis un navire est une lutte contre le mouvement. Le sel attaque l'aéronef, donc le nettoyage après vol compte. Eau, embruns et humidité
• Froid et givrage : pendant les mois froids, les batteries perdent de la puissance et de la glace peut se former sur les hélices et les capteurs. Réchauffez les batteries avant le vol et ne volez pas en conditions givrantes. Froid et givrage
• Espaces confinés : inspecter l'intérieur des pales ou des mâts exige des aéronefs tolérants aux collisions et un éclairage. Espaces confinés

Pour un guide général sur le vent à partir duquel un drone ne doit plus voler, lisez jusqu’à quelle force de vent un drone peut voler (Airffic World).

Une éolienne produit des centaines d’images haute résolution. À partir d’elles, vous repérez les dommages, les localisez sur la pale (distance depuis l’emplanture et face concernée), évaluez leur gravité, comparez avec la fois précédente et décidez quand réparer. L’IA est efficace pour repérer, localiser et comparer ; décider de réparer maintenant ou d’attendre revient à la personne responsable de l’éolienne.

Au Japon, les installations éoliennes doivent respecter les normes techniques de la loi sur les activités électriques (Electricity Business Act), et celles de 500 kW ou plus sont soumises à une inspection périodique de gestion de la sécurité. L’éolien en mer passe par la désignation de zones et la sélection des développeurs au titre de la loi sur la promotion de l’utilisation des zones maritimes pour les énergies renouvelables (Act on Promoting the Utilisation of Sea Areas for Renewable Energy), où les plans d’exploitation-maintenance à long terme pèsent lourd. Le recours aux drones dans l’inspection dépend de la capacité de l’exploitant à les justifier comme méthode d’inspection.

À l’étranger, la série IEC 61400 et les normes des organismes de certification (par exemple DNV) constituent le langage commun pour la conception et la certification. Dans certains pays, l’inspection périodique par des experts qualifiés est une condition de l’autorisation.

Pour les règles de vol, la hauteur est la question clé. Au Japon, l’espace aérien situé à 150 m ou plus au-dessus de la surface exige en général une autorisation, bien que des exceptions existent à proximité des structures de grande hauteur. Les extrémités des pales des grandes éoliennes peuvent dépasser cette hauteur : vérifiez les règles en vigueur. En mer, une coordination avec le trafic maritime et les autorités portuaires est également nécessaire. Comparez les pays dans réglementations mondiales.

• Défauts internes : la délamination et la défaillance du joint collé ne se voient souvent pas de l'extérieur. Tapotement, ultrasons ou autre CND sont nécessaires ; le tapotement par drone est encore à l'essai.
• La réparation elle-même : réappliquer la protection du bord d'attaque est un travail pour des personnes ou des robots.
• Couple des boulons : la vérification de la tension des boulons est faite par des personnes à l'intérieur du mât.
• Jours de vent : les éoliennes que vous voulez le plus inspecter sont dans les endroits les plus ventés. Certains jours, vous ne pouvez pas voler ; programmez les inspections vers les saisons plus calmes.
• Notation et responsabilité : lire la gravité des dommages et décider de poursuivre l'exploitation reste un travail humain.

Au pied d’une éolienne en mer se trouve une station de drone. Par une aube calme, le drone décolle seul, photographie les trois pales de l’éolienne à l’arrêt et revient. Même lorsque la fondation flottante bouge, il suit les pales et capture depuis la même position que la fois précédente. À terre, seules les pales qui ont changé après les tempêtes d’hiver s’affichent à l’écran. C’est le tableau qu’anticipe notre rédaction.

Personne n’a besoin de traverser les vagues pour chaque inspection. On décide de l’ordre des réparations, on organise pièces, navires et fenêtres météo, et on cherche comment prolonger la vie des pales. L’inspection passe de la suspension à des structures de grande hauteur au suivi de toute la vie de l’éolienne.