Kirchdorf/Haag (Allemagne), juin 2022. Du point de vue du rendement, la zone équatoriale est l’endroit idéal pour les installations photovoltaïques. La durée et l’intensité de l’ensoleillement sont plus importantes sous les tropiques que nulle part ailleurs dans le monde. Il y a toutefois une ombre au tableau : à la fin de l’été et en automne, des cyclones tropicaux sont régulièrement observés dans cette région, avec des vents pouvant atteindre plus de 200 km/h et causant des dégâts considérables avec un coût élevé. Cedrik Zapfe, expert et Directeur technique du groupe Schletter, explique comment il est possible d’y construire des installations photovoltaïques résistantes aux ouragans et ce qui est important à cet égard.

1. Tenir compte des normes locales

Dans la plupart des pays du monde, il existe des normes qui tiennent compte, entre autres, des charges de vent dans la région. Ces normes constituent la base du calcul statique de l’installation. Elles permettent notamment de calculer la distance entre les poteaux pour les structures à aire ouverte et d’effectuer les vérifications nécessaires pour les pinces de modules et pour de nombreux autres éléments.

2. Vérifier la nature du sol

Les meilleurs calculs statiques ne servent cependant à rien si l’installation est littéralement bâtie sur du sable. En effet, toutes les forces qui s’exercent sur l’installation doivent être encaissées par les poteaux et redirigées vers le sol. Or, le sol est souvent le point faible lorsque la vitesse du vent est élevée. Un ouragan balayant les modules solaires génère un effet d’aspiration similaire à celui d’une aile d’avion. Les fondations de l’installation sont soumises à d’énormes pressions et tractions qui peuvent causer un jeu, voire les arracher.

La base de toute planification sérieuse est donc une étude précise de l’état du sol. Cette étude nécessite généralement une expertise géologique qui analyse, entre autres, la structure, la composition et la porosité du sol. L’expertise est réalisée par un prestataire de services spécialisé ou par le fabricant du montage s’il dispose des compétences nécessaires. Il en résulte un cahier des charges pour l’ensemble de l’analyse statique de l’installation, comprenant les vérifications nécessaires.

3. Calcul statique - Connaître les bases

Dans le cadre du calcul statique de l’installation qui s’ensuit, il importe tout d’abord de comprendre précisément le « côté de l’effet de charge » qui correspond au point et à la manière dont s’exercent les charges de vent. Les vitesses de vent prévues par les normes techniques locales ne sont que la partie visible de l’iceberg. Certes, elles indiquent la nature des forces qui sont susceptibles de survenir, mais pas la manière dont ces forces agissent réellement sur les différents éléments de la structure. C’est au prestataire de services de montage qu’il incombe d’examiner ces facteurs. Des tests complets en soufflerie font donc partie intégrante du développement de produits chez les fabricants de systèmes haut de gamme. Les données ainsi obtenues permettent de calculer avec précision l’effet de la force. Le plus important est de tenir compte de tous les composants. Par exemple, dans la pratique, il arrive souvent que seules les charges que les profils doivent pouvoir supporter soient vérifiées au détriment d’autres composants comme les poutres et les pinces de modules.

 Le deuxième paramètre important pour le calcul est une caractéristique appelée « propriété de résistance de l’élément », c’est-à-dire la capacité de charge des différents composants. Là encore, les modèles de calcul purs ne suffisent pas et il faut procéder à des tests, car lors de la planification d’installations photovoltaïques, les normes et méthodes de calcul habituelles dans le domaine de la construction montrent leurs limites. Une installation photovoltaïque n’est en effet pas construite dans un hall de montage où les conditions sont maîtrisées, mais en pleine nature. De ce fait, les tolérances lors de la mise en place de fondations enfoncées en terrain accidenté sont inévitablement plus importantes que celles utilisées dans la construction classique de bâtiments.

C’est pourquoi le fournisseur accorde une grande importance au contrôle approfondi des composants dans le cadre du développement des produits. Les fournisseurs sérieux vérifient et calculent la propriété de résistance des composants lors du développement du produit à l’aide de la méthode dite « des éléments finis » qui consiste à simuler et à calculer précisément le comportement physique des composants sous contrainte. Idéalement, il faut y ajouter des tests de charge réelle. Cette démarche augmente certes le coût du développement, mais est une condition importante pour qu’un système de montage tienne 25, 30 ou même 40 ans conformément aux prévisions, y compris dans des conditions extrêmes.

4. Instructions de montage précises

Sur le chantier, le montage de l’installation doit être conforme afin que les calculs correspondent à la réalité. Pour cela, il est essentiel de disposer d’une documentation et d’instructions de montage précises et complètes accompagnées des dessins techniques correspondants, d’autant plus que le montage est généralement assuré par des sous-traitants. Ces dessins comprennent non seulement des instructions de montage détaillées, mais mettent aussi en garde contre certaines erreurs, comme le couple de serrage des vis.

5. Sur le chantier : s’adapter dans les règles de l’art

Peu de chantiers de projets photovoltaïques à aire ouverte sont réalisés à 100 % conformément au plan prévu. Des difficultés imprévisibles surviennent presque toujours et obligent à s’adapter. Par exemple, il est courant de se heurter à des blocs de roche dans le sol, ce qui empêche de mettre en place certaines fondations enfoncées comme le prévoit le projet.

Il est donc important d’avoir une certaine capacité d’improvisation sur le chantier, mais sans compromettre l’analyse structurelle. C’est là qu’intervient le service après-vente du fabricant de l’installation qui doit être réactif et expérimenté. Dans l’idéal, ce sont les mêmes techniciens ayant déjà participé à la planification qui s’occupent de la modélisation et de la mise en œuvre des solutions alternatives.

6. Une cause possible de problèmes structurels : la corrosion

Les tropiques ne sont pas seulement une région dans laquelle les charges de vent potentielles peuvent être extrêmes. L’atmosphère est également plus oxydante pour les composants en acier qu’à tout autre endroit de la planète. D’une part, l’air des régions côtières a une très forte teneur en chlorure, ce qui favorise et accélère massivement la corrosion. D’autre part, l’humidité de l’air est élevée et la condensation sur les éléments de construction est fréquente le matin et le soir. Sur les sites proches des côtes, ces deux phénomènes se produisent simultanément, ce qui représente un stress extrême pour les pièces métalliques.

Dans des conditions aussi difficiles, une protection anticorrosion classique ne dure que quelques années. Une fois que le revêtement détérioré, il y a un risque de corrosion par piqûres, voire de défaillance de certains composants. Sous les tropiques plus qu’ailleurs, durabilité rime avec robustesse. Dans les régions tropicales à vents forts, il est donc obligatoire de disposer d’une protection anticorrosion particulièrement durable et résistante, capable de faire face à ces conditions hostiles.

Un système de montage solide pérennise votre investissement

Les installations photovoltaïques des régions tropicales affichent un rendement supérieur à la moyenne. Elles sont également exposées à davantage de risques tels que les cyclones, les fortes pluies, l’humidité et la corrosion. Les investisseurs et les responsables de projets doivent donc être très exigeants lors du choix et de la planification du système de montage. Un simple exemple de calcul montre pourquoi cette démarche peut être bénéfique : le système de montage ne représente qu’environ 10 % de l’investissement total, contre 70 % pour les modules. Se tromper de priorité revient à s’exposer à de coûteux dommages.