Agir aujourd’hui pour les enjeux énergétiques de demain

Pienergies accompagne ses clients depuis plus de vingt ans dans leur transition énergétique, grâce à un éventail de métiers complet. La société est spécialisée, quant à elle, dans le contrôle-commande et dans la conception de turbines dans le cadre de la réalisation de micro-centrales hydroélectriques et de projets photovoltaïques.

Le choix d’installer des micro-centrales a d’abord été motivé par des raisons techniques et environnementales liées à l’emplacement en région Auvergne-Rhône-Alpes, puisque les micro-centrales suivent le cours naturel de l’eau, au bord des fleuves ou des rivières, là où des barrages hydroélectriques vont stocker l’eau sous forme de lacs artificiels.

D’un point de vue logistique, le processus de construction de ces micro-centrales est également plus léger, et celles-ci sont généralement moins coûteuses, plus respectueuses du paysage et de la vie locale.

Depuis 1999, la situation privilégiée de Pienergies dans la région Auvergne-Rhône-Alpes lui a permis un développement de ses activités orientées dans le domaine hydraulique, soutenant les industries installées près des cours d’eau et qui ont rapidement nécessité une production additionnelle d’énergie.

L’attention de l’entreprise s’est aussi peu à peu tournée par la suite vers d’autres énergies « vertes » de manière plus générale. Les activités de Pienergies se répartissent à présent de la sorte : environ la moitié est consacrée à la production de centrales hydroélectriques et de panneaux photovoltaïques, 30 % à la gestion de ces énergies, 18 % à l’automatisation, ainsi qu’à l’installation de bornes de recharge pour les véhicules électriques.

La force de l’entreprise réside dans sa polyvalence et sa technicité, qui font d’elle une spécialiste dans le domaine des énergies durables. Selon Kevin Moland, Directeur général de Pienergies : « Notre vision, c’est la compétence technique avant tout. C’est ce que l’on souhaite surtout développer, en particulier en Europe. L’accompagnement et le suivi des clients, incluant la maintenance, à différentes étapes de nos projets font partie de nos pôles de compétence ».

C’est sur ce volet global que Pienergies et Hexagon se retrouvent, par le biais du développement, de la production et de l’exploitation des turbines Pelton, indispensables au bon fonctionnement des centrales hydroélectriques.

Les roues Pelton – comme elles peuvent être aussi désignées – sont des roues à augets qui sont activées par un jet d’eau qu’elles accueillent, produisant de ce fait un phénomène d’énergie cinétique de l’eau qui va générer de l’électricité.

Leur conception est très complexe car elle doit prendre en compte tous les paramètres d’entrée en contact de l’eau sur les augets des turbines, ainsi que la localisation de la centrale hydraulique. La prise en compte de l’écoulement latéral de l’eau sur les parties concaves des augets, dont le débit doit avoir la vitesse résiduelle la plus faible possible, est un paramètre de conception crucial. Tout cela signifie que chaque micro-centrale hydroélectrique produite par Pienergies nécessite une roue Pelton entièrement personnalisée, conçue pour sa situation très spécifique.

C’est un cas d’utilisation idéal pour Hexagon, depuis les logiciels de conception, d’ingénierie et de fabrication jusqu’aux logiciels et matériels d’inspection. Pienergies vise à optimiser la production de ses micro-centrales en concevant une « bibliothèque numérique » et un flux de production intelligent unique basé sur la gamme de solutions tout-en-un d’Hexagon.

La rigueur au service de l’énergie renouvelable

Le processus d’étude par Hexagon débute par l’utilisation de moyens portables de métrologie, combinés aux logiciels de rétroconception et d’inspection. On peut notamment compter sur l’Absolute Scanner AS1 qui permet une numérisation rapide, alliée à une précision inégalée – jusqu’à 1,2 million de points de mesure de très haute qualité par seconde – sur les surfaces usées des augets.  

Le scanner est alors monté sur un bras de mesure portable Absolute Arm 7-axes, qui fournit un système de référencement à coordonnées uniques pour les données de balayage collectées et qui possède la polyvalence et la robustesse nécessaires pour fonctionner dans des conditions de mesure non traditionnelles – même dans un environnement hautement humide, comme c’est le cas naturellement dans l’industrie micro-hydroélectrique, grâce à l’indice de protection IP54.

C’est précisément pour cette raison que Pienergies a décidé de faire appel à Hexagon car ses roues Pelton peuvent peser jusqu’à 1400 kilogrammes, ce qui signifie que la mesure à l’intérieur de l’installation et dans les conditions difficiles d’une centrale hydroélectrique est une exigence non facultative de l’application.

Une fois toutes les données de mesure nécessaires rassemblées, les logiciels d’Hexagon prennent le relais. La phase de rétroconception intelligente passe tout d’abord par l’utilisation de REcreate et DESIGNER, qui permettent d’obtenir un modèle CAO détaillé de la roue mesurée.

Ce modèle se trouve ensuite au coeur de la phase de simulation de conception intelligente du processus, dans le but d’optimiser les performances de la roue Pelton.

Le logiciel d’étude de la mécanique des fluides numérique Cradle scFlow va alors, à partir du modèle CAO, lancer des simulations en reprenant les conditions d’utilisation réelles pour s’assurer que le prototype correspond bien aux attentes en termes d’efficacité. Le nouveau modèle CAO est ensuite transféré vers le logiciel Simufact Additive pour la réalisation d’un premier prototype répondant au nouveau design obtenu à la suite du calcul effectué par Cradle et de la mise à jour du modèle numérique effectué par REcreate et DESIGNER.

Un élément clé de Simufact Additive est sa capacité à prévoir les distorsions et les contraintes résiduelles possibles dans le processus de fabrication.

Une fois le prototype validé, la production de la roue Pelton nouvellement optimisée peut commencer. La production est justement prise en charge par ESPRIT, la solution de FAO qui utilise le jumeau numérique de la machine pour simplifier le processus de programmation et garantir un code ISO prêt à l’emploi. En complèment d’ESPRIT, NCSIMUL, la solution de simulation réaliste de machine CN, va leur permettre de simuler, vérifier, optimiser et revoir les programmes d’usinage générés par ESPRIT, sur la base des caractéristiques réelles de la machine CN.

Au sein du centre d’usinage, on peut également investir une grande partie de la gamme hardware et software d’Hexagon, notamment en termes de techniques de palpage, pour la programmation et le pré-contrôle.

Par exemple, son régleur d’outils permet ainsi des paramétrages de longueurs et de diamètres et le logiciel HxGN NC Server offre accès à un tableau de bord d’inspection directement sur la machine d’usinage sans démonter la pièce.

Lorsque les roues Pelton sont produites et prêtes à l’emploi, leurs pièces sont démontées et réinspectées pour validation et numérisation par le duo Absolute Scanner AS1/Absolute Arm, et avec le logiciel d’inspection intuitif Inspire.

Pendant le processus de production et en postproduction, il est tout aussi primordial de s’assurer que l’intention de conception est respectée. Cela consiste notamment à contrôler la qualité de la fabrication grâce au logiciel Q-DAS eMMA, qui va alors analyser le suivi et la conformité des lots. HxGN Metrology Reporting va ensuite rendre l’inspection des données accessible à différents profils en simultané, ce qui simplifiera le processus devalidation et de rapport final.

Enfin, pour les centrales hydroélectriques dotées de roues Pelton d’un diamètre pouvant atteindre jusqu’à 5 m – et qui seraient donc hors de portée d’un bras de mesure portable –, le Leica Absolute Tracker AT500 et son accessoire de palpage manuel sans fil B-Probe Plus peuvent être utilisés pour les besoins d’inspection. Le logiciel ESPRIT participe, quant à lui, à la réparation hybride et à la reproduction des pièces. Pour aller encore plus loin, le Leica Absolute Tracker ATS600 permet également de scanner l’environnement mécanique de l’ensemble de l’usine à n’importe quel stade de l’installation, le tout sans avoir besoin d’un quelconque type de cible de mesure au point de mesure.

« Hexagon intervient avec nous dans toutes les phases du projet : de la conception, jusqu’à l’analyse de fluides, en passant par la numérisation de nos pièces et la maintenance. L’expertise d’Hexagon nous permet de réaliser des prestations techniques spécifiques », résume Kevin Moland.

Tout comme les clients de Pienergies savent qu’ils peuvent s’appuyer sans hésiter sur leur partenaire, le groupe a noué des liens étroits avec Hexagon pour les mêmes raisons. « Dans le cadre de l’installation de nouvelles centrales micro-hydroélectriques et en matière de réparation, le nerf de la guerre, c’est la production. Il faut de la réactivité, de la compétence et du pragmatisme, notamment en matière de réparation. Hexagon a un fonctionnement similaire à celui de Pienergies dans sa façon de réaliser les projets et les deux entreprises partagent le même ADN. »

Une étroite collaboration à chaque étape

« Nous entretenons une relation de longue date avec Hexagon – depuis plus de 12 ans –, qui nous accompagne sur tous types de projets : génie civil, contrôle-commande, maîtrise d’ouvrage, étude de faisabilité à l’étranger… »

La réflexion ici est d’offrir une complémentarité aux énergies nucléaires et pétrolières et de se positionner dans la transition énergétique actuelle. « Nous avons pu constater, ces trente dernières années, que l’ensemble des acteurs, notamment politiques, vont dans le bon sens. À notre échelle, notre parc propose 100 % d’énergies renouvelables. D’autant plus qu’on a les moyens de proposer une source d’énergie locale et viable. » 

Les ambitions de Pienergies sont précisément de consolider leur présence en région (Rhône-Alpes), en France métropolitaine et dans les territoires d’outre-mer, mais aussi de s’ouvrir à l’international, avec un focus sur l’Afrique du Sud, l’Europe de l’Est et l’Amérique latine. Avec la suite complète de solutions Hexagon maintenant en place, ils ont les bases pour faire cela et bien plus encore.