JE.Acier à paroi mince formé à froidOn associe généralement l'acier aux poutres en I et aux profilés en U laminés à chaud, qui sont lourds et épais. L'acier en C laminé vers l'intérieur, quant à lui, appartient à la catégorie des aciers à parois minces formés à froid. Il est produit à température ambiante par cintrage continu de tôles ou de bandes d'acier enroulées, à travers plusieurs jeux de rouleaux, à la manière du pliage de papier, afin de créer progressivement des sections complexes telles que des formes en C et en Z. Ce procédé est réalisé sans apport de chaleur, par écrouissage. Pourquoi est-ce important ? Parce que le pliage à froid induit un écrouissage : la limite d’élasticité de l’acier augmente de 10 à 20 % par rapport à la matière première. Autrement dit, le matériau devient plus résistant après pliage à froid. De plus, ce procédé permet la réalisation de grandes sections avec des parois très fines (généralement de 1,5 à 3,0 mm), ce qui optimise l’utilisation du matériau. Comparé à l’acier laminé à chaud, l’acier formé à froid permet d’économiser environ 25 à 30 % d’acier. C’est l’une des technologies clés qui permettent de réduire les coûts des supports photovoltaïques tout en conservant leur résistance. II. Pannes contre poutres principalesLorsqu'ils consultent des schémas de systèmes de support, beaucoup de personnes appellent « pannes » toutes les poutres en acier en forme de C, alors qu'elles ont en réalité des fonctions différentes. Dans un système de support photovoltaïque : Les pannes sont les éléments horizontaux qui supportent directement les modules photovoltaïques. Ces derniers sont fixés aux pannes par des colliers ou des boulons, et les pannes sont chargées de supporter les charges de vent et de neige transmises par les modules. Les poutres principales (également appelées poutres diagonales) sont les éléments porteurs inclinés qui supportent les pannes. Une extrémité est fixée au poteau, et l'autre à l'entretoise diagonale ou à un autre poteau, transmettant ainsi la charge des pannes au poteau. En résumé : les pannes sont comparables aux chevrons d’une toiture, tandis que les poutres principales sont comparables aux poutres principales d’un mur porteur. Une poutre en acier en forme de C, légèrement incurvée vers l’intérieur, peut servir aussi bien de panne que de poutre principale ; la seule différence réside dans l’intensité de la charge et son orientation. Lors de la conception, des calculs de structure sont nécessaires pour déterminer les caractéristiques de chaque élément ; généralement, la section de la poutre principale est supérieure d’une dimension à celle de la panne. （La photo vient du 微信公众号-机电原理） lll.Épaisseur et durée de vie de la galvanisation à chaudLes supports photovoltaïques doivent avoir une durée de vie supérieure à 25 ans, ce qui rend la protection contre la corrosion primordiale. La méthode de protection la plus courante est la galvanisation à chaud : l’immersion de pièces d’acier en forme de C dans du zinc en fusion à environ 445 °C permet de former une couche d’alliage zinc-fer et une couche extérieure de zinc pur. Mais quelle épaisseur est suffisante ? Les données empiriques nous indiquent :Environnements ruraux ou intérieurs en général : Une couche galvanisée double face de 40 à 50 μm (environ 275 à 350 g/m²) peut supporter 15 à 20 ans. Zones industrielles ou zones légèrement polluées : 50-65 μm (environ 350-450 g/m²), correspondant à 20-25 ans. Pour les zones côtières à moins de 2 km ou dans des environnements à forte humidité et à forte salinité : une épaisseur de revêtement de 80 μm ou plus (environ 550 à 600 g/m²) est nécessaire pour obtenir une durée de vie de plus de 25 ans. Il est important de noter qu'un revêtement plus épais n'est pas toujours préférable : une épaisseur excessive accroît la fragilité du revêtement, réduit son adhérence et augmente considérablement les coûts. Par conséquent, une conception judicieuse implique de choisir une épaisseur de revêtement appropriée en fonction du niveau de corrosion du site. Le placage zinc-aluminium-magnésium (contenant de 3,5 % à 11 % d'aluminium et de 1 % à 4 % de magnésium), récemment devenu populaire, représente une avancée technologique : sa résistance à la corrosion est 3 à 10 fois supérieure à celle du zinc pur, et les bords coupés sont auto-cicatrisants ; même en cas de rayures lors de la pose, il n'est pas nécessaire de le repeindre, ce qui le rend particulièrement adapté aux environnements côtiers et acides/alcalins. （La photo vient du 微信公众号-机电原理） IV. Pourquoi le curling vers l'intérieur améliore-t-il la force ?Cette question illustre parfaitement l'ingéniosité de la mécanique des structures. Lorsqu'une poutre en acier en forme de C est soumise à une pression, le résultat le plus probable n'est pas une rupture par arrachement, mais une instabilité, comparable à l'écrasement d'une canette de soda vide. Les ailes (les deux bords droits) d'une poutre en acier en forme de C ont tendance à se tordre vers l'extérieur ou vers l'intérieur sous l'effet de la pression ; ce type de défaillance est appelé flambement local. Le bord incurvé vers l'intérieur a pour fonction d'ajouter une contrainte élastique au bord de la bride. Le bord roulé agit comme un petit déflecteur, empêchant la bride de se tordre librement. Ceci augmente considérablement la contrainte critique de flambement de la bride, permettant ainsi au composant de conserver une capacité portante stable même avec des épaisseurs de paroi réduites. Techniquement, cela améliore la résistance au flambement par déformation et la résistance au flambement local de la section. Pour illustrer ce propos : imaginez une fine feuille de papier ; elle se plie facilement à plat ; mais si vous repliez un petit bord de chaque côté, elle devient beaucoup plus rigide. Le bord incurvé vers l’intérieur est ce « bord plié », dont l’effet est immédiat. C’est pourquoi les profilés en acier en forme de C utilisés dans les cellules photovoltaïques doivent avoir des bords roulés, et non une simple rainure en U. V. Chemin de transfert de charge : du module à la terre, aucune interruption n'est autorisée.Le principe fondamental de sécurité dans la conception des centrales photovoltaïques repose sur l'intégrité du chemin de transfert de charge. Le profilé en acier en forme de C incurvé vers l'intérieur occupe une position centrale sur ce chemin. Examinons le processus de haut en bas : Le vent ou la neige agissent sur la surface des modules photovoltaïques. Les modules transfèrent la charge aux pannes (acier en forme de C laminé vers l'intérieur) via des pinces ou des boulons. Les pannes transfèrent ensuite la charge à la poutre principale (qui peut également être en acier en forme de C). La poutre principale transfère la charge aux colonnes (généralement des tubes en acier en forme de C ou des tubes ronds). Les colonnes transmettent la charge aux fondations (pieux coulés en place, pieux hélicoïdaux, etc.). La fondation transfère finalement la charge au sol (terre ou roche). La défaillance d'un seul nœud le long de ce cheminement — comme des boulons de fixation desserrés, un flambage local du profilé en C ou de la corrosion des soudures — entraînera l'effondrement de toute la structure. Par conséquent, la conception du support photovoltaïque doit non seulement calculer la résistance de chaque section d'acier, mais aussi vérifier la capacité portante des nœuds de connexion et garantir la continuité du revêtement de tous les composants au niveau des nœuds (par exemple, en utilisant des boulons galvanisés, des écrous à ressort, etc.). Les longs trous de fixation à l'arrière du profilé en C laminé vers l'intérieur permettent un réglage aisé de la position et offrent un jeu suffisant pour les fixations par boulonnage. VI. Pourquoi éviter le soudage sur site ? Dans certains projets photovoltaïques de petite envergure ou centrales électriques temporaires, les équipes de construction peuvent, par commodité, découper et souder sur place des profilés en C en acier. Cette pratique est fortement déconseillée pour trois raisons : Tout d'abord, la couche galvanisée est brûlée. Lors du soudage, la température locale peut dépasser 1 500 °C, provoquant l'évaporation ou l'oxydation instantanée de la couche galvanisée. La couche de zinc autour du point de soudure se détériore également sous l'effet de la température élevée. Ce point devient alors un point de corrosion, la rouille s'y développant de l'intérieur en quelques années et devenant irréparable. Deuxièmement, le soudage provoque des déformations. L'acier refroidit et se contracte après avoir été chauffé localement, ce qui entraîne une flexion et une torsion de la pièce en forme de C. Une rectitude initialement prévue de 1 mm par mètre peut atteindre 5 mm par mètre après soudage. Les modules photovoltaïques étant des produits en verre, leur planéité est extrêmement sensible ; toute déformation de la structure de support peut provoquer des microfissures ou la rupture des modules. Troisièmement, la résistance de la zone affectée thermiquement diminue. L'écrouissage de l'acier formé à froid est éliminé par le cycle thermique de soudage, ce qui entraîne une limite d'élasticité inférieure à celle du matériau de base au voisinage du point de soudure. Par conséquent, les systèmes de support photovoltaïques standard utilisent tous des assemblages boulonnés : connecteurs préfabriqués, boulons, écrous à ressort et rondelles anti-desserrage sont utilisés pour le montage sur site, à la manière de blocs de construction. Ceci garantit une résistance continue à la corrosion, facilite le démontage et le réglage, et répond mieux à l’exigence de qualité d’une durée de vie de 25 ans.
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