Les éoliennes font déjà partie du paysage espagnol, avec une production de plus de 68 000 GWh et jusqu’à 25% du mix énergétique, selon les données de Red Eléctrica Española. Cependant, ces gigantesques éoliennes n’ont pas une conception unique et il existe de plus en plus de propositions alternatives, comme celle qui n’a pas de pales et s’adapte aux changements de vent pour éclairer des centaines de maisons. L’une des solutions les plus répandues, même si elle n’est pas encore si courante, est celle qui s’appuie sur des turbines à axe vertical ou VAWT, qui ne tournent pas parallèlement au vent, mais perpendiculairement à celui-ci.
Ce type d’éolienne, dont l’histoire remonte au VIIIe siècle au Moyen-Orient et était utilisée pour moudre le grain, présente plusieurs avantages par rapport aux éoliennes classiques : elles sont plus silencieux, ont une densité énergétique plus élevée et sont moins dangereux pour les oiseaux. Ils présentent cependant un point faible majeur, qui empêche leur fonctionnement s’il n’y a pas de flux d’air continu et les rend vulnérables aux vents violents. C’est pourquoi des chercheurs comme Sébastien Le Fouest, du Laboratoire de diagnostic des flux instables (UNFOLD) de la Faculté d’ingénierie de Lausanne (Suisse), s’engagent à améliorer sa conception pour profiter de toutes ses vertus et éliminer ses inconvénients.
Dans une étude récemment publiée dans Nature Communications, Le Fouest propose une combinaison de capteurs et d’apprentissage automatique pour décider de l’inclinaison optimale des pales et améliorer drastiquement les performances de ce type de turbines. Leur proposition, affirme l’équipe dont fait également partie Karen Mulleners, directrice d’UNFOLD, augmente les performances de ces éoliennes de 200% et réduit de 77% les vibrations qui menacent sa structure en cas de fortes rafales.
Plus de production
L’objectif ambitieux fixé par les Nations Unies visant à arrêter, voire inverser le changement climatique, fixe un horizon de zéro émission nette d’ici 2050. Et l’Europe tente d’atteindre cet objectif en installant des environ 20 GW d’énergie renouvelable chaque année, mais cela ne le fait pas assez vite. Pour y parvenir, selon Le Fouest, il faudrait l’étendre à 30 GW par an.
« Les obstacles ne sont pas financiers, mais sociaux et législatifs. Les éoliennes sont très peu acceptées socialement en raison de leur taille et de leur bruit », explique le chercheur de un communiqué de presse. L’une et l’autre ont une solution : de nouvelles conceptions qui résolvent ces obstacles et élargissent leurs possibilités.
Sébastien Le Fouest à côté d’un prototype de l’éolienne à pales verticales Alain Herzog Omicrono
Tout semble réuni dans les éoliennes VAWT. Cependant, pour parvenir à une adoption massive par rapport aux énormes turbines que l’on voit aussi bien sur terre qu’en mer, il reste encore beaucoup à faire. un problème important doit être résolu: son besoin d’un débit d’air modéré et continu et ses difficultés à fonctionner lorsque le vent est plus fort.
Le phénomène connu sous le nom décrochage dynamique, qui se produit lorsqu’une forte rafale de vent forme un vortex L’augmentation de l’angle entre l’air et la pale crée de gros problèmes pour ce type d’appareil. Cela les empêche de produire de l’énergie en profitant des vents les plus forts et peut les briser, réduisant ainsi leurs avantages concurrentiels par rapport aux HAWT ou aux éoliennes horizontales.
[El curioso aerogenerador con hélices verticales para tener energía barata en casa: es modular y silencioso]
Les scientifiques de l’EPFL travaillent depuis des années pour remédier à ce manque de résistance aux vents violents dans ce type d’éoliennes. Pour ce faire, ils ont installé des capteurs permettant de mesurer précisément la force que le vent exerce sur l’arbre de transmission de chaque pale. Pour voir comment ces forces ont changé, Ils ont incliné la lame à différents angles, vitesses et amplitudes pour obtenir différents « profils d’inclinaison ».
Avec toutes ces données, ils ont alimenté un algorithme génétique, qui a proposé plus de 3 500 modèles expérimentaux possibles. Imitant un processus évolutif, ce système d’apprentissage automatique a sélectionné les profils d’inclinaison qui offraient les meilleurs résultats, les recombinant jusqu’à créer le meilleur profil possible.
Ainsi, l’équipe de l’EPFL a pu identifier deux séries de profils d’inclinaison qui optimisent à la fois les performances et la robustesse des éoliennes, transformant en avantages ce qu’ils avaient précédemment identifié comme les points faibles majeurs de ce type d’éoliennes.
« La plupart des éoliennes dirigent la force générée par les pales vers le haut, ce qui ne facilite pas la rotation », explique Le Fouest. « Changer cet angle crée non seulement un vortex plus petit, mais le repousse également au bon moment, conduisant à la formation de une deuxième zone de production d’énergie dans le sens du vent«
L’éolienne Vertical Sky A32. Énergie éolienne agile 2022 Omicrono
La prochaine étape sera la construction d’un prototype de cette usine VAWT pour démontrer si les simulations informatiques correspondent à fonctionnement optimal en conditions réelles une fois installé. « Nous espérons que cette méthode de contrôle du débit d’air contribuera à faire évoluer la technologie VAWT, en la rendant efficace et fiable, afin qu’elle puisse être commercialisée », conclut le chercheur.
La version italienne
D’autres scientifiques, en l’occurrence de l’Université de Pise (Italie), vont également dans le même sens. A travers la startup Gevi, ils ont développé des Éoliennes verticales avec capteurs intelligents intégrés et logiciels d’intelligence artificielle. Cela leur permet de s’adapter à différents emplacements et conditions de vent avec un seul objectif : maximiser la production d’énergie propre.
L’éolienne verticale Gevi Wind Gevi Wind Omicrono
Dans le cas des turbines développées par Gevi, Ses lames peuvent se déplacer indépendamment les unes des autres. Son angle d’inclinaison est contrôlé à distance et automatiquement en temps réel, pour adapter sa position en fonction de la direction et de l’intensité du vent entrant.
La performance de la turbine qui en résulte est 45 % de plus que ce qu’une turbine à pales verticales conventionnelle pourrait obtenir. De plus, le système automatisé de contrôle des pales fournit en permanence des données sur l’intégrité et la fatigue structurelle des différentes parties de l’éolienne, afin de réduire activement les vibrations et les charges dynamiques sur les lames et la petite tour. Cela permet de prolonger la durée de vie de l’éolienne, de la rendre plus légère et de simplifier son installation.
Après avoir conçu et fabriqué de petits prototypes, son dernier pilote a une puissance de 2 kW, 2,5 mètres de diamètre et 1,8 mètre de haut. C’est un taille idéale pour pouvoir l’installer sur un toitpar exemple, bien que les projets de Gevi prévoient de continuer à augmenter ces dimensions pour atteindre jusqu’à 20 kilowatts de puissance.