La startup espagnole Vortex Bladeless a développé des turbines qui exploitent la vorticité, le mouvement de rotation de l’air ou d’autres fluides. Lorsque le vent passe devant l’une de ces turbines cylindriques, il cisaille le côté sous le vent du cylindre dans un tourbillon ou vortex en rotation. Ce tourbillon exerce alors une force sur le cylindre, le faisant vibrer. L’énergie cinétique du cylindre oscillant est convertie en électricité par un générateur linéaire similaire à ceux utilisés pour exploiter l’énergie des vagues.
David Yáñez, l’un des cofondateurs de la société, a découvert le concept alors qu’il était étudiant et étudiait l’effondrement du pont de Tacoma Narrows dans l’État de Washington. Ce pont s’est effondré en 1940 en raison de vibrations excessives provoquées par le mouvement de rotation du vent qui passait devant le pont, ce qui constitue un échec technique classique. Yáñez, cependant, a tiré une leçon différente. « C’est un très bon moyen de transmettre l’énergie d’un fluide à une structure », dit-il.
La conception légère du cylindre de Vortex ne comporte ni engrenages ni roulements. Yáñez affirme qu’il produira de l’électricité pour un coût inférieur de 40 % à celui de l’électricité produite par des éoliennes conventionnelles. L’entreprise a reçu 1 million de dollars de capitaux privés et de fonds publics en Espagne et cherche à obtenir 5 millions de dollars supplémentaires en capital-risque. Yáñez dit que la société prévoit de lancer un système de quatre kilowatts en 2016 et un dispositif beaucoup plus grand d’un mégawatt vers 2018.
La turbine Vortex semble prometteuse, mais comme toute nouvelle conception radicale d’énergie alternative, les turbines sans pales ont beaucoup de sceptiques.
« Si vous avez une éolienne commune de type hélice, vous avez une grande zone balayée par les pales », dit Martin Hansen, un spécialiste de l’énergie éolienne à l’Université technique du Danemark. « Ici, vous avez juste un poteau. »
En plus de capter moins d’énergie, les cylindres oscillants ne peuvent pas convertir autant de cette énergie en électricité, dit Hansen. Une éolienne classique convertit généralement 80 à 90 % de l’énergie cinétique de son rotor en rotation en électricité. M. Yáñez affirme que le générateur linéaire sur mesure de son entreprise aura une efficacité de conversion de 70 pour cent.
M. Yáñez concède que la conception de la turbine oscillante balayera une plus petite surface et aura une efficacité de conversion plus faible, mais il affirme que les réductions importantes des coûts de fabrication et d’entretien compenseront les pertes.
Alors que Vortex construit des dispositifs plus grands qui captent des vents à plus grande vitesse plus loin du sol, elle se heurtera également à d’autres défis inhérents à la physique de la mécanique des fluides. L’air ou d’autres fluides se déplaçant à faible vitesse devant des cylindres de petit diamètre s’écoulent dans un mouvement régulier et constant. Cependant, si l’on augmente le diamètre du cylindre et la vitesse à laquelle l’air le traverse, l’écoulement devient turbulent et produit des tourbillons chaotiques. L’écoulement turbulent fait varier la fréquence d’oscillation du cylindre, ce qui rend difficile son optimisation pour la production d’énergie.
« Avec des cylindres très fins et des vitesses très lentes, vous obtenez des lignes téléphoniques chantantes, une fréquence ou un ton absolument pur », explique Sheila Widnall, professeur d’aéronautique et d’astronautique au MIT. « Mais lorsque le cylindre devient très gros et que le vent est très fort, vous obtenez une gamme de fréquences. Vous ne pourrez pas en tirer autant d’énergie que vous le souhaitez parce que l’oscillation est fondamentalement turbulente. »
Widnall remet également en question l’affirmation de la société selon laquelle ses turbines seront silencieuses. « Les fréquences d’oscillation qui secouent le cylindre feront du bruit », dit-elle. « Cela ressemblera au bruit d’un train de marchandises traversant votre parc éolien. »
Les cylindres oscillants ne sont qu’une des nombreuses technologies émergentes visant à récolter plus de vent pour moins cher. Makani Power développe un « cerf-volant énergétique » captif (voir « Les moulins à vent volants »). Il vole en formant un grand cercle semblable à l’extrémité d’une pale d’éolienne conventionnelle, tout en exploitant l’énergie éolienne au moyen de turbines embarquées plus petites. Astro Teller, responsable de Google X, le centre de recherche semi-secret de Google qui a acquis Makani en 2013, a déclaré en mars que la société commencerait bientôt les tests d’un cerf-volant grandeur nature de 600 kilowatts.
John Dabiri, professeur d’aéronautique et de bio-ingénierie à Caltech, teste différentes configurations de turbines à axe vertical, qui sont essentiellement des moulins à vent qui tournent comme un manège plutôt que sur un axe horizontal comme une roue de vélo. En général, les éoliennes sont placées très loin les unes des autres pour optimiser la production d’énergie. S’inspirant des mêmes principes que les poissons utilisent pour conserver l’énergie en se regroupant en bancs, Dabiri a découvert que les turbines placées à proximité les unes des autres pouvaient produire plus d’énergie que celles qui sont éloignées.
« Vous pouvez coӧrdiner le fonctionnement de plusieurs éoliennes de telle sorte que le tout est plus grand que la somme de ses parties », dit-il.
Dabiri affirme que de tels effets synergiques pourraient également s’appliquer aux éoliennes conventionnelles à axe horizontal ou même aux turbines oscillantes. Ces dernières posent un plus grand défi parce que le sillage de ces turbines est très chaotique, mais aussi un avantage potentiel parce que le sillage emballe beaucoup d’énergie, dit-il.
Il reste beaucoup à voir avec la turbine oscillante de Vortex, dit Dabiri, mais il ajoute qu’il est enthousiasmé par le concept de l’entreprise. « Quiconque dit que la turbine à trois pales est ce que nous pouvons faire de mieux manque de vision ».
Inscrivez-vousS’abonner maintenant
.