Plus on s’élève par rapport au sol, plus le vent est fort et régulier. Pour générer davantage d’énergie, les fabricants d’éoliennes ont donc tendance à construire des machines de plus en plus hautes. Mais cette course au gigantisme a des limites. C’est la raison pour laquelle des start-up développent à présent des prototypes d’éoliennes volantes.
Attachées et reliées au sol par un câble, ces machines d’un nouveau genre évoluent dans le ciel à des hauteurs supérieures à 400 mètres. Certaines sont même étudiées pour planer au-dessus des nuages, à plusieurs kilomètres d‘altitude. Là-haut le vent souffle à des vitesses variant entre 100 et 350 km/h et il est relativement constant. Le potentiel énergétique est énorme.
Mais il y a d’autres avantages, comme celui de nécessiter beaucoup moins de matériaux pour leur construction, de ne pas mobiliser de surfaces au sol et surtout de n’occasionner quasi aucune nuisance pour les habitants des territoires concernés. Par contre leur gros désavantage est le risque qu’elles représentent pour l’aviation. Les contraintes aéronautiques les interdiront certainement à de nombreux endroits.
Parmi tous les projets en développement, on distingue principalement deux familles d’éoliennes volantes.
Principe du « yoyo » inversé
Le premier type a l’apparence d’un cerf-volant ou d’un drone attaché au sol par un câble. Le principe est similaire à celui d’un « yoyo » inversé. L’appareil effectue un vol circulaire ou en forme de huit au cours duquel son altitude varie de plusieurs centaines de mètres. Le câble s’enroule ou se déroule donc en permanence sur un tambour dont la rotation entraîne un alternateur qui produit de l’électricité.
Cette technologie est notamment exploitée par la start-up néerlandaise Ampyx Power dans laquelle le géant énergétique allemand E.On a investi 3 millions d’euros. Après 3 générations de prototypes (AP0,AP1 et AP2), l’entreprise teste actuellement la sécurité et le fonctionnement autonome du système avec le modèle AP3 d’une puissance de 250 kW. L’étape suivant sera la construction d’une machine de 2 MW qui devrait concurrencer les grandes éoliennes terrestres ou offshore.
L’entreprise californienne Makani Power, rachetée en 2013 par Google développe également des éoliennes volantes fonctionnant partiellement selon le principe du yoyo. Son prototype actuel d’une puissance de 600 kW, comporte 4 turbines fixées sur l’aile du « cerf-volant », qui produisent de l’électricité au cours du vol circulaire de l’engin. Selon Makani Power, le prototype génère 50% d’énergie en plus qu’une éolienne classique de même puissance, tout en nécessitant 90% de matériaux en moins pour sa fabrication.
Parmi les start-up qui développent des prototypes avec la technique « yoyo », citons encore l’italienne KiteGen, l’allemande Skysails et la britannique Kite Power Systems dans laquelle ont investi E.On, Shell et Schlumberger, le géant des équipements et services pétroliers. Le fait que ces multinationales de l’énergie s’intéressent de très près à ces techniques est une bonne indication des espoirs qu’elles suscitent.
Le prototype de la startup allemande Skysails
Des ballons géants gonflés à l’hélium
La deuxième famille d’éoliennes volantes fonctionne comme les moulins classiques mais elles sont maintenues à haute altitude par un ballon géant gonflé à l’hélium. La turbine est placée au centre de la structure. Les câbles qui la rattachent au sol transportent également l’électricité produite. C’est la technologie utilisée par exemple par Altaeros Energies, une spin-off du MIT.
Baptisée BAT (Buoyant Air Turbine) cette éolienne est arrimée à une station au sol par trois câbles, et règle son altitude et son orientation automatiquement pour capter les vents les plus forts qu’elle détecte à l’aide d’anémomètres. La BAT est capable de supporter des vents de 160 km/h, et elle résiste à la pluie ou la neige. En cas de problème ou si l’un des câbles se rompt, l’engin peut redescendre au sol grâce à un câblage de secours qui le protège également de la foudre. Le fonctionnement autonome de cette éolienne volante est l’un des atouts qui la rend particulièrement adaptée aux environnements les plus rudes.
Altaeros n’espère pas concurrencer les éoliennes classiques, mais vise plutôt le remplacement des groupes électrogènes au diesel qui desservent des régions, des îles ou des villages non raccordés au réseau électrique. La BAT a notamment été installée près de la ville de Fairbanks en Alaska. Elle pourrait aussi alimenter en électricité des zones ravagées par des catastrophes comme des tremblements de terre ou des inondations. Elle peut en effet être transportée facilement et déployée rapidement.
La BAT développée par Altaeros Energies
