L'éolienne volante développée par Makani Power
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.
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 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.
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
Commentaires
Merci Bernard, très intéressant
Sauf erreur je ne vois pas dans l'article mention du modèle (genre "Solar Impulse") figurant sur la photo principale? Pour ma part je reste plutôt opposé à des dispositifs gênant la navigation aérienne.
Sauf si réellement le rendement supérieur le justifie.
Mais je crains que la complexité de gestion "du vol" et de la maintenance soit beaucoup plus grande et donc plus coûteuse, que dans le cas des éoliennes fixes. Ce sera de toutes façons passionnant de scruter les premières expériences.
HS: pardonnez,chers modos, mais je trouve que la profusion de commentaires illisibles gêne la lecture de
(ou dissuade?) la discussion...
Le prototype figurant sur la photo principale est un modèle fonctionnant sur le principe du yoyo, de la société Makani : https://x.company/makani/
Hors sujet : baisse des besoins en éoliens si l'on s'équipait tous de E-VELOMOBILE au lieu de voitures électriqques !
"80 fois plus efficace que les voitures électriques
Monter un moteur électrique dans une vélomobile suscite la controverse parmi les vélomobilistes, de la même façon qu'une bicyclette électrique est mal vue par beaucoup d'aficionados du vélo. Cependant, quand nous comparons l'eWAW avec la voiture électrique, qui demeure perçue par beaucoup comme l'avenir du transport soutenable, l'eWAW l'emporte nettement. En fait, la vélomobile est tout ce que la voiture électrique prétend être sans y parvenir : une alternative durable à l'automobile à moteur thermique. Il est presque impossible de concevoir un véhicule personnel motorisé et viable qui soit plus efficace que l'eWAW.
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Si les 300 millions d'américains remplaçaient leur voiture par une vélomobile électrique, il n'auraient besoin que de 25 % de l'électricité produite par les éoliennes américaines existantes.
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Un calcul simple peut illustrer cette affirmation. Imaginez que les 300 millions d'américains remplacent leur voiture par une vélomobile électrique et aillent tous travailler le même jour. Pour charger la batterie 288 Wh de chacune de ces 300 millions d'eWAW, nous avons besoin de 86.4 GWh d'électricité. C'est seulement 25 % de l'électricité produite par les éoliennes américaines en service (en moyenne journalière sur la période de juillet 2011 à juin 2012, source). En d'autres termes, nous pourrions basculer vers des véhicules personnels fonctionnant avec de l'énergie 100 % renouvelable, en utilisant les centrales existantes.
WAW 22Photo credit: Bill Bates
Imaginez maintenant que les 300 millions d'américains remplacent leur voiture par une version électrique comme la Nissan Leaf, et aillent tous travailler en voiture le même jour. Pour charger la batterie 24 kWh de chacun de ces 300 millions de véhicules, nous avons besoin de 7200 GWh d'électricité. C'est _20 fois plus_ que ce que les éoliennes américaines produisent aujourd'hui, et 80 fois plus que ce dont les vélomobiles électriques ont besoin. En résumé : le scénario 1 est réaliste, le scénario 2 ne l'est pas.
Même si nous commencions à covoiturer, et que chaque voiture électrique transporte 5 personnes, il reste une grande différence d'efficacité. Charger 60 millions de voitures électriques demanderait encore 16.6 fois plus d'électricité que charger 300 millions d'eWAW. La vélomobile électrique permet aussi au conducteur de recharger facilement son véhicule. Un panneau solaire d'environ 60 watts (d'une superficie de moins d'un mètre carré) produit assez d'énergie pour charger la batterie, même un sombre jour d'hiver.
En Europe, cela demanderait une part encore inférieure des éoliennes pour charger chaque eWAW d'Europe. Si l'on veut être complet, il doit être mentionné que le moteur biologique a aussi besoin d'énergie : le conducteur a besoin de manger, et cette nourriture doit être produite. Mais puisque les occidentaux mangent trop, et conduisent leur voiture jusqu'au centre de fitness dans le but de perdre leur excès de graisse, ce facteur peut être ignoré sans risque. " http://www.lowtechmagazine.com/les-v%C3%A9lomobiles-electriques-aussi-rapides-et-confortables-que-les-automobiles-mais-80-fois-plus-efficaces.html
Personnellement, je miserais d'avantage sur la multiplications de micro systèmes à bas coûts capables à la fois de réagir aux faibles vents et de résister aux orages. Un peu dans le style des extracteurs de fumée rotatif que l'on voit un peu partout sur les toits des maisons équipées de poêles ou de chaudière. https://www.amazon.fr/Extracteur-rotatif-AISI304-chemin%C3%A9e-dimensions/dp/B01MXIVORK/ref=asc_df_B01MXIVORK/?tag=googshopfr-21&linkCode=df0&hvdev=c&hvnetw=g&hvqmt=&psc=1
Il n'y a plus qu'à imaginer le reste de l'installation pour convertir la rotation en électricité.
Dans cette otique il y a la cheminée thermique, avec turbine/ventilateur, mise au centre et au dessus d'une serre circulaire, mais qui ne fonctionnera que sous soleil et de jour !
L'on peut aussi envisager une turbine faite de trois roues gyroscopiques à pâles genre Pelton, mises en étoile, tournant sur elles-mêmes pour produire de l'électricité et tournant ensemble grâce au vent. Alors, elles seront dé-gravifiques et tiendraient en l'air même par vent faible. Ce qui permettrait de limiter leur poids tout en augmentant le moment d'inertie des trois volants.