Des cerfs-volants aquatiques pour produire de l'électricité dans les courants marins à faible vitesse
Publié par Redbran le 21/06/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS
Des scientifiques financés par l'UE ont mis au point la toute première technologie qui exploite efficacement l'énergie des courants marins lents. Un "cerf-volant" sous-marin entraîne une turbine dans le courant, amplifiant ainsi la puissance utile et la production d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie...).


© Minesto

Environ 71 % de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) est recouverte par les eaux, la majeure partie de cette surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) se trouvant dans les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a...) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire sous une...). À la différence du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus...) et de l'ensoleillement, les mouvements de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) dans les courants et les marées sont fiables et prévisibles, et génèrent continuellement de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.).

Jusqu'à présent, il n'existait aucun système efficace pour convertir l'énergie des courants à basse vitesse (On distingue :) en électricité. Un consortium financé par l'UE et travaillant sur le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours...) PowerKite a développé et vérifié avec succès un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de composants critiques permettant de faire de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) une réalité.

Une idée prend son envol

Le partenaire du projet, Minesto, a développé un concept breveté et primé, Deep Green, qui s'apparente à l'idée d'un cerf-volant (Le cerf-volant est un engin volant plus lourd que l'air, c'est-à-dire un aérodyne, sans pilote ni passager, et manœuvré ou simplement rattaché au sol à l'aide d'un ou plusieurs fils. Il est généralement...) flottant dans le vent. En fait, grâce à ses ailes, la centrale électrique (Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel destiné à la production d'électricité. Les centrales...) océanique Deep Green "vole" dans l'eau, ce qui augmente la vitesse relative de l'eau, exploitée par la turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen d'un arbre.). Cette prouesse technique génère plusieurs centaines de fois plus d'énergie que dans le cas d'une turbine fixe, ce qui permet de produire de l'électricité à moindre coût dans les courants à faible vitesse, aussi bien océaniques que de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des...).

Le consortium s'est concentré sur l'optimisation du système de prise de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) (PTO) de la technologie Deep Green pour l'énergie marémotrice (L'énergie marémotrice est issue du mouvement de l'eau créé par les marées, causées par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est...). La prise de puissance est en quelque sorte la bête de somme qui convertit l'énergie des marées en électricité. Sa puissance utile dépend de la conception de la turbine, du système de production d'électricité et du système d'attache. Ce dernier raccorde la centrale électrique aux fondations (Les fondations d'un ouvrage assurent la transmission et la répartition des charges (poids propre et surcharges climatiques et d'utilisation) de cet ouvrage sur le sol. Le mode de...) situées sur le fond marin et transmet l'électricité au réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un...) par l'intermédiaire d'un sous-système faisant office de réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs d'électricité.).

Pour développer cette technologie, PowerKite s'est appuyé sur des simulations avancées des composants et des systèmes pour le cerf-volant, la turbine et le câble d'attache. Selon Per Salomonsson, coordinateur du projet, "lors du développement et des essais des prototypes de câble d'attache, un comportement inattendu de ce dernier a été observé, ce qui a nécessité de revoir entièrement sa conception. Notre consortium était heureusement bien équipé pour relever ce défi... La nouvelle conception du câble d'attache a permis de résoudre les problèmes liés au contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.), ce qui améliore la qualité de l'électricité produite." Par ailleurs, une nouvelle conception de turbine a permis d'augmenter significativement la puissance utile.

Les études relatives à l'impact environnemental (L'impact environnemental est l'ensemble des modifications de l'environnement, qu'elles soient négatives ou positives, dues à un organisme ou à un produit.) ont constitué un autre domaine d'innovation essentiel. En outre, l'équipe a eu recours à des mesures de bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) et à une modélisation acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la mécanique vibratoire.) afin de mieux comprendre le comportement de cette technologie en milieu marin. La méthode de réduction de l'espace d'écoute (Sur un voilier, une écoute est un cordage servant à régler l'angle de la voile par rapport à l'axe longitudinal du voilier et en conséquence l'angle d'incidence du...) mise au point (Graphie) dans le cadre de PowerKite permet notamment de modéliser le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de bruit cumulatif provenant d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de turbines et est susceptible d'être appliquée à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) dispositif exploitant les énergies marines renouvelables. Il s'agit d'une contribution importante au domaine des énergies marines renouvelables.

Collecte et vérification de données en haute mer

Le projet PowerKite a permis de tester avec succès la technologie, dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) à l'échelle un quart à Portaferry en Irlande du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), puis dans le cadre du premier projet d'énergie marémotrice à basse vitesse à l'échelle industrielle du monde (Le mot monde peut désigner :), l'installation Deep Green à Holyhead Deep, au Pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la...) de Galles. Le câble d'attache innovant de PowerKite y a été installé en mai 2018.

Comme l'explique M. Salomonsson: "Les améliorations apportées par le projet PowerKite (turbine, convertisseur, câble d'attache, etc.) ne se contenteront pas d'améliorer les performances et de réduire le coût normalisé de l'énergie produite (LCOE). Elles permettront également aux centrales électriques de fonctionner dans des conditions de courants encore plus faibles, étendant ainsi davantage le potentiel de cette technologie."

Au niveau mondial, le potentiel énergétique des océans est important et la capacité installée est en augmentation. Attendez-vous à ce que la technologie PowerKite joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et...) un rôle essentiel dans les futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) systèmes d'exploitation des énergies marines renouvelables, en réduisant de manière significative les émissions mondiales de CO2 grâce à une énergie marémotrice sûre, fiable et produite localement, à l'abri des contraintes géopolitiques.


Pour plus d'information voir:
- projet PowerKite
- projet Minesto
- l'installation Deep Green à Holyhead Deep
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