L'utilisation efficace de L'Énergie éolienne

De nos jours, l'électricité écologique est une ressource énergétique très demandée. Mais comment définir le terme « écologique » ? Se rapporte-t-il uniquement à la production de l'énergie ou bien inclut-il aussi la construction de l'installation ? Les cimenteries et les aciéries comptent parmi les plus gros consommateurs d'énergie du secteur industriel. Les éoliennes perdent donc des points sur le plan écologique à cause de leurs fondations colossales et de leurs gigantesques mâts en acier, et ce avant même d'avoir pu comptabiliser leur premier kWh. C'est la raison pour laquelle la société EnerKite s'engage sur une nouvelle voie, loin des dinosaures de la technologie éolienne, pour adopter des solutions taillées sur mesure qui se concentrent sur les composants les plus importants pour l'exploitation de l'énergie éolienne. Un cerf-volant dirigeable transmet l'énergie du vent à un générateur par un câble, tandis qu'une commande entièrement automatique maintient la partie utile, c'est à dire le cerf-volant, en haute altitude, là où l'emprise du vent est la meilleure, assurant ainsi une grande efficacité. Les entraînements de FAULHABER contribuent ici à la commande du cerf-volant et à sa réaction rapide en cas de rafale.

Nouvelle technologie, nouvelle philosophie

Une transition énergétique totale requiert des innovations technologiques dans la production électrique. Malheureusement, les concepts alternatifs reposent souvent sur des inventions qui rappellent l'ère de la machine à vapeur plutôt que la modernité. Il ne fait aucun doute que ces technologies fonctionnent, seulement, telles les locomotives à vapeur dont la construction et le fonctionnement nécessitent des ressources beaucoup plus importantes que les locomotives à courant triphasé moderne, ces méthodes sont en réalité bien loin d'être écologiques. En effet, la production d'éoliennes implique obligatoirement une quantité de matériaux considérable étant donné que le rotor et le générateur lourd exercent sur le mât des couples de flexion et une sollicitation statique énormes. Par ailleurs, l'éventualité de surcharges vient contribuer au problème puisqu'il n'est pas possible de mettre un mât à l'abri en cas d'ouragan. Pour assurer une dispersion sûre de ces forces, d'imposantes fondations en béton ou sur pieux sont donc nécessaires, mais représentent un facteur de coûts et d'énergie non négligeable. Des constructions souterraines de leur volume et de leur envergure évoquent davantage les dômes de 2 m d'épaisseur des réacteurs atomiques plutôt que des bâtiments écologiques. La construction de fondations est une entreprise particulièrement complexe surtout sur le littoral et la question de leur démantèlement en fin de vie reste entière.

Le fonctionnement du cerf-volant est certes lui aussi basé sur un principe d'exploitation du vent très ancien, mais il met en œuvre des matériaux et des commandes modernes issus d'une technologie sophistiquée. La génération d'électricité requiert un générateur contenant une bobine avec un champ magnétique en rotation. Habituellement, des tiges ou des arbres lourds et rigides servent à transmettre le mouvement rotatif. Dans ce système, en revanche, les ingénieurs de recherche berlinois utilisent pour la transmission des forces des câbles de traction en fibre de haute performance légers et efficaces. Peter Kövesdi, concepteur et expert des systèmes éoliens chez EnerKite, propose une comparaison édifiante à ce sujet : « De même que l'on économise de la matière en utilisant des roues dotées de rayons fins sous tension et non des roues pleines, le câble de traction permet lui aussi de transmettre des forces importantes avec un minimum de matériel. »

La rentabilité avant tout

L'EnerKite, cerf-volant flexible ou parapente, est lancé à environ 150 m d'altitude. Là-haut, contrairement au niveau du sol, le vent souffle régulièrement, sans grosses turbulences et à une vitesse plus élevée. Un câble porteur et deux câbles de commande transmettent la force de traction du cerf-volant à trois treuils de générateur. Élevé automatiquement par le vent de 100 m à 300 m, le cerf-volant génère la puissance utile. Ensuite, il est sorti du champ du vent en un mouvement de rotation et les câbles sont rentrés rapidement, le tout ne nécessitant que très peu d'énergie. Puis le cerf-volant remonte et recommence à produire de l'énergie. Pour Peter Kövesdi, qui décrit les bonnes propriétés aérodynamiques du cerf-volant comparé aux solutions au sol, « l'avantage du cerf-volant par rapport aux éoliennes réside dans une meilleure exploitation du vent en l'absence de turbulences causées par des pales de rotor ou par le mât dans le cas d'une éolienne classique. En outre, le cerf-volant est constamment à une altitude supérieure à 100 m, à la différence des rotors qui tantôt se rapprochent du sol, tantôt surplombent le mât. Par conséquent, la conception technologique peut se baser sur une sollicitation plus homogène et la possibilité de retirer le cerf-volant en cas de tempête permet aussi de réduire les coûts de construction. Le mouvement lent du câble à proximité du sol permet d'éviter les collisions avec les oiseaux, tandis que la voilure souple élimine les risques de chute de glace en écaillant rapidement les petits dépôts de glace. »

En mer, de simples bouées d'orin suffisent pour fixer le ponton du générateur ; sur terre, le montage de l'installation peut être aussi bien stationnaire que mobile. Il n'est plus utile de penser aux grands couloirs d'accès pour les pales de rotor et autres éléments gigantesques du mât puisque le cerf-volant se plie comme une tente, et les câbles aussi.

Commande exacte dans le vent

Outre le câble tracteur, le cerf-volant comporte deux câbles de direction. Ainsi, parle-t-on dans le jargon d'un « trois lignes ». La commande entièrement automatique comptait parmi les principaux problèmes de mise en pratique de cette nouvelle technologie. Entre temps, les experts maîtrisent la programmation. Toutefois, une commande, même la meilleure, assure la performance que son actionneur veut bien lui conférer. C'est ici que les micromoteurs FAULHABER entrent en jeu. Les câbles ne peuvent s'enrouler précisément sur le treuil que sous tension ; cependant, le vent est pour le moins un système très dynamique aux fluctuations imprévisibles. Les rafales dites négatives peuvent faire fléchir momentanément les câbles de commande, ce qui n'affecte pas les caractéristiques de vol mais n'est en revanche pas praticable pour les treuils. C'est la raison pour laquelle les concepteurs ont placé un tendeur de câble devant le treuil enrouleur afin d'assurer en permanence une tension définie du câble au niveau du treuil. Les vitesses de traction comprises entre 20 et 30 m/s et le rouleau de pression d'environ 30 mm de diamètre nécessitent un moteur de tension de câble disposant d'une vitesse de rotation pouvant dépasser les 10 000 tours/min et capable de répondre aux besoins de manière très dynamique. Un moteur à commutation électrique standard d'une puissance utile pouvant atteindre environ 200 watts s'est révélé ici être la solution idéale. Ce moteur est relié à un réducteur planétaire très robuste d'un diamètre de 32 mm intégralement en métal pour assurer le couple élevé requis pour la pression. Un contrôleur de mouvement accouplé au moteur déleste la commande de l'EnerKite en prenant en charge la gestion du moteur et permet une exploitation optimale de la dynamique des micromoteurs. Petit mais costaud, telle est la devise de cette application mettant en œuvre des micromoteurs qui viennent alléger considérablement la commande du générateur d'énergie éolienne. Leur tâche consiste à assurer que le cerf-volant est capable de s'adapter sans délai aux fluctuations du vent et que ce nouveau système fait de peu de matériaux nouveaux fonctionne de manière fiable dans la pratique. Des entraînements standards sont, dans ce cas aussi, capables de répondre aux exigences des concepteurs. Pour les cas plus difficiles, il est souvent possible de garantir un fonctionnement optimal en modifiant légèrement des composants. L'emploi des micromoteurs dépend davantage des limites de l'imagination que de la technologie. La présente application prouve que même les idées les plus insolites sont réalisables dans la pratique.