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De l'énergie dans les rivières et les moindres courants d'eau !

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Baptisé Vivace, un système original de récupération d'énergie permettrait selon son concepteur de tirer profit de courants très faibles, dans l'océan, les fleuves ou les rivières. Simple dans son principe et dans sa réalisation, cette technique utilise les turbulences générées par un obstacle.

Un réseau de machines Vivace au fond de l'eau, s'agitant doucement. (Vue d'artiste.) © Omar Jamil

Dans les rivières ou les océans, l'eau, en général, se déplace lentement. Les courants rapides sont l'exception. Or, les systèmes jusque-là imaginés pour récupérer cette énergie, constitués de turbines, ont le plus souvent besoin de vitesses élevées. C'est en pensant à l'énorme gisement inexploité des courants faibles que Timothy Wootton, professeur au Michigan College of Engineering, a voulu s'inspirer... des poissons et des turbulences. L'idée est d'utiliser les vortex naturellement créés, par exemple, en aval d'une pile de pont dans une rivière. Timothy Wootton les étudie depuis longtemps et rappelle que la première description de ce phénomène est à mettre à l'actif de Léonard de Vinci.

Toujours considérés comme destructeurs, ces tourbillons dégradent en effet très efficacement les berges, qu'elles soient naturelles ou artificielles, et les spécialistes en hydrologie ne les ont étudiés que pour mieux les combattre. Ils existent également dans l'atmosphère sous l'effet du vent et sont rendus responsables de l'écroulement spectaculaire du pont de Tacoma en novembre 1940 aux Etats-Unis (Etat de Washington).

Lorsqu'un courant (Current) heurte un obstacle (Bluff Body), les lignes de courant (Flow Lines) s'écartent de part et d'autre puis se rassemblent derrière en formant des tourbillons (Vortices). Mais le phénomène est irrégulier et, parfois, un flux direct évacue l'eau sans créer de tourbillon (Shedding), d'un côté ou de l'autre. Cette dissymétrie génère une force de pression sur l'obstacle et, s'il est mobile, un mouvement (Movement). © Vortex Hydro Energy

Or, explique Wootton, les poissons savent en tirer profit grâce aux ondulations de leurs corps, la partie postérieure se glissant entre les tourbillons générés par l'avant de l'animal. C'est à peu près ce principe qui a été utilisé pour réaliser un prototype de générateur d'énergie, baptisé Vivace, pour Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy. Avisé, Timothy Wootton en a fait une technologie à vendre par l'intermédiaire de la société Vortex Hydro Energy, qu'il a créée.

Installations modulables

Pour l'instant, le prototype est un unique cylindre maintenu horizontalement par deux montants verticaux sur lesquels il peut coulisser verticalement. Sous l'effet du courant, des différences aléatoires de vitesses apparaissent au-dessus ou au-dessus du cylindre, provoquant des variations momentanées de pression attirant le cylindre vers le haut ou vers le bas. Ces mouvements peuvent alors servir à générer de l'électricité.

D'après Thimothy Wootton, l'engin produit de l'énergie à partir d'un courant de 1,6 nœud (3 km/h), qui resterait inexploitable par une technique classique. Le rendement serait de 22% mais le chercheur n'a semble-t-il pas pousser l'expérience jusqu'à la production d'électricité. Cependant, ce spécialiste de l'hydrologie a déterminé la relation entre vitesse du courant et énergie récupérée, qui dépend de la viscosité du liquide et du nombre de Reynolds (qui décrit le type d'écoulement).

Le prototype dans son bassin. Le cylindre jaune monte et descend sou l'effet du courant. © Scott Galvin

Dans les installations imaginées, un convertisseur Vivace se composerait d'un très grand nombre de cylindres horizontaux régulièrement répartis sur le fond. Leur espacement devra être de quatre fois leur diamètre pour maximiser la formation de tourbillons. Comme le cylindre du prototype, ils seront soumis à des mouvements d'oscillation qu'il sera possible d'exploiter pour générer de l'électricité. Avec un courant de 3 nœuds (5,6 km/h), Wootton prévoit 50 kW avec une petite installation comportant 657 cylindres occupant 45 mètres carrés. Mais le chercheur voit grand et imagine des installations bien plus vastes, qui atteindraient le gigawatt avec près de 33.000 cylindres qui s'étaleraient sur 1,5 kilomètre carré.