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Greentech : Kite Power, l’aile gonflable productrice d’électricité

ActualitéClassé sous :développement durable , énergie renouvelable , énergie éolienne

Les vents sont plus forts et plus stables en altitude, mais comment les exploiter ? Une solution originale nous est proposée aux Pays-Bas : Kite Power. Le système se compose d'une aile gonflable qui, en faisant des huit dans le ciel, tire sur un câble tout en actionnant un générateur. Le dispositif a l'avantage d'être léger, peu coûteux, mobile et assez discret.

L'aile utilisée durant les tests du système Kite Power a une superficie de 25 m2. Depuis janvier 2010, près de 160 cycles de pompage ont été réalisés. Ils sont de plus en plus efficaces, ce qui se traduit par une meilleure production d'électricité. © Université technologique de Delft

Depuis quelques années, la France modifie progressivement son mix énergétique en vue de réduire ses émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, en 2012, 16,4 % de  notre électricité a été produite à partir de sources d’énergie renouvelable : 11,8 % pour l'hydraulique, 1,6 % pour le solaire photovoltaïque, et enfin 3 % pour l'éolien. Cette filière prend elle aussi constamment de l'ampleur, bien qu'elle n'exploite pas toujours les vents au mieux.

Quelques explications s'imposent. À ce jour, les éoliennes en fonctionnement tournent grâce aux flux d'air qui circulent dans les 200 premiers mètres au-dessus du sol. Pourtant, les vents sont bien plus forts et plus stables au-delà de cette limite, à 350 m d'altitude par exemple. Pour preuve, les aérogénérateurs actuels ont un facteur de charge compris entre 20 et 35 %, soit moins que les 60 % qu'ils afficheraient s'ils pouvaient profiter des vents d’altitude.

Pour les exploiter, plusieurs solutions ont vu le jour en quelques années. Par exemple, l'entreprise américaine Makani Power a développé une éolienne volante qui ressemble à un petit avion, sauf que ses hélices produisent du courant lorsque l'engin réalise des huit dans le ciel. L'électricité est ensuite transférée au sol par le câble qui retient le dispositif. En Europe, le concept développé par des ingénieurs de l'université technologique de Delft (Pays-Bas) ressemble un peu à ce projet, mais uniquement en apparence. 

Le 22 janvier 2010, l'équipe de recherche du projet Kite Power a testé un nouveau logiciel de contrôle de l'aile gonflable. © aartdewachter, YouTube

Une solution pour exploiter les vents d’altitude : Kite Power

Le système Kite Power se compose d'une aile, d'un câble et d'une station au sol, mais la comparaison s'arrête là. En effet, l'aile est une structure en toile dotée de chambres à air gonflables, comme les voiles utilisées en kitesurf. D'un diamètre de 4 mm, le câble en polyéthylène à haut module (HMPE) ne sert quant à lui qu'à retenir la structure volante... car le courant est produit au sol.

La base du système se compose d'un tambour cylindrique sur lequel sont enroulés 1.000 m de câble, d'un moteur-générateur d'une puissance de 18 kW et d'une batterie lithium fer phosphate (ou batterie à cathode en phosphate de fer lithié, LiFePO4) de 20 kWh. Par ailleurs, elle est lourde, ce qui évite d'avoir à la fixer au sol par le biais de fondations, mais elle reste néanmoins transportable sur une remorque. C'est l'un de ses précieux avantages, comme le fait que toutes les structures nécessitant un entretien régulier soient au sol, et non dans les airs.

Vient alors la question piège : qui contrôle l'aile, et comment ? Le système se doit d'être automatique, mais la voile est également contrôlable à distance par un opérateur. À distance, car le boîtier gérant ses mouvements se trouve entre l'aile et son point d'attache sur le câble, donc dans le ciel. D'un poids de 5 kg, ce dispositif renferme des moteurs qui agissent sur quatre cordes. Deux d'entre elles dirigent la voile vers la gauche ou vers la droite, tandis que les deux autres lui permettent de prendre ou non le vent. 

Le moteur-générateur connecté à la voile gonflable se trouve sur la remorque au premier plan. Nous pouvons d'ailleurs observer le câble qui part vers l'aile volante. La preuve est faite : le système Kite Power est mobile ! © Kite Power

La clé technologique : des cycles périodiques de pompage

Le système Kite Power fonctionne en deux temps, donc de manière cyclique. Durant la première phase dite de pompage, l'aile fait des huit dans le ciel à une vitesse comprise entre 70 et 90 km/h, ce qui provoque l'apparition d'une tension sur son câble (3.100 N pour un vent de 7 m/s). Ainsi, il a tendance à se dérouler seul, en faisant tourner le tambour, et par conséquent le générateur, qui produit alors de l'électricité.

Lorsque la longueur maximale du câble est atteinte, l'aile est automatiquement mise en position « neutre ». Elle se place alors face au vent et se met à la verticale de sa base. Le moteur-générateur se charge ensuite de la faire redescendre afin qu'elle puisse recommencer un nouveau cycle. L'astuce : la tension sur le câble diminue de 80 % en position neutre. Ainsi, le moteur-générateur consomme moins de courant qu'il n'en a produit durant la phase montante. 

Que penser du projet Kite Power ?

Ce concept venu des Pays-Bas propose une solution innovante pour produire une énergie renouvelable à moindre coût. En effet, il utilise beaucoup moins de matériaux que les éoliennes classiques (la toile et la corde sont relativement bon marché), tout en ayant également un impact visuel réduit par rapport aux éoliennes (la corde en mouvement se voit moins qu'un mât).

Son impact environnemental est également très bon. Par exemple, il faut peu de métal pour le construire. De plus, ses parties aériennes sont souples et se déplacent moins rapidement que celles des éoliennes conventionnelles, de quoi réduire les risques de collision avec des oiseaux.

Il n'est jamais bon de finir sur une note négative, mais à force de faire des comparaisons avec les éoliennes conventionnelles, il faut bien avouer une chose : la production électrique du Kite Power reste faible. Attendons donc de voir comment ce projet va évoluer à l'avenir. 

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L’avenir fera la part belle aux technologies vertes, ce que de nombreux ingénieurs et chercheurs ont bien compris. Publiée toutes les deux semaines sur Futura-Sciences, la chronique Greentech dévoile et décrypte les projets innovants, visant à réduire l’impact de l’Homme sur son environnement, tout exploitant au mieux les ressources naturelles renouvelables.