Un vent nouveau pour les éoliennes à axe vertical grâce à des scientifiques de l'EPFL

Des scientifiques de l'EPFL sont parvenus à améliorer le rendement des éoliennes à axe de rotation vertical. Moins bruyantes et prenant moins de place, elles pourraient à terme venir concurrencer les modèles classiques.

Karen Mulleners, professeure assistante à l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), s’intéresse aux éoliennes à axe de rotation vertical, dont les pales perpendiculaires au sol tournent comme un carrousel autour de la tige centrale. Cette forme leur vaut le nom d’éoliennes de type H.

Image d'illustration d'une éolienne à axe vertical. [CC BY-SA 3.0 - Noveol]

A longueur de pales égale, elles prennent trois fois moins de place que les éoliennes classiques et sont trois fois moins bruyantes. Elles sont aussi moins dangereuses pour les oiseaux en raison de leur rotation plus lente et prévisible, a indiqué mercredi le Fonds national suisse (FNS) dans un communiqué.

Nos données montrent qu’on pourrait probablement atteindre, voire dépasser, aussi bien la durée de vie que le rendement des éoliennes classiques

Sébastien Le Fouest, premier auteur de l'étude

Cependant, un défi physique a jusqu’à présent freiné leur développement: leur axe de rotation se dressant perpendiculairement au vent, l’angle entre celui-ci et les pales varie en permanence. Dès que le vent atteint une certaine vitesse, elles deviennent ainsi sujettes au phénomène de "décrochage dynamique", générant des tourbillons et des turbulences. Les installations classiques, tournant dans l’axe du vent, ne rencontrent pas ce problème.

Une installation miniature

Afin de limiter le décrochage dynamique subi par ces éoliennes, l'équipe de Karen Mulleners a installé un dispositif permettant aux pales de changer d’inclinaison. Pour ce faire, les scientifiques ont installé des moteurs qui font tourner les pales partiellement sur elles-mêmes pendant leur rotation autour de l’axe de l’éolienne.

"Un bateau a besoin d’un équipage qui ajuste les voiles pour maintenir sa trajectoire au vent", illustre Sébastien Le Fouest, premier auteur de l’étude, cité dans le communiqué. "En dotant les pales des éoliennes de petits moteurs, on leur donne un capitaine pour qu’elles puissent aussi s’adapter aux conditions", dit-il.

Néanmoins, les flux générés autour d’une éolienne de type H en fonction du vent sont compliqués à prévoir et modéliser. Le groupe lausannois a donc créé une éolienne miniature à pale unique dans une soufflerie. Des capteurs ont été installés pour mesurer l’énergie produite.

Prototype industriel

L’équipe a ensuite testé des milliers de conditions en utilisant un algorithme dit génétique, qui applique une logique de sélection naturelle aux paramètres testés. Cette méthode sélectionne les réglages qui aboutissent à un compromis optimal entre le meilleur rendement électrique et la préservation de la structure de l’éolienne.

Les scientifiques ont ainsi pu multiplier par trois le rendement de l’éolienne du laboratoire. "Nos données montrent qu’on pourrait probablement atteindre, voire dépasser, aussi bien la durée de vie que le rendement des éoliennes classiques", conclut Sébastien Le Fouest.

Une collaboration est d'ores et déjà lancée avec une entreprise en Suisse pour tester ces résultats sur un prototype industriel. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Communications.