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Quand les plastiques subliment ce que nous donne la nature
Qu’est-ce l’énergie durable ? En bref, il s’agit de transformer, souvent en électricité, l’énergie que nous fournissent le soleil, les vents, les courants aquatiques, ou encore la chaleur des sous-sols. Des équipements sont nécessaires, dans lesquels plastiques et matériaux composites s’affirment incontournables.
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Eoliennes : un vent d'enthousiasme

A tout vent 

Elles fleurissent un peu partout, dans les champs, sur les flots et même sur les toits des bâtiments… En une vingtaine d’années la quantité d’électricité qu’elles ont produite a été multipliée dans le monde par 60 ! Les éoliennes sont aujourd’hui les stars du développement durable. Et même si, pour des raisons souvent visuelles, elles ne plaisent pas à tout le monde, leur développement ne fait que commencer. C’est aujourd’hui la filière énergétique la plus dynamique au monde, et principalement en Europe. Au Danemark, par exemple, elles produisent 20 % de l’électricité nécessaire au pays. De plus en plus nombreux, les constructeurs rivalisent d’ingéniosité pour fabriquer des machines toujours plus performantes. Certains osent même réinventer le concept !

La fibre de carbone fait des siennes

C’est la dernière tendance du moment : rendre les pales des éoliennes plus fines et plus légères. Et pour cause, encore majoritairement construites en fibre de verre et d’un poids moyen d’une quinzaine de tonnes pour une bonne quarantaine de mètres, elles sont encore très lourdes… trop lourdes. Le mat et le rotor doivent être fabriqués en conséquence pour pouvoir supporter une telle masse. Si faire plus grand, et donc plus lourd, est technologiquement possible, rien ne dit que la structure supportera le choc en cas de grands vents. La construction en fibre de verre atteint donc là ses limites. La solution existe, et elle passe par la fibre de carbone. Seul hic, la matière première est bien plus onéreuse que la fibre de verre.

 

Repenser les process

L’américain Blade Dynamics semble avoir trouvé la solution grâce à son procédé qui lui permet de concevoir les pales, par sections comprises entre 12 et 20 m et non plus d’un seul bloc. L’entreprise n’a pas besoin de fabriquer l’étui qui soutient normalement la pale, ce qui est autant de matière économisée et de poids en moins ! Et ce n’est pas tout, avec cette technique, les pales sont plus fines, plus aérodynamiques donc plus performantes. Et parce qu’elles pèsent moins de la moitié d’une pale en fibre de verre, elles peuvent être plus longues et donc plus puissantes. Autre avantage, le poids du rotor – le mécanisme sur lequel sont fixées les pales – est lui aussi considérablement réduit. Ce fabricant annonce même qu’il sera prochainement possible de concevoir des pales de 100 m de long…

 

Ce secteur intéresse au plus haut point les chercheurs universitaires qui y voient une application concrète de leurs travaux. Ainsi, l’université américaine de Case Western a mis au point un matériau composite réalisé à partir de polyuréthane renforcé avec des nanotubes de carbone. Les pales construites dans ce matériau sont annoncées comme étant huit fois plus solides que celles en matériaux composites traditionnels, tout en étant plus légères.

L'éolien sur un petit nuage

Ne riez pas ! Ces projets sont des plus sérieux, et certains affirment même qu’ils pourront être mis en service dans les dix ans. Les prochaines générations d’éoliennes pourraient bien n’être reliées au sol que par un simple câble. Pour le reste, elles flotteront littéralement dans les cieux ! En fait, l’éolienne serait installée soit dans une structure gonflable en PVC renforcé, comme chez l’américain Altaeros Energies, ou encore, comme chez l’allemand SkySails, maintenue dans les airs par une voile type kitesurf en fibre de polyéthylène. Selon la technologie employée, elles pourraient s’envoler à une altitude de près de 10 000 m, là où les vents sont particulièrement forts. Tout là-haut et malgré la puissance des vents, l’éolienne ne risque pas de casser le câble lui assurant une certaine souplesse… de quoi amortir bien des tempêtes. Et quelle puissance !

Les éoliennes volantes seraient cinq fois plus puissantes que leurs cousines terrestres et aussi deux fois moins onéreuses à construire. Certains vont même jusqu’à affirmer que, développée à grande échelle, cette technologie pourrait satisfaire l’intégralité des besoins énergétiques de la planète. Nous n’en sommes pas encore là et plusieurs problèmes restent à régler, notamment le risque de collision avec un avion…

Ou encore sous terre

Après les cieux, retour au plancher des vaches où l’entreprise Sheerwind, encore un américain, se propose même d’enterrer les éoliennes. Un paradoxe pour un instrument qui ne fonctionne que grâce au vent. 
Il s’agit là de capter les vents et de les faire passer dans un goulot d’étranglement pour doper leur puissance. Seul le système de captation constitué d’un assemblage de cônes en matériaux composites – pour leur facilité de mise en œuvre et leur légèreté – est à l’extérieur. La turbine est enterrée. D’après le concepteur, cette technique permet une production très stable d’électricité et donc un raccordement au réseau très aisé. A puissance égale d’une éolienne classique, Sheerwind espère ainsi diviser la hauteur de son installation par deux et la taille de sa turbine par quatre… Pour un coût au kW inférieur de 19 à 36 %. Les premiers essais sont en cours. Affaire à suivre !

Larguer les amarres

Pour fonctionner, une éolienne a besoin de vent. Pardon pour cette évidence. Et le vent est généralement bien plus présent et plus stable en mer que dans les terres. Les champs d’éoliennes offshore se développent et font même désormais partie du paysage marin. Trop pour certains. L’idée est donc de les installer derrière la ligne d’horizon, là où les vents sont encore plus puissants et où on ne les voit pas de la côte. Problème, ces éoliennes sont fixées aux fonds marins et il est aujourd’hui impossible de les installer à des profondeurs excédant 35 m. Il est donc maintenant question de les faire flotter. Cela reste un défi tant les difficultés sont nombreuses, car il faut impérativement que ces éoliennes soit stables et souples pour résister aux agressions répétées des vagues.

Avec le projet Vertiwind, une jeune entreprise française propose un concept pour le moins original avec son éolienne à axe vertical – les pales tournent parallèlement au sol et non plus perpendiculairement. Cette technologie permet d’abaisser sensiblement le centre de gravité rendant donc plus stable la structure. Hormis les caissons flottants fabriqués en métal, tout le reste est constitué de matériaux composites pour gagner en légèreté.

L'éolienne pour tous

S’il est bien un domaine où les polymères font une formidable entrée, c’est dans celui des éoliennes dites domestiques ou pour particuliers. Et pour cause, qu’elles soient à axe vertical ou horizontal, ces éoliennes restent de taille modeste. Les efforts encaissés par les mécanismes ne sont donc pas violents. Autre raison, elles sont produites en série pour faire baisser leur coût. Et comme chacun le sait, quand il est question de grande série, les matériaux plastiques restent les champions du monde tant ils sont faciles à mouler et peu onéreux. Ces éoliennes d’un nouveau type viennent s’installer sur les toits des habitations. Très discrètes, elles sont à peine visibles mais ont néanmoins un gros défaut : elles ne sont pas si silencieuses, ce qui a le don d’agacer nombre de riverains. Ce bruit n’a rien de mécanique, il provient de l’effet vortex, ce tourbillon qui se forme à l’extrémité des pales.

Aussi, les fabricants travaillent d’arrache-pied pour trouver de nouvelles formes limitant le tourbillon. Les premières solutions apparaissent, comme celle proposée par l’allemand Venco : des pales dont la forme originale « casse » l’effet vortex et donc réduit le bruit. Construites en fibre de verre renforcée d’un composite de plastique-céramique, elles sont d’une grande souplesse, peu sensibles aux vibrations et à leurs effets de résonance, elles aussi source de bruit.

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