En vidéo : faut-il caréner les éoliennes ?

Avec ses grandes pales, une éolienne classique récupèrerait à peine plus de la moitié de l'énergieénergie du vent. Une grande partie de l'airair, en effet, est dévié avant de toucher les pales et passe autour de l'hélice plutôt qu'au travers. En 1919, l'Allemand Albert Betz a calculé précisément que la meilleure éolienne ne pourra convertir en énergie mécanique (sa rotation) que 16/27, soit 59,3%, de l'énergie cinétiqueénergie cinétique de l'air (celle de la vitessevitesse du vent). Avec un rendement de 100%, le vent serait complètement arrêté par les pales, un idéal bien sûr impossible puisqu'il n'y aurait plus d'écoulement. Publiée en 1926, cette valeur est devenue la « limite de Betz » et, explique le physicienphysicien allemand, elle est obtenue quand le vent est ralenti par l'éolienne au tiers de sa vitesse initiale.

De plus une éolienne classique ne peut fonctionner pour toutes les vitesses du vent. A moins d'une vingtaine de kilomètres à l'heure, la conversion en électricité devient peu intéressante voire impossible. Si le vent est trop fort (plus de 90/km/h), la vitesse de rotationvitesse de rotation trop élevée engendre un effet gyroscopique qui peut être dommageable.

Comment faire mieux ? Une possibilité consiste à entourer l'hélice d'un carénagecarénage qui empêche en partie le vent de s'échapper autour de l'hélice. Des projets et des prototypes existent déjà. En 2006, une équipe britannique avait présenté Stormblade, une étude inspirée des écoulements dans un réacteur d'avion (voir une discussion dans le forum de Futura-Sciences au sujet de Stormblade). Victor Jovanovic, son concepteur, annonçait un rendement de 70%. Il semble que ce projet n'ait pas encore abouti. C'est exactement cette idée qu'a reprise FloDesign, une entreprise américaine, spécialisée, justement, dans l'aéronautique en général et dans les turboréacteursturboréacteurs en particulier, et qui développe actuellement un modèle opérationnel au sein d'une filiale, FloDesign Wind Turbine.

A première vue, l'engin ressemble curieusement à un réacteur à double flux. L'hélice tripale des éoliennes habituelles est ici remplacée par une roue à aubesaubes (quatorze d'après les schémas) entourée d'un carénage peu profond et crénelé. Mais, surprise, elle est fixe (et désignée par le terme stator), se contentant de dévier les filets d'air avant qu'ils n'atteignent une seconde roue à aubes, mobilemobile celle-là (le rotor). L'ensemble est lui-même entouré d'un autre carénage, plus grand, crénelé lui aussi et placé légèrement en arrière.

Deux fois plus petite qu'une éolienne tripale

D'après les - maigres - renseignements fournis, le flux d'air annulaire qui échappe à la roue à aubes est aspiré entre les deux carénages et semble-t-il accéléré par effet Venturi au niveau des gorges des crénelagescrénelages. Plus en arrière, il rencontre le flux d'air central qui a traversé le rotor et dont la vitesse est plus lente. Il s'ensuit un bel effet de turbulencesturbulences générant des vortexvortex et réduisant la pressionpression derrière le rotor.

Avare de précisions, FloDesign Wind Turbine ne donne pas de chiffres sur le rendement envisagé mais avance plusieurs avantages intéressants. Cette éolienne produirait une puissance équivalente à celle d'un modèle conventionnel deux fois plus large. Elle résisterait beaucoup mieux aux vents forts (mais on se souvient pourtant que le modèle Stromblade semblait handicapé aux grandes vitesses par un effet de portanceportance naissant au niveau du carénage et engendrant des efforts mécaniques importants sur le pylone).

Comme une girouette, la turbine s'aligne d'elle-même dans l'axe du vent. © FloDesign Wind Turbine

De plus, une structure verticale (une gouverne de direction dirait un pilote d'avion, un safransafran de gouvernail dirait un navigateurnavigateur) aligne l'éolienne dans le lit de vent ou l'en approche. La précision requise serait moins importante que pour une éolienne classique, qui ne tolère pas plus de quelques degrés alors que le modèle de FloDesign Wind Turbine supporterait une différence d'axe d'une douzaine de degrés. Enfin, alors que des éoliennes traditionnelles doivent être largement espacées pour ne pas se perturber mutuellement, les modèles de FloDesign Wind Turbine pourraient être environ trois fois plus proches les uns des autres.

Pour l'instant, l'entreprise disposerait d'un prototype qu'elle semble ne pas vouloir montrer mais prépare un modèle de trois mètres de diamètre d'une puissance de 10 mégawatts. L'engin pourrait être testé dès 2009 ou au plus tard début 2010. Les recherches en énergies alternatives sont visiblement assez soutenues...