Plus de courant dans les pales

Dans la course à la rentabilité des énergies marines renouvelables (EMR), industriels et chercheurs doivent optimiser le rapport qualité/ prix de leurs technologies. Un objectif qui se traduit notamment par la volonté de concevoir des systèmes à haut rendement, résistants et faciles à entretenir.

Uneproduction multipliée par deux

C’est en s’inspirant du principe des ailes d’avion que l’entreprise brestoise Guinard Énergies et ses partenaires(1) ont conçu une hydrolienne à tuyère capable d’accélérer le courant. « Grâce à sa forme optimisée dite “asymétrique divergente”, notre tuyère, située en arrière de l’hélice, agit en créant une dépression, laquelle permet d’accélérer le flux - le courant - au niveau de l’hélice », explique Vincent Mariette, directeur de Guinard Énergies et porteur du projet MegaWattBlue(2). « Les accélérations que nous avons observées d’abord par simulation numérique puis validées sur maquette à l’échelle 1/20e dans un bassin d’essai sont de l’ordre de 30 à 40 %. La puissance fournie étant proportionnelle au cube de la vitesse, nous multiplions ainsi par deux la production de notre hydrolienne. »

Autre innovation du projet : l’hydrolienne peut pivoter à 360 ° et s’orienter automatiquement dans la direction du courant. « Cette spécificité nous a permis d’optimiser la forme des pales de notre hélice. Car contrairement aux pales des hydroliennes fixes qui doivent être symétriques pour tourner de manière similaire dans les deux sens en fonction des marées montantes et descendantes, les nôtres tournent toujours dans le même sens». En 2015, un premier prototype sera construit, installé et testé sur barge. Après ce premier essai flottant, l’entreprise envisage de tester en 2016, dans sa concession en ria d’Etel, son hydrolienne ici fixée sur le fond marin. Deux formules d’installation qui permettent de multiplier le nombre des sites potentiels d’implantation.

Des pales en matériaux composites

Mettre au point des pales d’hydroliennes ou d’éoliennes performantes implique de trouver la bonne géométrie, certes... Encore faut-il qu’elle soit associée aux bons matériaux ! « La plupart des pales d’éoliennes sont fabriquées à partir de matériaux composites qui, en plus d’être légers, présentent l’avantage d’être plus résistants aux différents chargements (pression, flexion, traction...), à la fatigue, à la corrosion... bref plus performants que l’acier », explique Mostapha Tarfaoui, chercheur au Laboratoire brestois de mécanique et des systèmes (LBMS) de l’Ensta Bretagne(3). Les matériaux composites sont composés de deux matériaux minimum qui peuvent être assemblés de différentes manières (tissés, stratifiés ou en sandwich). Pour déterminer le design et la structuration optimum des pales, des tests expérimentaux et des modélisations numériques sont effectués avec différentes combinaisons géométrie/matériaux. « Lors des essais de fatigue, par exemple, nous reproduisons en un ou deux jours le nombre de tours que la pale fera en vingt ans. Cela nous permet de tester sa durée de vie et de détecter l’apparition éventuelle d’endommagements (délaminage, fissures, rupture des fibres...) en mesurant l’augmentation de la température dans le matériau pendant l’essai. Ces résultats nous permettent d’améliorer la géométrie de la pale ou les matériaux utilisés en modifiant l’orientation des fibres, leur nature, l’épaisseur des plis ou des sandwichs... » Dans le futur, les chercheurs songent à intégrer dans les matériaux composites, des fibres optiques capables de capter et de leur transmettre en temps réel des informations sur les champs de contraintes et de déformations réels subis par les pales.