Testé par des étudiants de la HES-SO
Un procédé pour accroître la rentabilité des éoliennes
L’éolienne du futur pourrait être dotée de… six pales montées sur deux hélices distinctes! Deux étudiant-e-s de la HEIG-VD à Yverdon-les-Bains ont évalué son potentiel énergétique et économique. Bilan: 13% de rendement supplémentaire par rapport aux modèles classiques. Ne manquent plus que des fonds d’investissement…
Lorsque le vent rencontre les pales d’une éolienne classique, à trois pales, celles-ci freinent sa course, et l’énergie produite par cette décélération est transformée en électricité. Naturellement, plus le cercle balayé par les pales est grand, plus on produit d’énergie. Mais les pales actuelles ne peuvent guère être rallongées sans faire exploser leur coût de fabrication. L’éolienne contra-rotative, ou à double hélice, se propose donc de produire davantage en conservant la même taille, mais en récupérant l’énergie du vent au sortir de la première hélice. C’est du moins le pari de la start-up Eothème, à Bex (VD).
«L’idée d’une double hélice, explique Raoul Herzog, professeur à l’institut d’automatisation industrielle de la HEIG-VD, existe déjà, notamment dans certains hélicoptères. La véritable innovation d’Eothème, c’est leur réducteur planétaire, un additionneur mécanique qui permet de combiner de façon adaptative la rotation des deux rotors sur un seul mouvement, celui de la génératrice.» Alors qu’une double hélice aurait nécessité l’installation de deux génératrices, une par rotor – trop cher et trop compliqué –, le réducteur planétaire permet de n’en avoir qu’une. « au fond, c’est le même principe que celui des automobiles, où le différentiel permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes lors du passage d’une courbe.»
Travail sur modèle réduit
Après avoir déposé le brevet de cette invention, la start-up vaudoise s’est naturellement posé deux questions: combien une éolienne contra-rotative produit-elle d’énergie en plus qu’une éolienne classique? Et cette énergie supplémentaire est-elle suffisante pour que ce nouveau modèle soit commercialisable? Pour y répondre, Eothème a fait appel à la HES-SO. Dans le cadre de sa réserve stratégique (un fond inter-écoles destiné à soutenir le développement des activités en recherche appliquée), celle-ci lance un projet de recherche sur trois sites, Yverdon, Fribourg et Genève. «Pour évaluer la quantité d’énergie produite par une éolienne contra-rotative, nous avons travaillé sur un modèle réduit, explique Nuot Dorta, l’étudiant de la HEIG-VD, filière Microtechniques, qui a consacré son travail de diplôme à l’étude du rendement additionnel de la contra-rotative. La partie mécanique a été construite à l’école d’ingénieur-e-s de Fribourg et je me suis chargé de la commande électrique et des tests en soufflerie à la Haute école de Genève (hepia).»
Tests en soufflerie
Pour évaluer la performance de l’éolienne à six pales, Nuot Dorta a effectué pas moins de 150 mesures, en tenant compte de quatre paramètres: la vitesse du premier rotor, la vitesse du second, et l’inclinaison des pales de chacun d’eux. «Une des difficultés des tests consiste à choisir les paramètres à prendre en compte, explique Nuot Dorta. Il faut sentir, parmi la multitude des mesures possibles, celles qui sont susceptibles d’avoir une forte influence sur le résultat. Au final, pour un vent donné d’environ 15 mètres par seconde, soit près de 60 km/h, nous avons pu déterminer la position des hélices qui offre le meilleur rendement: elle permet d’atteindre une production d’énergie de 13% supérieure à celle d’une éolienne classique de même taille.» Un pourcentage qui pourrait sans doute être encore augmenté en améliorant l’aérodynamisme de l’objet.
Prenant conscience de l’intérêt économique du travail de Nuot Dorta, Raoul Herzog décide alors d’ouvrir un volet économique au projet. «Comme nous avons la chance d’avoir dans le même bâtiment de l’ingénierie et de la gestion, les synergies se mettent en place assez naturellement. J’ai contacté l’un de mes collègues, le professeur Mario Meinen, et c’est une de ses élèves en filière Economie d’entreprise (HEIG-VD), Anne-Laure Bornoz, qui s’est lancée sur le projet pour son travail de diplôme.»
Délai de retour sur investissement?
«J’ai commencé par étudier le coût et le rendement d’une éolienne classique en fonction de sa taille, ou encore du prix de l’électricité. Ensuite je me suis intéressée à la contra-rotative pour savoir quels seraient les coûts supplémentaires au niveau de la fabrication, l’objectif étant de déterminer si le rendement additionnel était suffisant pour couvrir l’investissement de départ. J’ai pris trois hypothèses: 10, 20 et 30% d’électricité supplémentaire par rapport à une éolienne normale.» Et alors ? Serait-il rentable pour une entreprise d’installer des éoliennes à double hélice ? «Pour les petites et moyennes éoliennes, qui produisent entre 100 et 800 kW, pas vraiment. En revanche pour les grands modèles, produisant de 800 kW à 5 MW, un bonus d’énergie additionnel de 10 à 20% constitue déjà un élément intéressant: le cash-flow supplémentaire dégagé permettrait une récupération des capitaux relativement rapide.»
Evidemment, toutes ces considérations varient selon le prix de rachat de l’électricité, la loi fiscale en vigueur, la durée de vie de l’éolienne, etc. Ainsi, afin de permettre à Eothème d’évaluer le potentiel de leur invention dans différents contextes, Anne-Laure Bornoz a réalisé un tableau dynamique dans lequel il suffit d’entrer les variantes pour voir s’afficher le délai de retour sur investissement.
«Les entrepreneurs d’Eothème ont beaucoup apprécié ces deux études, explique Raoul Herzog. Ils ont désormais entre les mains des rapports réalisés par des instances académiques externes, de précieux outils pour leur recherche d’investisseurs.»
L’argent manque pour continuer
Pourtant la tâche s’annonce difficile. En Suisse, l’éolien représente moins de 1% de l’énergie produite, aucune entreprise suisse ne fabrique de grandes éoliennes, et les autorités soutiennent prioritairement l’énergie solaire. Quant aux entreprises qui fabriquent des éoliennes dans des pays à fort potentiel éolien, tels que l’Allemagne, le Danemark ou l’Espagne, leur carnet de commandes est déjà rempli pour plusieurs années ! Pas de quoi avoir réellement envie d’investir dans un nouveau produit.
Aujourd’hui, presque un an après l’obtention de leur diplôme, Nuot
Dorta travaille chez le fabricant vaudois d’emballages Bobst, et
Anne-Laure Bornoz a été engagée comme collaboratrice scientifique dans
l’unité de recherche «développement du leadership» de l’Institut
Gestion & Entreprenariat de la HEIG-VD. « Aujourd’hui,
explique-t-elle, j’essaie de me positionner sur les projets en lien
avec le développement durable. »
Carole Pellouchoud