Qui copie les poissons, récoltera de l’énergie

Les éoliennes sont peut-être comme les poissons: les rapprocher permettra peut-être de produire plus, en profitant des turbulences provoquées par les turbines. Tout comme les poissons nagent en banc pour réduire leur dépense d’énergie. C’est ce que concluent deux jeunes chercheurs américains du Caltech, sur la base de leur modèle d’écoulement des fluides.

En principe, pour les éoliennes à axe horizontal de nos campagnes du moins, il faut respecter un écartement minimal pour éviter les turbulences. D’où une grande extension des fermes éoliennes. Mais qu’en est-il des éoliennes à axe vertical, réputées moins efficaces pour capter l’énergie du vent? En les rapprochant, et en alternant leur sens de rotation, elles profiteraient des turbulences et pourraient capter cent fois plus d’énergie par mètre carré occupé au sol que les éoliennes à axe horizontal, selon les deux chercheurs. Enfin, en théorie. Il leur reste à vérifier sur le terrain que ça fonctionne!

23 commentaires

  1. C’est la stupidité habituelle, bonne à récolter des sous, pas de l’énergie.
    Faisons un peu de physique. Dans un tube d’air, je peux prélever de l’énergie. Le maximum théorique est atteint lorsque je divise la vitesse par 3, et j’aurai alors récupéré 59% de l’énergie cinétique contenue dans le vent.
    Ce raisonnement ne dit pas comment je « prélève » l’énergie, uniquement qu’entre l’entrée et la sortie, la vitesse est divisée par 3 (et le contenu énergétique par 9). On appelle cela la loi de Betz, qui fixe la limite haute du rendement éolien (comme Carnot pour les machines à chaleur).
    Une éolienne moderne, dans la gamme optimale de vent, atteint aujourd’hui un rendement de 50% ou plus. Difficile alors de faire mieux.
    On put en théorie y adjoindre une deuxième machine, qui va encore réduire la vitesse par 3 (et l’énergie par 9), mais on voit que l’investissement n’est pas vraiment rentable.
    Donc nous possédons déjà le moyen quasiment optimal pour extraire l’énergie du vent. Si ce facteur 10 existe, ce n’est pas seulement pour les turbulences, c’est aussi pour avoir accès à d’autres ‘tubes’ de vent à exploiter, rendu accessible après un peu de brassage.
    En résumé, pour une surface au sol (limitée) donnée, l’éolienne à axe horizontale est à peu près le mieux qu’on puisse faire. Les engins à axe vertical coûtent plus chers, sont plus lourds, pour un rendement nettement inférieur (les engins déjà sur le marché ont un prix au kWh au moins 100 fois supérieur par rapport aux éoliennes classiques).

    1. Oui et non. Les éoliennes horizontales s’arrêtent quand le vent est trop fort (ou s’envolent en parties -au choix). Or un vent deux fois plus fort, c’est 2^3=8 fois plus d’énergie. Si les verticales permettent à la fois de récolter des vents plus forts et d’être plus denses, le gain d’énergie doit pouvoir s’approcher de ce qu’ils prétendent.

      Par contre il doit pas y avoir un million de sites où ça marche. Heureusement, puisque comme d’hab le facteur de charge serait atroce ce qui imposerait le recours à des centrales au gaz et autre joyeusetés… ok c’est pas la question, je vais essayer de me retenir.

      1. C’est dur de faire rentrer cela dans la tête des gens.
        Les EnR n’ont pas besoin d’un recours aux centrales thermiques.
        Soit leur capacité installée est trop faible, et on ignore leur présence, soit la capacité est suffisante, et leur production est intégrée dans les prévisions.
        Il convient de noter que la RTE tient compte de la nébulosité attendue pour prévoir la consommation du lendemain, et donc la capacité de production à mettre en face.

      2. Les EnR ont besoin d’un recours aux centrales thermiques à flammes !… tant qu’on ne sait pas faire autrement (notamment par le stockage de l’électricité à grande échelle), c’est à dire encore au moins pour les 50 ans à venir !
        En effet, tant qu’on reste à moins de 10 à 15% d’énergie aléatoire (éolienne et solaire notamment), on peut le compenser en faisant varier les autres centrales « sures » de manière rapide, notamment les centrales à gaz (un peu moins le charbon et encore moins le nucléaire). Les barrages sont les champions de la rapidité d’adaptation controlées à des variations importantes de la production mais l’hydroélectricité (en France) est déjà exploitée au maximum et ne donnera jamais plus de 15% de notre consommation.
        Il n’y a pas non plus de « stockage dans le réseau » comme j’ai pu le lire sur ce site (par Tilleul je crois). Le réseau distribue instantanément et ne stocke rien (hélas).
        La dissémination des éoliennes (ou du solaire) qui compenserait les variations de vent ou de lumière dans une région par une autre est une fable commerciale (et les Allemands le savent bien). A ce stade, on pourrait même signaler ce canular sur hoaxbuster.com.

        Aujourd’hui, on n’a pas eu besoin de construire de nouvelles centrales thermiques pour compenser les éoliennes et le solaire parce que ces énergies aléatoires s’intègrent dans un réseau existant de centrales thermiques ( France, G.B, Allemagne), de STEP (Danemark / Norvège par exemple) et d’échanges internationaux (nucléaire et thermique à flamme). Tant que les Enr peuvent être potentiellement compensés par les centrales thermiques à gaz, charbon voire nucléaire, elles font économiser des énergies carbonées (c’est une bonne chose).
        Mais il faudra toujours une capacité de production des centrales thermiques (Nuc ou gaz ou charbon) proche de la demande potentielle pour suppléer la défaillance des Enr (nuit sans vent dans un anticyclone hivernal par exemple). La production d’Enr en allemagne (qui elle, contrairement à la France, publie sa production quotidienne d’électricité d’origine éolienne) l’hiver dernier est instructive.
        En résumé, il faudra toujours des centrales themiques sures derrière les éoliennes et le solaire si on veut éviter des ruptures de charge (black-out).

      3. Mais on sait « stocker » l’énergie dans le réseau. Il suffit de monter/baisser la tension d’un demi-volt (ce qui passe inaperçu dans tous les appareils) pour dégager des GW, sans parler d’un petit déphasage entre courant et tension.
        Ecoute ce que disent les gens de la RTE au lieu de réinventer tes propres théories infondées.
        Je suis le premier à admettre que cela ne règle en rien tous les problèmes, il suffit de regarder les demandes en pointe de plus en plus pointues, mais la remarque qu’il faut compenser les EnR par du thermique pour les jours sans vent/sans soleil/… signale une profonde méconnaissance du dossier.

      4. Il n’y a pas pire sourd que celui qui ne veut pas écouter (ou comprendre dans ce cas).
        Il suffit de.., faut qu’on…, y’a qu’à…
        Monter ou baisser la tension ne stocke rien. Cette « astuce » permet de modifier trés légèrement la puissance globale fournie au réseau pour adapter l’offre à la demande dans des cas ponctuels. En diminuant la tension on modifie simplement artificiellement la puissance : P=U.I). Donc encore une fois, LE RESEAU NE STOCKE RIEN.
        Bien que j’ai selon vous une profonde méconnaissance du dossier (pas si sûr…), je vous répéte encore une fois qu’il faut aujourd’hui comme il faudra demain des centrales thermiques (de préférence à gaz car elles sont plus réactives) pour se substituer ou compenser la production aléatoire des Enr, notamment l’éolien et le solaire. Les marémotrices, par exemple, sont prévisibles car l’étiage est connu des semaines à l’avance et on compense par des thermiques (nucléaires ou carbonés) pendant l’absence de production.
        Il me semble « que ma profonde méconnaissance du dossier » n’a d’égale que votre aveuglement idéaliste ou partisan.

      5. Allons-y lentement pour les pas rapides d’esprit. Les prévisions ne collent jamais exactement à la réalité, et entre les deux il y a un petit écart de plusieurs milliards de watt, compensé en jouant sur la phase et la tension. Donc si la capacité des EnR est faible, sa production reste dans cet écart facilement compensé. Si la capacité est plus grande, la production devient prévisible, tout comme les machines marémotrices. On saura la veille que le parc X peut fournir environ 5% de sa capacité parce que pas de vent et que le parc Y peut fournir 85% car vent fort attendu. Et la production de ces unités sera intégrée avec les autres sources pour coller au mieux aux besoins de consommation. Et comme aujourd’hui, il y aura des haut et des bas, et des pointes pas prévues qu’il faudra compenser, mais cela n’a rien à voir avec la présence oui ou non des EnR.

      6. Tu es en train de dire que, quand on a pas ou peu d’éolienne, on a pas ou peu besoin de les compenser par des centrales au gaz. Effectivement.

        Ce que les plus lents que toi essaient de te dire, c’est que si on en avait beaucoup, on devrait compenser beaucoup.

        Si tu arrêtes ton esprit deux minutes dans sa folle course qui ébouriffe les cheveux, tu remarqueras peut-être que ce n’est pas en contradiction.

        Encore un petit effort et tu noteras la recommandation des plus poètes de nos visiteurs: planter des éoliennes partout et compenser avec du gaz russe (mais pas sibérien). Oh esprit, suspend ton vol deux minutes.

      7. ??
        mais toujours pas besoin de compensation.

      8. Si vous n’êtes pas capable de comprendre que le réseau fonctionne comme un stockage (ce qui ne veut pas dire que le réseau stocke…) c’est que vous avez effectivement une forte méconnaissance du dossier…

        D’un autre coté puisqu’on en parle il existe effectivement un stockage instantané intégrées aux centrales qui est l’énergie cinétique de rotation des moteurs mais ce n’est pas lié à la tension mais la fréquence… Désolé GML mais en pratique vous n’avez jamais un réseau équilibré totalement entre l’énergie que vous amenez aux centrales et l’énergie qui est consommé par le client, la seule fois ou c’est le cas c’est quand la fréquence est strictement égale à 50 Hz… En pratique ça n’ait jamais le cas c’est pour ça qu’on a un droop control qui va aligné l’alimentation en énergie des moteurs : quand la consommation est trop élevée, c’est que l’énergie fournie au moteur n’est plus assez élevé et donc le moteur ralentit (on prend sur l’énergie cinétique stocké) et du coup les rétroactions liées au controle du moteur vont faire augmenter la quantité d’énergie fournit à celui-ci… Quand la production d’énergie excède la consommation la fréquence augmente puisque le surplus d’énergie qui n’est pas consommé part dans l’accélerration du moteur et là les rétroactions partent dans l’autre sens… Dans un réseau quand on dit que la consommation à chaque instant est égale à la puissance électrique fournie, c’est une pure vue de l’esprit, parce que cette puissance électrique fournie n’a pas d’existence concrète.

        Maintenant si je vous écoute, qu’est-ce qu’on doit en déduire ?
        – que les gestionnaire des réseaux nationaux et européens (RTE, UCTE, ENTSO-E) mentent
        – que météo-France ainsi que toutes les autres agences météorologiques et toutes les centres de recherche en météorologie mentent
        – la R&D des grands électricien type EDF R&D, Laborelec, E.on… mentent
        – les grands centres de recherche scientifiques type Fraunhofer, NREL, Berkeley… mentent
        – Les institutions : Ademe, DOE, Ademe… mentent

        Et vous êtes le seul à avoir raison sans jamais être capable de présenter une seule justification matérielle derrière votre argumentation… Vous pensez vraiment être crédible avec ce genre d’attitude ?

      9. « le réseau fonctionne comme un stockage (ce qui ne veut pas dire que le réseau stocke…) »

        « vous n’avez jamais un réseau équilibré totalement entre l’énergie que vous amenez aux centrales et l’énergie qui est consommé par le client »

        Un réseau qui stocke sans stocker, des clients qui consomment une énergie non produite… voyons… où est-ce que je l’ai mis? Ah! Le voilà:

        http://www.1001-jeux.com/images/bouffon-32cm.jpg

      10. Pourquoi faire simple quand on peut faire alambiqué ?
        Vous confondez tout et les sociétés que vous citez expliquent la même chose que moi mais quand on ne veut pas comprendre…

      11. Non, non… D’ailleurs vous n’êtes pas le seul à me sortir cette ineptie de la compensation par du gaz et à chaque fois que je demande un semblant de commencement de source, il n’y a a jamais eu aucune réponse…

        De toute façon le crash test de l’éolien c’est l’Espagne et la situation là bas prouve que vous avez tort même dans les cas les plus extrêmes…

        http://www.carboncommentary.com/2009/11/15/853

      12. Quel est l’intérêt de récolter des vents plus fort ? Les vents forts ça fait beaucoup de puissance mais très peu d’énergie sur la vie de l’éolienne parce qu’ils arrivent rarement… De plus quand il y a une tempête tropicale, on va plutot chercher à arrêter le courant pour éviter les accidents sur les lignes électriques…

      13. Il y a un site en Finlande (je crois) où le vent souffle avec une moyenne à 60m/s. Très très très exceptionnel, mais hors portée pour une éolienne clasique, et trop au Nord pour panneau solaire (qui s’envolerait de toute façon avec un vent pareil); donc il y a une éolienne à axe vertical.
        Le moteur à air comprimé a un rendement plus que médiocre, mais c’est la seule chose qui fonctionne en milieu confiné dangereux (mine à charbon).

  2. oui et non !
    on peut augmenter la productivité des éolienne a axe vertical par un effet venturi ,
    mais difficile de croire a un facteur 100.
    certaines éoliennes traditionnelles ont un rendement de 50%
    avec un minimum de 12 m/s de vent !!!
    en deçà, la chute !
    certaines éoliennes a axe vertical ont de meilleurs rendements par vents faibles.

  3. Malheureusement, il n’y a aucune éolienne à axe verticale sur le marché qui a un rendement supérieur à son équivalent à axe horizontal, et le type qui vous vend une éolienne avec un rendement supérieur à 50% est un menteur.
    Il y a un modèle d’axe vertical qui est déployé dans le grand nord parce qu’il a l’avantage de pouvoir tourner par des vents à 60 m/s (>200 km/h), pas parce qu’il a un bon rendement.
    Il y a des éoliennes qui sont conçus pour certaines plages de vent, et fonctionnent en effet moins bien en dehors de ces plages. Après, il faut savoir raison garder: avec des vents faibles, il n’y a pas d’énergie à récolter, donc on ignore cette partie, et les vents forts sont trop rares pour être intéressants.
    Il ne faut pas confondre réalité et discours marketing. A 3km de chez moi, un pauvre type s’est laissé convaincre. Il a dû investir presque 200 000€ pour 6 (six) éoliennes, dont 3 sur le toit, et 3 autres dans l’ombre de son bâtiment. Pas seulement elles ne fournissent pas d’énergie, elles ne tournent même pas par manque de vent ou manque de conception.

  4. Apparemment certains ne lisent pas. On parle de M2 occupés au sol. Reste à savoir, ce qui est considéré comme « occupé ». ça c’était la bonne question à poser.

  5. La densité d’éoliennes classiques est faible. Donc elles occupent peu de place au sol, mais nécessitent quand même de grandes surfaces.
    Or mettre une armée d’éoliennes à axe vertical sur cette même surface empêchera l’agriculteur d’y faire brouter ses vaches, consommera beaucoup plus de matières premières, coûtera beaucoup plus cher, mais rapportera nettement moins en kWh produits par an.
    Le vent a une très faible densité d’énergie par m². C’est malheureux et dommage, mais c’est ainsi.

    1. Author

      Sur les vaches, je suis d’accord. Mais en revanche, comme le souligne P. Reymond, je parle d’emprise globale au sol. Regardez une ferme éolienne du dessus: emprise énorme, et faible surface balayée par les pales. C’est cela que ces deux chercheurs proposent de tester, sur la base de modèles qui leur font penser qu’on pourrait réduire l’emprise au sol.

      1. Personne n’a d’idée d’aller installer un panneau solaire sous un autre panneau solaire, pourtant, il n’y fait pas noir.
        De même, derrière une éolienne, il y a une « zone d’ombre » où il n’y a plus de vent, du moins pas de vent ‘exploitable’. Monter une forêt d’éoliennes à axe vertical revient alors à empiler des panneaux solaires percés de trous. Cela risque de marcher, mais le rendement de la pile entière n’est pas meilleur qu’un panneau seul, tandis que le coût total est nettement supérieur.

  6. Koen c’est le genre de scientifique qui pense surement qu’un bateau ne peut pas aller plus vite que le vent …

    1. On ne parle pas de vitesse, on parle prélèvement d’énergie. On ne peut pas prélever une énergie qui n’y est pas.
      Et je veux bien que tu m’expliques comment un bateau plus vite que le vent dans le dos.

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