Un système à pendule permet d'extraire de l'énergie des courants océaniques.
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Convertir les vibrations générées par les courants d'eau au contact d'un objet en énergie : tel est le principe du nouveau système conçu par Francisco Huera, chercheur au département de génie mécanique de l'Université Rovira i Virgili (URV) en Espagne. Ce dispositif exploite l'énergie des courants d'eau grâce aux vibrations qui se produisent lorsque l'eau contourne un cylindre et crée des tourbillons à son extrémité. La méthode repose sur une structure très simple : un tube cylindrique immergé, suspendu à un axe, oscille comme un pendule sous l'effet du courant. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans le Journal of Fluids and Structures.
« L’avantage de ce système est que seul le cylindre est dans l’eau ; tout le reste — l’arbre, les transmissions et éventuellement le générateur — peut être à l’extérieur », explique le chercheur, qui a conçu et testé le système dans un canal d’eau au Laboratoire d’interaction fluide-structure de l’URV.
Actuellement, la méthode la plus efficace pour exploiter l'énergie des courants océaniques repose sur les hydroliennes axiales ou transversales, équivalentes sous-marines des éoliennes. Ces systèmes peuvent théoriquement atteindre un rendement supérieur à 50 %, mais en pratique, ils ne captent que 25 à 35 % de l'énergie transportée par le fluide dans la zone occupée par l'hydrolienne.
Cependant, ces hydroliennes sont des structures complexes, comportant de nombreux composants mobiles sous-marins exposés à la corrosion et à la prolifération d'organismes marins, et dont la maintenance est coûteuse. De plus, il n'existe toujours pas de parcs hydroliens sous-marins commercialisés, leur développement restant au stade de prototypes et d'essais pilotes.
Le système analysé dans cette étude adopte une approche radicalement différente : au lieu d’un rotor à pales, il est constitué d’un cylindre vibrant. Les essais ont été réalisés dans un canal hydrodynamique, à l’aide d’un cylindre à échelle réduite, immergé dans le courant et relié à un arbre tournant sur des coussins à air. Un capteur mesure l’angle d’oscillation et un frein électromagnétique appliqué à l’arbre permet d’étudier la puissance mécanique disponible lors des vibrations du système.
Les résultats des différents tests ont donné des coefficients de puissance d'environ 15 %, des valeurs similaires à celles d'autres systèmes de récupération d'énergie basés sur les vibrations de cylindres étudiés dans des recherches antérieures.
« Ce type de dispositif atteint généralement un rendement d'environ 15 à 17 %, soit environ la moitié de celui d'une turbine bien conçue. Cependant, il convient de noter qu'il est moins encombrant et beaucoup plus simple : en fin de compte, il ne s'agit que d'un tube suspendu à un axe », a résumé Huera. Il a ensuite expliqué que toute la mécanique complexe — générateurs, transmissions, systèmes de contrôle — pourrait être installée sur une plateforme flottante en surface, seul un cylindre structurel étant nécessaire sous l'eau.
Cette simplicité ouvre la voie à l'utilisation du système dans des environnements où les turbines conventionnelles sont difficiles à installer ou à entretenir. Le système est principalement conçu pour les courants de marée où l'eau est en mouvement continu, mais le principe pourrait également s'appliquer aux rivières présentant un débit suffisant et une section transversale adaptée, sans qu'il soit nécessaire de construire des barrages ou des canaux de dérivation ; il pourrait même servir à exploiter l'énergie éolienne.
Ces recherches théoriques s'inscrivent dans un cadre plus large d'études sur les vibrations induites par l'écoulement. Traditionnellement, ces vibrations sont considérées comme problématiques pour les grandes structures océaniques, telles que les pipelines reliant les plateformes pétrolières au fond marin, car elles provoquent de la fatigue et peuvent compromettre l'intégrité des installations. Francisco Huera avait d'ailleurs déjà travaillé sur des systèmes de prévention de ces vibrations et détient même un brevet européen visant à réduire ce risque. Aujourd'hui, ce même phénomène est exploité comme source d'énergie.
L'étude publiée décrit en détail le comportement du pendule dans le canal et quantifie la puissance mécanique disponible sur l'arbre, mais n'aborde pas la conception d'un générateur complet ni l'analyse économique. « Nous avons décrit le système théoriquement et mené des essais en laboratoire pour démontrer son fonctionnement, mais nous n'avons pas réalisé de prototypes à grande échelle ni d'études de coûts », précise l'auteur.
Selon lui, la prochaine étape consistera à optimiser l'extraction de puissance du système – par exemple, en ajustant le couple de freinage en fonction de la position ou de la charge hydrodynamique – et à étudier comment étendre la plage de vitesses utiles et comment faire interagir plusieurs dispositifs pour accroître l'énergie obtenue par unité de surface.
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le Journal of Fluids and Structures.