Une nouvelle technologie éolienne développée par des startups européennes

Les gens ne font pas seulement voler des cerfs-volants pour le plaisir. Sur un site d’essai près de Munich, des ingénieurs ont récemment lancé un cerf-volant de type boîte générant de l’électricité, équipé de petits rotors aérodynamiques. L’engin, attaché au sol par un câble lourd, a volé à plusieurs reprises dans un chiffre prédéterminé de huit – ses rotors tournant dans le vent.

« La vitesse du vent est deux fois plus élevée que celle qu’une éolienne conventionnelle verrait », explique Maximilian Isensee, directeur général de Kitekraft, expliquant comment le mouvement même du cerf-volant augmente la production d’électricité. « C’est pourquoi nous pouvons nous en sortir avec des rotors beaucoup plus petits. »

Le chiffre huit signifie que le cerf-volant change de direction lorsqu’il vole, de sorte que l’attache ne se torde pas, ce qui serait le cas si le cerf-volant volait simplement en cercle.

L’énergie éolienne ne cesse de se développer, avec 17 % des besoins en électricité de l’Europe couverts par l’éolien en 2022. L’Agence internationale de l’énergie affirme que l’approvisionnement en énergie renouvelable doit continuer à augmenter, de 13 % par an au totald’ici 2030 afin que le monde atteigne les objectifs net zéro.

Voler haut

De nouvelles technologies qui pourraient rendre l’énergie éolienne plus accessible, ou permettre la construction d’énormes turbines à trois pales, émergent d’un radeau de nouvelles startups européennes. Leurs innovations laissent présager un avenir où la production d’électricité à partir du vent est beaucoup plus éclectique qu’elle ne l’a été jusqu’à présent.

Kitekraft, pour sa part, a levé 2,5 millions d’euros de financement à ce jour, dont 25 % sous forme de subventions. L’entreprise compte huit employés. Leur prototype est une version à l’échelle 1/4 du premier produit commercial qu’Isensee et ses collègues espèrent lancer – un cerf-volant d’une capacité de 100 kilowatts. Cela nécessiterait une longue attache, s’étendant jusqu’à 150 m.

Mais Kitekraft veut aller encore plus loin et construire d’énormes cerfs-volants dans la gamme des mégawatts – avec des attaches de plus de 300 m. De telles machines pourraient voler à des altitudes comparables à la hauteur de l’Empire State Building à New York.

Isensee indique que les cerfs-volants auront une fenêtre de fonctionnement comparable aux turbines traditionnelles et pourraient voler dans des vitesses de vent extérieures comprises entre environ 5 m/s et 25 m/s. Des capteurs embarqués détectent les vents excessifs et peuvent déclencher l’enroulement automatique de l’aile, pour qu’elle revienne au sol. L’équipe teste des caméras et des capteurs qui pourraient détecter les oiseaux et éviter les impacts potentiels d’oiseaux, ajoute Isensee.

Utiliser un cerf-volant pour attraper le vent est une idée intéressante, explique Richard Cochrane de l’Université d’Exeter, qui consulte parfois pour l’industrie de l’énergie éolienne. « Cela pourrait permettre le déploiement d’éoliennes [energy technology] peut-être sur une île sur laquelle vous ne pourriez pas installer une éolienne normale », ajoute-t-il. Isensee confirme que le système utilise environ 90 % moins de matériaux que les éoliennes conventionnelles et qu’il serait donc en principe beaucoup plus facile d’expédier les cerfs-volants vers des endroits difficiles d’accès ou éloignés.

Cette année, Kitekraft vise à poursuivre ses vols d’essai et vise ses premières installations commerciales vers 2028.

Pas besoin de diesel

Par ailleurs, une entreprise basée en Islande a mis au point une petite éolienne à axe vertical qui pourrait alimenter des tours de télécommunications et d’autres infrastructures relativement éloignées. L’appareil d’Icewind est une sorte de cylindre ouvert et incurvé tournant dans un cadre métallique. « C’est à peu près la taille d’un réfrigérateur », explique Stephen Drake, directeur général.

L’entreprise, qui compte trois employés à temps plein et a levé 4 millions de dollars à ce jour, a utilisé des générateurs à couple élevé dans ces turbines, ce qui signifie qu’elles tournent assez lentement. Un appareil peut produire environ 600 watts dans des vents de 10 mètres par seconde, ce qui n’est pas une énorme quantité d’énergie, mais plusieurs situés et enchaînés pourraient alimenter un mât téléphonique, explique Drake.

Près d’un million de tours télécoms dans le monde sont situés dans des zones où les connexions au réseau électrique sont médiocres ou inexistantes. Ainsi, ils dépendent actuellement de générateurs diesel pour l’alimentation. Aujourd’hui, l’industrie des télécommunications est à la recherche d’alternatives plus propres qui pourraient inclure des turbines telles que celle d’Icewind. « Nous savions que c’était un ajustement instantané », explique Drake. Chaque turbine coûte actuellement environ 8 000 dollars et la société prévoit de livrer ses premiers appareils commerciaux aux clients cette année.

Retour aux sources

Les nouvelles technologies pourraient même changer la façon dont les éoliennes conventionnelles à trois pales surdimensionnées sont construites. Ces engins, notamment ceux positionnés au large, atteignent des proportions gargantuesques, le plus haut culminant à près de 300 m au niveau de la nacelle, point de rencontre des trois pales. La hauteur impressionnante est avantageuse étant donné que les vents ont tendance à être plus forts à des altitudes plus élevées, ce qui augmente la production d’électricité.

Les proportions de ces mastodontes posent cependant problème, car les tours de turbines sont de plus en plus difficiles à construire et à transporter. Ils sont également très lourds. Les matériaux traditionnels des tours nécessitent un renforcement spécial pour les plus grandes turbines.

« Le poids de la structure elle-même devient un problème », déclare Otto Lundman, co-fondateur et directeur général de Modvion. Son entreprise a mis au point un moyen de fabriquer des tours de turbine à partir d’un matériau complètement différent : le bois. Plus précisément, le bois de placage stratifié.

« C’est un peu comme du contreplaqué à grande échelle », dit Lundman. Ces couches de bois collées ensemble sont robustes tout en étant relativement légères, permettant la construction de tours environ 30 % plus légères que les versions traditionnelles. L’approche de Modvion consiste à construire des tours modulaires sous forme de sections circulaires, qui peuvent être expédiées facilement puis empilées les unes sur les autres sur site.

L’entreprise compte 34 employés et a obtenu un financement net de 210 millions de SEK (18,8 millions d’euros) à ce jour.

Il y a une énorme demande sur le marché de l’énergie éolienne pour des matériaux qui pourraient permettre la construction d’éoliennes encore plus grandes, note Cochrane : « Généralement, c’est ainsi que l’industrie a évolué. » Les approches modulaires à base de bois sont prêtes à poursuivre les ambitions de l’industrie, suggère-t-il.

Alors que le bois est en principe un puits de carbone, la durabilité de cet ancien matériau de construction et la biodiversité des zones forestières reposent sur des pratiques forestières responsables, auxquelles Lundman dit que Modvion s’est engagé. Les principaux fournisseurs de l’entreprise sont basés en Finlande, mais sa base de fabrication se trouve dans la Suède natale de Modvion.

Cette année, l’entreprise vise à ériger une turbine de deux mégawatts, haute de 105 mètres à la nacelle. La production de turbines plus grandes avec des tours en bois devrait commencer à la fin de l’année prochaine ou au début de 2025.