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Éoliennes et biomimétisme : la nature inspire la technique

Mal­gré leur taille, leur diamètre et leur puis­sance qui ne cessent d’augmenter, les éoli­ennes sont de plus en plus silen­cieuses. Pourquoi ? Grâce à des tech­niques inspirées de la nature de plus en plus innovantes.

Une part impor­tante des dif­férents élé­ments qui com­posent ces super­struc­tures haut per­chées a con­nu de pro­fonds change­ments au cours des dernières années, que ce soit la nacelle, les pales ou les mâts, per­me­t­tant de dimin­uer les nui­sances sonores. Mais c’est dans la nature, source inépuis­able d’inspiration, que les chercheurs et les ingénieurs ont trou­vé des idées révolutionnaires.
Le hibou, roi de la furtivité

Aujourd’hui, un grand nom­bre d’éoliennes sont équipées de « peignes » ou de « ser­ra­tions », terme dérivé de l’anglais qui sig­ni­fie « den­telé ». Ces pièces allongées ont la forme de dents de scie et sont instal­lées au bord des pales. Elles per­me­t­tent de réduire le bruit dit aéro­dy­namique de 2 à 3 déci­bels en dimin­u­ant les tur­bu­lences créées par le frot­te­ment de l’air à l’extrémité des pales qui, à 70 mètres de hau­teur, peu­vent attein­dre la vitesse folle de 400 kilo­mètres par heure ! Au départ, ces pièces spé­ciales en forme de « peignes » ont été inven­tées par le turbinier alle­mand Ener­con, mais aujourd’hui, tous les con­struc­teurs pro­posent de fix­er ces « ser­ra­tions » si le client le souhaite.

Pour imag­in­er ce con­cept de dents de scie, les ingénieurs se sont inspirés de la nature, et notam­ment des rapaces noc­turnes. C’est le bio­mimétisme, soit l’imitation tech­nique des proces­sus mis en œuvre par la nature.

Des chercheurs de l’université tech­nologique de Dalian, en Chine, et de l’université de Cam­bridge, au Roy­aume-Uni, ont étudié les plumes des hiboux afin d’analyser et de com­pren­dre leur rôle dans la furtiv­ité des rapaces. Les plumes sont en effet capa­bles d’absorber le son et d’atténuer les vibra­tions. L’animal peut ain­si se déplac­er silen­cieuse­ment, sans bruit aéro­dy­namique en vol plané ni bruit causé par la vibra­tion mécanique pen­dant le vol. Le pro­fesseur Chu Jinkui, de l’université de Dalian, a indiqué que ce com­porte­ment intéres­sait les ingénieurs depuis longtemps, car ils cherchent « à appli­quer les mécan­ismes de réduc­tion du bruit à d’autres fins et sit­u­a­tions qui prof­i­tent à la société ».

Les résul­tats de ces recherch­es ont tout de suite intéressé les ingénieurs tra­vail­lant dans le domaine éolien. Leurs ailes per­me­t­tent aux rapaces de vol­er et de fon­dre sur leurs proies sans émet­tre de bruit qui trahi­rait leur présence. Les vols de nuit se font ain­si en silence grâce à l’écartement des plumes situées en bout d’ailes, qui lisse le pas­sage de l’air.

Appliquée aux pales des éoli­ennes, cette car­ac­téris­tique ani­male per­met aus­si de mod­i­fi­er le spec­tre acous­tique en dimin­u­ant les bass­es, ce qui veut dire que le bruit se propage moins loin.

Par­al­lèle­ment, l’ensemble de l’éolienne a con­nu une évo­lu­tion très rapi­de au cours des dernières années. Le design des rotors, par exem­ple, per­met aujourd’hui un écoule­ment beau­coup plus flu­ide de l’air sur les pales, elles-mêmes plus sou­ples et aéro­dy­namiques. La résis­tance à l’air étant réduite, il y a moins de tur­bu­lences et donc moins de bruit émis. Au sein même de la nacelle, les com­posants sus­cep­ti­bles d’émettre le plus de bruit ont été rem­placés par des matéri­aux silen­cieux et les parois, comme pour les sous-marins, sont main­tenant équipées d’un isolant acous­tique plus efficace.

Repro­duire le mou­ve­ment du pois­son ou du colibri

Récem­ment, en France, une start-up bor­de­laise s’est elle aus­si inspirée de la nature pour imag­in­er une éoli­enne urbaine révo­lu­tion­naire qui per­met un très haut ren­de­ment sans que les pales ne fassent de bruit.

ADV-Tech vient de sign­er un parte­nar­i­at avec Bor­deaux Métro­pole Éner­gies et la ville de Bor­deaux pour le développe­ment d’une éoli­enne urbaine. La start-up s’est appuyée sur une nou­velle tech­nolo­gie de rotor, qui avait certes été conçue mais jamais appliquée, pour fab­ri­quer un pro­to­type, bap­tisé City Wind, dont la par­tic­u­lar­ité réside dans le mou­ve­ment des pales. Celui-ci est ondu­la­toire et ressem­ble à ceux du pois­son lorsqu’il nage. Aucune autre éoli­enne ne fonc­tionne avec cette tech­nolo­gie qui per­met un haut ren­de­ment et n’émet aucun bruit. Le pro­to­type mesure un mètre de diamètre et est équipé de pales de deux mètres. Pour dimin­uer le bruit, les ingénieurs ont imag­iné une éoli­enne tour­nant lente­ment, moins vite que le vent. À vitesse de vent équiv­a­lente, la City Wind tourn­era entre deux et dix fois plus lente­ment qu’une éoli­enne clas­sique. Elle ne sera jamais en survitesse et n’oscillera donc pas, ni ne vibr­era. En con­séquence, cette éoli­enne, dont les pales ne dépasseront pas les 70 km/h, ne créera pas de bruit aéro­dy­namique. L’objectif est de les installer sur les toits d’immeubles, des bâti­ments publics ou dans des parcs d’éoliennes créés à cet effet.

En Tunisie, c’est le col­ib­ri qui a inspiré une société pour éla­bor­er son éoli­enne Tyer Wind. Cette éoli­enne est com­posée de deux ailes de 160 cen­timètres de long qui bat­tent comme celles de l’oiseau, dans un mou­ve­ment qui des­sine le chiffre huit. Conçues en fibre de car­bone, elles bal­aient une super­fi­cie de près de deux mètres car­rés. Tyer Wind espère pou­voir faire installer ses éoli­ennes chez les par­ti­c­uliers, mais aus­si dans de grands champs et même off­shore.

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