Les cerfs-volants de haut vol pourraient-ils alimenter votre maison ?

Tout enfant qui a déjà piloté un cerf-volant a appris la leçon : une fois que vous pouvez faire décoller le cerf-volant et le faire voler dans les airs, vous avez plus de chances de trouver une brise régulière pour le maintenir en l’air.

Une industrie éolienne naissante prend cette leçon à cœur. Volant des cerfs-volants massifs à 200 mètres ou plus au-dessus du sol, les entreprises utilisent le vent qu’elles y trouvent pour produire de l’électricité.

Au moins 10 entreprises en Europe et aux États-Unis développent des variantes de ce type de puissance de cerf-volant. S’ils réussissent, les cerfs-volants pourraient permettre de construire des parcs éoliens sur des terres qui ne sont pas assez venteuses pour les tours d’éoliennes conventionnelles. Les cerfs-volants pourraient également être un meilleur choix pour l’énergie éolienne offshore, et pourraient même un jour remplacer au moins certaines tours ancrées actuellement utilisées.

« C’est moins cher à fabriquer, moins cher à transporter et aussi plus efficace », déclare Florian Bauer, co-PDG et directeur technique de Kitekraft, une société basée à Munich qui développe un système d’alimentation pour cerf-volant. L’empreinte carbone est également beaucoup plus faible, dit-il. « Si vous avez tous ces avantages, pourquoi construirait-on une éolienne conventionnelle ? »

Mais pour devenir une source d’électricité répandue, l’énergie éolienne aéroportée, comme on l’appelle aussi, doit surmonter un certain nombre d’obstacles technologiques et commerciaux, comme Bauer et ses collègues le décrivent dans un article à paraître en 2022. Bilan annuel de la commande, de la robotique et des systèmes autonomes. Et il devra démontrer qu’il est sûr, ne nuira pas à la faune et ne créera pas de nuisances sonores et visuelles intolérables pour les voisins.

À l’heure actuelle, la puissance du cerf-volant en est à ses balbutiements. La plupart des entreprises travaillent sur des projets pilotes relativement petits, et aucune n’a étendu sa technologie à la gamme des mégawatts qui les rendrait comparables aux éoliennes conventionnelles. Mais de petites versions sont déjà sur le marché.

En 2021, SkySails Power, basée à Hambourg, est devenue la première entreprise à proposer un produit commercial. Son modèle de production consiste en un cerf-volant souple et orientable d’une superficie allant jusqu’à 180 mètres carrés. Le cerf-volant est attaché par une longe de 800 mètres à une station au sol contenue dans un conteneur d’expédition.

En fonctionnement, le cerf-volant fait de grands huit gracieux dans le ciel et alimente un générateur au sol capable d’une puissance moyenne de 80 kilowatts – assez pour fournir de l’électricité à environ 60 ménages américains moyens. C’est petit par rapport à une éolienne typique de 2,75 mégawatts, mais sa taille est similaire à celle de nombreux générateurs diesel industriels portables. L’unité est conçue pour être utilisée dans des endroits éloignés du réseau électrique.

Finalement, les entreprises veulent construire des cerfs-volants plus grands capables de générer des mégawatts de puissance. Ils imaginent des centaines de cerfs-volants regroupés dans des parcs éoliens, fournissant de l’électricité au réseau.

Exploiter les vents rapides

Le vent près du sol a tendance à être ralenti par le frottement avec les arbres, les bâtiments et les collines, et le sol lui-même. Ainsi, plus vous montez, plus le vent peut voyager vite – à 500 mètres, la brise se déplace de 3 à 7 kilomètres par heure plus vite, en moyenne, qu’à 100 mètres. Au cours des dernières décennies, il y a eu un certain nombre de propositions pour tirer parti de ces vents plus rapides et plus élevés, notamment en envoyant des turbines sur des engins plus légers que l’air ou en les suspendant à des cerfs-volants stationnaires. Mais la plupart des entreprises, comme SkySails, poursuivent une approche qui utilise des cerfs-volants orientables et contrôlés par ordinateur qui volent dans les airs pour récolter plus d’énergie.

Les systèmes éoliens aéroportés utilisent deux méthodes de base pour produire de l’électricité. Les approches au sol, comme SkySails, utilisent la « puissance de pompage » pour faire fonctionner un générateur au sol. L’extrémité au sol de l’attache est enroulée autour d’un treuil, et lorsque le cerf-volant vole dans le vent, il tire contre l’attache et déroule le treuil, entraînant un générateur qui produit de l’électricité. Ensuite, le cerf-volant est autorisé à flotter pendant qu’il est remonté, et le cycle recommence.

L’autre approche consiste à générer de l’électricité à bord du cerf-volant. La génération embarquée utilise un cerf-volant rigide, semblable à une aile d’avion, qui supporte de petites éoliennes. Lorsque le cerf-volant vole, le vent fait tourner les éoliennes et l’électricité générée par l’engin est transmise à la station au sol.

Kitekraft, la société de Bauer, utilise la méthode embarquée, qui lui permet de faire un double usage des aubes de turbine. Lors du lancement et de l’atterrissage, les pales sont alimentées par un moteur et deviennent des hélices qui permettent au cerf-volant de voler et de planer comme un drone aéroporté. Une fois que le cerf-volant est à la bonne hauteur, les turbines passent à la production d’énergie à partir du vent.

Les cerfs-volants éoliens aéroportés génèrent de l’électricité de deux manières fondamentales. La « puissance de pompage » utilise le mouvement de traction du cerf-volant pour faire tourner un tambour rotatif au sol, qui alimente un générateur (produisant de l’électricité, jaune) ; lorsqu’il atteint le bout de la longe, le cerf-volant se rétracte et repart (consommant une petite quantité d’électricité, rouge). La « puissance embarquée » est générée par des turbines montées sur le cerf-volant lui-même. La génération embarquée nécessite une conception de cerf-volant rigide.