L'ancien leader des Verts australiens, Bob Brown, a fait la une des journaux cette semaine après s'être opposé à un projet de parc éolien sur l'île de Robbins en Tasmanie. Le développement verrait 200 tours construites, chacun se tenant à 270 mètres de la base à la pointe de ses lames.

Laissant de côté la question du développement de Robbins Island, ce seront des tours extraordinairement hautes. Cependant, ils s'inscrivent parfaitement dans la tendance actuelle des éoliennes.

Les éoliennes sont disponibles dans de nombreux modèles, mais le plus courant est le genre dit "à axe horizontal", qui ressemblent à des ventilateurs géants sur des poteaux. Ce type de turbine est très efficace pour transformer l'énergie du vent en énergie électrique.

Les observateurs avertis auront remarqué que ces turbines ont gagné en taille au fil des ans. Dans les années 1990, les éoliennes avaient généralement des hauteurs de moyeu et des diamètres de rotor de l'ordre de 30 m. Aujourd'hui, les hauteurs de moyeu et les diamètres de rotor dépassent largement les 100 m.

Plus c'est gros c'est mieux

En ce qui concerne les éoliennes, plus grand est certainement mieux. Plus le rayon des pales du rotor (ou le diamètre du "disque rotor") est grand, plus les pales peuvent utiliser de vent pour se transformer en couple qui entraîne les générateurs électriques dans le moyeu. Plus de couple signifie plus de puissance. L'augmentation du diamètre signifie que non seulement plus de puissance peut être extraite, mais cela peut être fait de manière plus efficace.

Des aubes de turbine plus grandes et plus longues signifient une plus grande efficacité aérodynamique. Créer plus de puissance dans une turbine signifie que moins d'énergie est perdue lorsqu'elle est déplacée dans le système de transmission, et de là dans le générateur électrique. Les économies d'échelle incitent fortement les entreprises d'énergie éolienne à développer des pales de rotor plus grandes.

Les éoliennes sont également de plus en plus hautes en raison de la façon dont le vent se déplace dans le monde. Parce que l'air est visqueux (comme du miel très fin) et "colle" au sol, la vitesse du vent à des altitudes plus élevées peut être plusieurs fois plus élevée qu'au niveau du sol.

Il est donc avantageux de placer la turbine haut dans le ciel où il y a plus d'énergie à extraire. Un terrain accidenté (comme une crête de montagne) peut également fausser le vent, obligeant les ingénieurs à concevoir les éoliennes pour qu'elles soient encore plus hautes pour capter le vent. Les éoliennes utilisées en mer sont généralement plus grandes et plus hautes en raison des niveaux plus élevés d'énergie éolienne disponible en mer.

Typiquement, les turbines terrestres (les plus courantes en Australie) ont des pales entre 40 m et 90 m de long. La hauteur des tours est généralement de l'ordre de 150 m. Les turbines offshore (celles situées en mer et communes en Europe) sont beaucoup plus grosses.

L'une des plus grandes conceptions d'éoliennes au monde, Le Haliade-X offshore de 12 mégawatts de General Electric, a 107m de pales et une hauteur totale de 260m. A titre de comparaison, La tour Centrepoint de Sydney mesure 309 m de haut.

Si les turbines de Robbins Island sont bel et bien construites à 270m, comme rapporté dans les médias, ils éclipseraient les mastodontes de General Electric. Je ne peux pas parler de la probabilité de cela, mais je suppose que les ingénieurs devront sélectionner la meilleure turbine pour les conditions de vent dominantes et l'infrastructure existante.

Des hauteurs difficiles

La quête de turbines de plus en plus grandes s'accompagne de son lot de défis techniques.

Les lames plus longues sont plus flexibles que les plus courtes, qui peut créer des vibrations. S'il n'est pas contrôlé, cette vibration affecte les performances et réduit la durée de vie des lames et de tout ce à quoi elles sont attachées, comme la boîte de vitesses ou le générateur.

Les matériaux et les techniques de fabrication sont constamment affinés pour créer plus longtemps, et plus durable, des aubes de turbine.

Les turbines plus hautes génèrent plus de puissance, qui sollicite davantage la boîte de vitesses et le système de transmission, obligeant les ingénieurs mécaniciens à développer de nouvelles façons de convertir le couple toujours croissant en énergie électrique. Les éoliennes plus hautes ont également besoin de tours de support et de fondations plus solides. La liste des défis est longue.

Au fur et à mesure que les turbines grandissent, le bruit qu'ils font aussi. La principale source de bruit se produit sur le bord extérieur des pales. Ici, la turbulence causée par la pale elle-même crée un « sifflement » lorsqu'elle passe sur le bord de fuite. Plus de bruit est créé lorsque la pale traverse les turbulences atmosphériques du vent lorsqu'elle souffle dans la tour.

Le bruit n'est pas qu'une question de taille. Si une turbine est placée dans le sillage d'une autre, le bruit de ses pales traversant l'air très turbulent créé par la turbine amont sera très fort.

Maîtriser le bruit nécessite des solutions inventives, comme l'emprunt d'idées à la nature :la chouette volante silencieuse utilise des plumes dentelées pour contrôler le bruit et celles-ci sont maintenant utilisées pour rendre les turbines bruyantes plus silencieuses.

Bien sûr, les défis d'ingénierie ne sont pas les seules considérations pour la création de parcs éoliens. Effets environnementaux, bruit, les impacts visuels et autres préoccupations de la communauté doivent tous être pris en compte, comme pour tout grand projet d'infrastructure. Mais les éoliennes sont l'une des formes d'énergie renouvelable les plus rentables et technologiquement sophistiquées, et à mesure que le monde développé s'attaquera au changement climatique, nous n'en verrons que davantage.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.