Il n'est pas rare de voir des panneaux solaires installés sur des maisons. Pourquoi pas des éoliennes ?
L'inventeur Helmuth Geiser, de Fort Myers, en Floride, a jugé cette question intéressante et, grâce à la modélisation paramétrique effectuée à l'aide du site Alibre Design, son entreprise propose désormais une gamme de petites éoliennes qui n'ont rien à envier à la technologie solaire.
"J'ai commencé à faire des recherches sur l'efficacité et le prix des systèmes solaires et éoliens, et j'ai rapidement constaté que les systèmes photovoltaïques étaient très chers par rapport à l'éolien. Le coût d'installation par kilowatt pour les systèmes solaires est environ 3 à 4 fois plus élevé".
Les turbines que nous voyons dans les parcs éoliens le long des autoroutes peuvent produire de un à sept mégawatts. Financées et détenues par les compagnies d'électricité, ces turbines "mégawatts" peuvent être aussi grandes - et coûteuses - que des moteurs à réaction. Les turbines plus petites, qui produisent de 1 à 100 kilowatts, ont semblé à M. Geiser un moyen de rendre l'énergie renouvelable plus accessible aux particuliers.
Selon M. Geiser, l'Europe utilise de plus en plus de générateurs de cette catégorie "petit éolien". Aux États-Unis aussi, les petites turbines ont une longue histoire, bien qu'elles aient été principalement limitées aux champs agricoles ou à d'autres zones éloignées difficilement reliées au réseau électrique. Traditionnellement, les turbines servaient à pomper l'eau pour l'irrigation ou le bétail, ou à alimenter les tours de communication situées à l'écart.
"Lorsque j'ai commencé mes recherches, j'ai constaté que les produits éoliens de petite taille existants reposaient sur des technologies obsolètes, dont certaines remontaient aux années 1930. Ils n'avaient ni l'efficacité ni la fiabilité qui en feraient des solutions pratiques pour l'alimentation des ménages".
Geiser a entrepris d'améliorer la conception traditionnelle, en apportant trois innovations mécaniques majeures. Aujourd'hui, Scaled Energy - une SARL fondée par Geiser et Syd Wells, ingénieur électricien - est en production avec une nouvelle gamme de produits qui permettent aux particuliers de produire gratuitement de l'électricité à partir de l'air libre.
"Les produits de Scaled Energy augmentent l'efficacité de plus de 75 % à un coût comparable à celui des petites turbines existantes", explique M. Geiser.
L'efficacité accrue signifie également que le produit est utilisable dans beaucoup plus de localités, même celles qui ne seraient pas considérées comme venteuses. "D'autres petites turbines, par exemple, ne peuvent pas être utilisées dans les régions désignées comme zone de vent 2 parce qu'elles ne produiraient pas suffisamment d'énergie, mais avec le produit de Scaled Energy, c'est possible.
M. Geiser a effectué tous ses "bricolages" ainsi que l'ébauche des assemblages de fabrication finaux sur l'application de modélisation paramétrique de Alibre Design. Selon M. Geiser, le logiciel a permis de transformer une question intéressante en une véritable entreprise de fabrication.
Au-delà de la création d'assemblages virtuels, d'autres modules, comme Alibre Motion, ont permis à Geiser de tester les pièces mobiles à l'aide d'animations. De même, Alibre CAM a été utilisé pour convertir ses dessins en trajectoires de coupe de machines de précision.
"Alibre Design offre une bonne combinaison de capacités logicielles, de facilité d'utilisation et, enfin et surtout, de prix. J'ai déjà recommandé Alibre à de nombreux amis inventeurs de l'Edison Inventors Association (EIA) et je continuerai à le faire", déclare M. Geiser. "Avec le recul, je ne pense pas que j'aurais pu réaliser ce projet en si peu de temps sans Alibre Design, et avec une telle précision. Alibre Design fait plus pour moins - à la fois en termes de temps et d'argent.
Comment les trois améliorations majeures apportées par Geiser à la conception des petites éoliennes les rendent-elles utilisables dans les habitations ?
Tout d'abord, Geiser a redessiné le moyeu régulateur de pas, le dispositif qui modifie l'angle d'attaque des pales afin d'extraire le maximum d'énergie de la vitesse variable des mouvements d'air. Les anciennes méthodes reposent sur l'enroulement et le freinage pour éviter la désintégration de l'éolienne lorsque le vent souffle trop fort.
"Comme les pales de ces anciens types d'éoliennes ont un pas fixe, elles ne fonctionnent qu'à l'intérieur d'une très petite enveloppe de vitesse du vent", explique-t-il. Au lieu de cela, M. Geiser a mis au point un mécanisme plus sophistiqué, mais encore peu coûteux, qui régit le moyeu uniquement en fonction de la pression de l'air sur les pales, ce qui permet d'élargir l'enveloppe.
Deuxièmement, le régulateur de vitesse est également révisé. Ce mécanisme rend l'apport de mouvement au générateur plus cohérent. Selon M. Geiser, l'apport "direct" était le principal frein à l'efficacité des turbines installées dans les fermes. Si l'on ajoute des pales à haut rendement, la turbine de Scaled Energy produit beaucoup plus d'électricité pour la même quantité de vent.
M. Geiser a également pris en compte les coûts d'installation et d'entretien. Dans une ferme, il est possible d'ériger un grand mât encombrant à l'aide de machines lourdes. Les sites plus urbains n'auraient pas le luxe de disposer d'un espace ouvert. "C'est ainsi qu'est née l'idée d'un mât pliable", explique M. Geiser. "Les propriétaires peuvent élever et abaisser l'éolienne grâce au mât extensible à commande hydraulique. L'entretien de l'appareil demande moins de travail et est moins dangereux que les mâts de soutien traditionnels.
La gamme de produits la plus avancée de Scaled Energy sera bientôt commercialisée. Quels sont les résultats économiques de la dernière version ?
M. Geiser estime qu'une turbine de 10 kilowatts peut produire environ 500 dollars d'électricité par mois, sur la base des prix pratiqués en Floride. La plupart des acheteurs peuvent donc voir le retour sur investissement (ROI) d'un système de 45 000 dollars en moins de 7 ans et demi, sans compter les éventuelles réductions d'impôts.
"Grâce aux améliorations apportées en termes d'efficacité, de durabilité et de facilité d'installation, ces turbines font du vent une source viable d'énergie alternative.
