News environnement : décembre 2013

Comment limiter les vibrations des éoliennes

Les vibrations malmènent particulièrement les installations éoliennes, ce qui peut poser des problèmes de sécurité. A l’aide d’expériences sur une éolienne de taille réduite, l’Institut Fraunhofer de durabilité des structures et de fiabilité des systèmes (LBF) de Darmstadt (Hesse) a lancé un nouveau projet. Celui-ci vise à rendre la fabrication des éoliennes plus sûre. Pour cela, les vibrations d’une installation vont être analysées pour déterminer les solutions pouvant les réduire de la façon la plus efficace possible. Une des mesures étudiées introduira, à l’aide d’un actionneur, des forces supplémentaires pour compenser la présence des vibrations dans une structure. Ces mesures pourraient prolonger la durée de vie des éoliennes. Un objectif déclaré supplémentaire est l’augmentation des intervalles d’inspection et d’entretien, ce qui pourrait conduire en particulier pour les parcs éoliens offshore à d’importantes économies de coûts.

Afin de continuer à développer les technologies de minimisation active et passive des vibrations déjà mises en oeuvre dans ce nouveau domaine de l’éolien, l’Institut Fraunhofer LBF a installé une petite éolienne sur l’un de ses bâtiments. Dans une première étape du projet, les scientifiques vont mener une analyse modale expérimentale (EMA) sur l’éolienne. Celle-ci sera munie de 20 capteurs tridimensionnels et sera mise en vibration par une force déterminée dans diverses positions. L’interprétation des résultats à l’aide d’un modèle numérique permettra de connaître le comportement dynamique de l’éolienne soumise à une charge prédéterminée.

Dans un deuxième temps, un capteur d’accélération va être placé au sommet du mât afin de mesurer l’amplitude des vibrations du mât sur une longue durée pendant le fonctionnement. De là, l’excitation due au vent sera déterminée à différentes vitesses de vent et de rotor. A partir de ces résultats, les chercheurs pourront tirer des conclusions sur la façon dont un actionneur doit être dimensionné afin d’introduire suffisamment de force corrective pour réduire les vibrations dans la structure. L’objectif est de construire et tester un tel actionneur.

Les vibrations ayant lieu dans les éoliennes agissent également sur l’environnement sous forme acoustique. Avec l’aide d’un système auxiliaire, on pourrait réduire considérablement ces vibrations indésirables, espèrent les chercheurs. A long terme, les connaissances acquises grâce à cette petite éolienne pourraient ainsi fournir des informations utiles pour l’utilisation de ces systèmes dans les grandes éoliennes.

Source : bulletins-electroniques

Ecouter les icebergs pour suivre leur dérive

Ecouter les sons émis par des icebergs pour suivre leur déplacement, c’est l’idée originale développée par des chercheurs de l’université de Delft et publiée dans la revue scientifique Geophysical Research Letters

Avec les séismes, les volcans sous-marins et les chants de baleines, les océans sont loin d’être des espaces silencieux. Le travail du Dr. Laslo Evers de l’université technologique de Delft (faculté d’ingénierie civile et de géosciences) et de l’institut royal néerlandais de météorologie (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut, KNMI) [3], consiste à déterminer d’où proviennent ces sons sous-marins et notamment l’application du Traité d’Interdiction Complète des Essais Nucléaires (TICEN ou CTBT en anglais, Comprehensive Test Ban Treaty). C’est en écoutant les sons enregistrés par un vaste réseau de stations hydroacoustiques disséminées dans l’océan Indien pendant les douze dernières années, Laslo Evers et sa collègue Mirjam Snellen de l’université de Delft, ainsi que deux autres scientifiques anglais et australien ont découvert des sons émis par des objets mobiles de grande taille. En croisant ces données avec des images satellites, ils se sont rendus compte qu’ils écoutaient en fait le bruit d’icebergs craquer et se désintégrer au fur et à mesure de leur migration dans les eaux plus chaudes du nord-est de l’océan Indien.

C’est lorsque l’équipe de chercheurs a décidé de suivre deux de ces icebergs (surnommés C20 et B17B) qu’ils se sont aperçus qu’en les « écoutant », ils étaient capables de suivre leurs trajectoires de façon plus précise que ne le peuvent les satellites. D’autre part, ils ont également pu identifier et suivre la piste des morceaux d’icebergs qui s’étaient détachés ; ces derniers étant trop petits pour pouvoir être suivis par satellite mais encore assez gros pour être une menace pour les bateaux.

Suite à la publication des ses travaux, le Dr. Evers souhaite désormais développer et améliorer cette nouvelle méthode. « Avec l’hydroacoustique, nous ne sommes jamais gênés par les nuages ou les tempêtes contrairement à l’imagerie satellite », déclare-t-il. « Désormais, nous voulons savoir s’il est possible de déterminer précisément la taille des icebergs en fonction des sons qu’ils émettent. Il serait aussi intéressant d’enregistrer les sons produit par les nappes de glace qui entourent l’Antarctique pour déterminer si elles fondent d’années en années. Evidemment, ces phénomènes sont déjà suivis par satellite, mais il serait bon d’effectuer une évaluation indépendante. »

Source : bulletins-electroniques

Efficacité des cellules photovoltaïques en pérovskite, un comportement enfin disséqué et expliqué

L’énergie photovoltaïque est une des énergies renouvelables d’avenir dont l’utilisation grand public est déjà effective, mais dont la rentabilité reste toujours un frein au développement. Parmi les axes d’évolution pour remédier à ce problème, on peut augmenter le rendement énergétique ou utiliser des matériaux ou procédés de fabrication moins coûteux. Une alternative, au silicium notamment, est d’utiliser du pérovskite qui est reconnu comme un matériau remarquable pour son rendement lors de la conversion photovoltaïque. Mais jusqu’à maintenant, les raisons de son efficacité restaient inconnues : ce n’est plus le cas grâce aux recherches menées à NTU, notamment grâce au Dr. Nripan Mathews, supporté dès 2006 par le programme « PHC Merlion PhD » du service de coopération scientifique de l’Ambassade de France.

Un haut rendement expliqué

Suite à la découverte de ce haut rendement du pérovskite, une course s’est engagée entre plusieurs unités de recherche afin de découvrir le mécanisme derrière ce phénomène. Une équipe de huit chercheurs menée par Sum Tze Chien et Nripan Mathews de la NTU – School of Physical and Mathematical Sciences a travaillé durant six mois pour mettre à jour le phénomène physique derrière le rendement du pérovskite, et le publier le 18 octobre 2013 dans Science. Ce travail a été effectué en collaboration étroite avec Michael Gratzel, co-auteur, visiting professor à NTU et basé à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Ce dernier détient le record du plus haut rendement de cellules photovoltaïques composées de pérovskite : 15%, à comparer avec un rendement autour de 20% sur le marché public actuel.

Selon Sum Tze Chien, cette découverte n’a été possible que grâce aux équipements de pointe dont dispose NTU : « Lors de nos recherches, nous avons utilisé des lasers ultrarapides pour étudier les matériaux pérovskites. Nous avons pu suivre la vitesse à laquelle ces matériaux réagissent à la lumière sur un quadrillion de seconde (environ 100 milliards de fois plus vite qu’un flash de l’appareil) ». « Nous avons découvert que dans ces matériaux pérovskites, les électrons générés dans la matière par la lumière du soleil peuvent se déplacer assez loin. Cela va nous permettre de faire des cellules photovoltaïques plus épaisses qui absorbent plus de lumière et donc qui produisent plus d’électricité. « 

Un coût divisé par cinq à exploiter

L’objectif est désormais d’utiliser ces nouvelles connaissances pour améliorer le rendement et ainsi d’atteindre le même que celui des cellules sur le marché, voire de le dépasser. Les chercheurs travaillent désormais avec les scientifiques de ERI@N, en collaboration avec l’entreprise australienne Dyesol [5], afin de fabriquer des prototypes de cellules à base de pérovskite.

En effet, le grand intérêt pour l’industrie est la prédisposition du pérovskite à se cristaller, ce qui permet l’utilisation de procédés de fabrication simples et donc une estimation du coût de fabrication divisé par cinq de ce type de cellules ! De plus, son intégration dans l’urbanisme moderne est très prometteuse comme l’explique le Dr Subodh Mhaisalkar, Directeur exécutif de ERI@N : « Les cellules photovoltaïques à base de pérovskite ont le potentiel d’atteindre l’efficacité des cellules solaires de 20%, et un autre grand avantage de ces matériaux est la capacité à obtenir différentes couleurs translucides, comme le rouge, le jaune ou le brun. Avoir un tel verre coloré et photovoltaïque créera de nouvelles possibilités pour la conception architecturale ».

Une fois encore, ce travail prouve l’efficacité de Singapour à accompagner la recherche puisque le projet a été financé par NTU et la National Research Foundation, et est déjà dans le processus de transfert technologique. Selon Dr. Nripan Mathews, que l’Institut Français de Singapour (IFS) a récemment rencontré, c’est un bel exemple de la manière dont l’investissement dans la recherche fondamentale permet les avancées significatives dans les sciences appliquées. Ce dernier est désormais directeur de recherche du Singapore-Berkeley Research Initiative for Sustainable Energy NRF CREATE programme et remercie chaleureusement l’IFS pour la bourse PHC – Merlion PhD 2006 [8] qui avait financé ses études entre Singapour et la France au sein de l’Institut Parisien de Chimie Moléculaire.

Source : bulletins-electroniques