Machine à simuler l'atmosphère (La) ZPP#05

Transcription

Bon, on a un petit problème de production d'énergie. Le gaz et le charbon : ça pollue, le pétrole : ça pollue et ça coûte cher. En gros, ça fait un moment qu'on sait qu'il va falloir trouver des énergies renouvelables et inépuisables si on ne veut pas devoir bientôt se déplacer sur des trottinettes tirées par des chiens ou s'éclairer à la lueur de nos déchets nucléaires.

Et vous savez ce qui est hyper inépuisable : le vent. Ce que vous voyez là, ce n'est pas l'apocalypse nucléaire, celle qui plongera la terre dans un hiver éternel dans lequel ne survivront que des rats, des cafards et des contrôleurs des impôts. Non, ce sont des éoliennes. Oui, de toutes petites éoliennes. Rappelons que le principe de l'éolienne, c'est qu'on produit de l'électricité grâce au vent.

C'est plutôt cool. On les construit désormais au large, notamment en mer du Nord, ou on en colle des wagons entiers sous forme de vastes parcs. Sauf que l'agencement de ces parcs modifie la trajectoire du vent en créant des effets de sillage. En gros, chaque éolienne perturbe l'écoulement du vent en le dispersant grâce à ses grosses pales. Et derrière elles, il se crée donc un couloir ou le vent ne circule presque plus.

C'est un peu le principe de l'aspiration en formule 1. Si vous placez d'autres éoliennes derrière, elles fonctionneront donc moins bien. Sauf qu'on ne peut pas vraiment se permettre de mettre une éolienne tous les 500 kilomètres. C'est un peu compliqué d'un point de vue logistique. Il faut donc les grouper, mais de manière intelligente. C'est ce que tentent de faire nos chercheurs.

Donc ils les disposent en miniature, dans un grand bassin tournant pour étudier précisément ces écoulements et tenter de déterminer quelle disposition est la plus efficace. Un peu comme un entraîneur de foot qui hésiterait entre le quatre quatre deux et le quatre trois trois.

Ici l'eau contenue dans le bassin remplace l'aire et simule donc la circulation du vent. Et pour voir comment les courants se dispersent, on a bien sûr tout plein de capteurs ultra high tech qui prennent des mesures en permanence Mais on a aussi des paillettes phosphorescentes qui permettent de visualiser les mouvements des courants à l'oeil nu. Parce que c'est quand même pratique d'avoir une vue globale immédiate. Et puis aussi parce que les paillettes, c'est super joli.

Mais ce n'est pas tout. Le vent ne s'écoule pas tout droit en fait. Les éoliennes sont soumises à des phénomènes géophysiques de grande ampleur. Alors, pour bien les implanter sans se planter, il faut faire un peu de physique. Quand on passe à échelle réelle, il faut tenir compte de Coriolis. La force de Coriolis : c'est bête comme chou. C'est égal à -2 fois la masse du corps, fois la vitesse angulaire instantanée de rotation, facteur du produit vectoriel entre le vecteur unitaire parallèle à l'axe de rotation et la vitesse relative du corps par rapport au référentiel en mouvement. Voilà.

Bon allez, en super simplifié alors. Mais vraiment parce que c'est vous. La force de Coriolis, c'est un phénomène qui fait dévier un objet de sa course logique à cause de la rotation terrestre. Exemple : si je lâche une balle depuis le sommet de l'Himalaya, sa course sera normalement rectiligne à cause de la gravité. Sauf que comme l'Himalaya, c'est haut, le temps que la balle arrive en bas, la terre aura légèrement tourné et donc la trajectoire apparaîtra comme légèrement déviée. Il faut donc en tenir compte quand on veut prévoir les mouvements d'objets ou de fluides sur notre belle planète.

Bon, du coup, la force de Coriolis, normalement dans votre vie de tous les jours, vous vous en préoccupez peu. A moins que vous ne soyez un tireur d'élite qui se rend au boulot en chute libre et qui fait de la météorologie amateure le Week-end. Mais bon, par contre, quand on installe des éoliennes, ça peut servir parce qu'elles sont soumises à des mouvements géophysiques : le vent, les courants, qui sont eux-mêmes affectés par la rotation terrestre.

Pour savoir comment agencer au mieux les parcs éoliens, pour qu'ils soient le plus efficaces possibles, on a donc tout intérêt à calculer tout ça. Sauf que prendre des mesures in situ en mer du Nord, c'est franchement la galère. C'est pour ça que notre mini parc éolien, on ne l'a pas installé dans n'importe quelle piscine. Nos chercheurs peuvent compter sur une structure unique en son genre, la plateforme Coriolis, située au LEGI à Grenoble.

Elle sert aussi à simuler des zones de tsunamis, des courants marins, etc. C'est une sorte de manège trop cool, mais pour les gens dont la passion est la mécanique des fluides, plutôt que les chevaux, en bois et la queue du Mickey.

Construite en 2014, elle attire chaque année des chercheurs qui viennent du monde entier pour y mener des expériences qu'ils ne pourraient pas faire ailleurs. La plateforme Coriolis, c'est un bassin cylindrique de treize mètres de diamètre, d'une masse de 150 à 300 tonnes et capable de tourner à une vitesse de quatre tours/minute. Ça n'a pas l'air comme ça, mais en fait, c'est énorme. On vous l'assure, pour être montés dessus et avoir galéré à en redescendre.

Ce bassin permet de simuler la rotation terrestre et donc d'observer la mécanique des fluides dans des conditions où tous les paramètres sont contrôlables. Du coup, les chercheurs peuvent modéliser expérimentalement les écoulements atmosphériques et océaniques. Et parfois, ça demande de mouiller la chemise et même de se mouiller tout court pour modifier les paramètres manuellement.

La manip simule des conditions atmosphériques réalistes avec différents paramètres, tout en isolant spécifiquement l'effet de la force de Coriolis. Ce qu'on n'avait pas vraiment pu faire avant puisqu'on ne faisait que des mesures en soufflerie qui sont peu fiables ou sur le terrain où les conditions varient beaucoup et de manière imprécise. Du coup, au cours de plusieurs semaines d'essais, on a pu tester un paquet de configurations différentes pour voir ce qui entraînait le moins de pertes d'énergie. En réagençant à chaque fois, les éoliennes d'une nouvelle manière.

Bon pour l'instant, les résultats obtenus par le chercheur venu faire sa manip d'éolienne sont surtout des résultats fondamentaux. Mais ils ont vocation à informer les industriels et décideurs publics au moment d'implanter de nouveaux parcs éoliens en mer.
Et ça marche puisque les études menées grâce à la plateforme Coriolis ont déjà permis d'optimiser l'agencement des hydroliennes dans les fleuves. Alors maintenant, il n'y a plus qu'à s'occuper des turbines qui sont au turbin pour nous produire de l'énergie. Parce que tant qu'à faire, ça serait aussi bien qu'ils servent à quelque chose ces ventilateurs géants.

- « Et mais d'ailleurs, pourquoi est-ce qu'on mettrait pas des vrais ventilateurs géants devant les éoliennes pour qu'elles tournent plus vite ?
- Wow !
- C'est une idée… »