Aujourd’hui, nous voyons surtout les éoliennes comme de hautes tours grises avec une éolienne à leur sommet. Les turbines produisent principalement de l’électricité pour le réseau et sont principalement utilisées sur le continent. Deux start-up suisses apportent un souffle d’air frais à cette technologie. Avec deux nouveaux produits complètement différents, les sociétés Agile Wind Power AG et TwingTec AG veulent rendre la production d’électricité à partir du vent plus performante pour les zones décentralisées et les utilisations mobiles.
Texte : Alina SchönmannDepuis onze ans maintenant, Patrick Richter poursuit l’idée avec sa société Agile Wind Power AG de faire tourner les pales des éoliennes non pas autour d’un axe horizontal, mais autour d’un axe vertical. L’idée elle-même n’est pas nouvelle. Cependant, les précédentes turbines basées sur ce principe étaient exclusivement prévues pour de petites installations. Pour la première fois, cette conception peut être revue à la hausse, grâce à un nouveau système de contrôle continu des pales du rotor que Richter et son équipe ont mis au point.
Rolf Luchsinger, PDG de TwingTec AG, et son équipe ont eu une idée différente quelques années plus tard. Le principe est basé sur le fait que le vent souffle plus fort et de manière plus régulière à des altitudes élevées qui sont donc plus adaptées à la production d’énergie éolienne. Cependant, si une éolienne conventionnelle était construite à cette altitude, l’usure des matériaux de la tour serait très rapide. C’est pourquoi la solution de TwingTec diffère d’une éolienne conventionnelle : une station au sol est équipée d’un treuil relié par un câble à un genre de drone qui vole sur des trajectoires préprogrammées. Le prototype du « Twing » vole à une altitude d’environ 300 mètres comme un cerf-volant, propulsé par le vent. Le déroulement et l’enroulement du câble sur le treuil produit de l’électricité.
Approvisionnement énergétique décentralisé
Le premier prototype d’Agile Wind Power AG, qui se dresse sur un terrain d’essai éolien en Allemagne depuis 2019, a une puissance de 750 kW et s’élève à 105 mètres dans les airs. La puissance du prototype est nettement inférieure à celle d’une éolienne classique actuelle, qui peut avoir une performance de 4 à 5 MW. Mais ce n’est pas un inconvénient, explique Patrick Richter, car « les turbines sont destinées à un usage décentralisé pour de l’autoconsommation ». Le « Vertical Sky » convient donc pour alimenter en électricité des entreprises ou des quartiers comptant jusqu’à 600 ménages, et constitue un complément idéal aux centrales solaires. Le vent souffle en effet généralement lorsque le soleil brille moins. Richter énumère les nombreux avantages dans une interview accordée à notre magazine : « Avec 85 dB, les émissions sonores sont environ trois fois moins élevées qu’avec une éolienne classique. En outre, les pales du rotor peuvent être mieux détectées par les oiseaux et les chauves-souris. L’impact plus faible sur l’environnement permet donc d’utiliser des sites qui ne peuvent pas être exploités pour les éoliennes classiques. »
Un projet pilote ambitieux
La société TwingTec teste déjà un projet pilote. Cette centrale a une puissance de 10 kW. Cela peut sembler peu par rapport à Vertical Sky. Toutefois, ce prototype n’est pas encore destiné à la production en série. En outre, Twing est une idée totalement nouvelle, de sorte qu’un travail préliminaire important doit être effectué avec un produit plus petit dans un premier temps. Le projet n’étant qu’à ses débuts, on ne dispose pas encore de connaissances précises sur l’impact environnemental du système. Cependant, il semble que les émissions acoustiques soient généralement plus faibles que celles des éoliennes conventionnelles. On peut également supposer que Twing, qui ressemble un peu à un grand oiseau de proie, est mieux reconnu comme un danger par les oiseaux et les chauves-souris que les éoliennes classiques. Cependant, les plus grands avantages peuvent déjà être confirmés avec certitude, comme nous l’indique Luchsinger : « La turbine TwingTec utilise environ 90 % de matériaux en moins, car il n’est pas nécessaire de construire une tour ou des fondations, et elle fonctionne à une plus grande hauteur, où le vent souffle plus fort et donc plus d’énergie peut être récoltée. »
Un système de 100 kW est prévu comme premier modèle de série dans deux à trois ans. Selon M. Luchsinger, Twing est destiné aux sites dépourvus de réseau électrique : « Dans ces régions, l’électricité est généralement encore produite avec des centrales diesel. Le système mobile de 100 kW est donc idéal pour les îles ou les lotissements isolés, par exemple. »
Un incident retarde la production en série
Le Vertical Sky d’Agile Wind Power AG est sur le point d’être produit en série. Cependant, le lancement prévu a été retardé par un incident survenu à l’automne 2020, au cours duquel un bras de rotor s’est cassé. Comme l’explique Patrick Richter, les données enregistrées à partir des mesures du vent montrent qu’un événement éolien rare a entraîné des dommages à l’éolienne. « Pour faire simple, il s’agissait d’une rafale forte et turbulente associée à un changement soudain de direction du vent. » Ce phénomène venteux n’apparaît pas encore dans la norme de certification. Les calculs qui ont été effectués par la suite prouvent que la nature du vent peut endommager ce type d’éolienne dans certaines conditions de fonctionnement. Toutefois, les analyses de l’incident ont également montré que les mêmes incidents et des incidents similaires peuvent être évités par des mesures simples, sans avoir à modifier la structure de l’éolienne. Pour pouvoir continuer à fonctionner, le rotor doit être réparé. En raison des délais de livraison de dix mois de certaines pièces, le début de la production en série a été reporté en conséquence. Même si ce revers est décevant, l’incident a permis de faire des découvertes importantes et d’améliorer la turbine en conséquence.
Des coûts de production d’électricité compétitifs
« Les coûts de production d’électricité des installations de la première série seront de 6 à 8 centimes d’euro par kilowattheure, en fonction de l’emplacement du projet et de la quantité de vent », explique M. Richter. Le prix du projet varie, car il dépend de l’emplacement et des différentes conditions (par exemple, les conditions du sol ou l’aménagement du site). Dans un premier temps, le produit est destiné aux pays de l’Union européenne et de l’Amérique du Nord. Richter fait référence à l’Allemagne pour illustrer les coûts : « Une entreprise industrielle paie en moyenne 21 centimes d’euro par kWh pour l’électricité. » Les coûts de production d’électricité avec Vertical Sky seraient plus bas, ce qui entraînerait des économies sur les coûts d’électricité et rendrait donc le produit très attrayant pour ce secteur.
Les coûts de production d’électricité de Twing dépendent également de l’emplacement – en particulier de la quantité de vent disponible et de la taille de l’installation. Les grandes installations ont des coûts de production d’électricité plus faibles. Pour le premier produit de série d’une puissance de 100 kW, les coûts sont de 10 à 20 centimes par kWh. Si l’on compare ces coûts avec ceux de production des générateurs diesel sur le marché hors réseau, qui se situent entre 20 et 30 centimes par kWh, Twing, comme le VerticalSky, protège non seulement l’environnement, mais soulage aussi le portemonnaie.
Des perspectives ambitieuses
A long terme, Agile Wind Power AG souhaite atteindre une capacité d’environ 2 MW, une taille qui a encore du sens dans le secteur décentralisé et qui n’entre donc pas en concurrence avec les centrales éoliennes conventionnelles.
TwingTec n’a pas non plus l’intention de concurrencer les éoliennes existantes. Après le système de 100 kW, une installation de 500 kW est prévue dans environ cinq ans. A cette taille, l’installation peut encore être transportée dans des conteneurs maritimes et convient donc aux chantiers temporaires ou aux mines, par exemple. A long terme, un système de 3 MW est prévu, dont l’électricité sera ensuite directement injectée dans le réseau électrique, comme c’est le cas pour les éoliennes. Cette taille permettrait d’ouvrir une zone qui est actuellement peu utilisée pour la production d’électricité : les océans. « Les éoliennes offshore conventionnelles présentent l’inconvénient que la tour doit être fixée au sol avec une fondation, ce qui signifie qu’elles ne peuvent être exploitées de manière rentable que dans des eaux peu profondes près de la côte », explique M. Luchsinger. « Comme notre produit n’a pas de tour, il peut être installé sur des plates-formes flottantes. »
