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Energie : le retour du prodigieux volant d’inertie

Olivier Guy (Overcast.fr)

mercredi 28 août 2013

Les techniques d’antan ont du bon, pourvu qu’on les adapte aux techniques et matériaux d’aujourd’hui. Exemple : le volant d’inertie, qui fait son grand retour.


Les volants d’inertie sont-ils en train de connaitre le même genre d’évolution que naguère les éoliennes d’abreuvoirs, aujourd’hui transformées en aérogénérateurs de 100 mètres d’envergure ? Parfois, un antique procédé peut se métamorphoser en technologie innovante à haute valeur ajoutée.

Le volant d’inertie, également connu sous l’appellation savante de « système inertiel de stockage d’énergie » (SISE), est une technique qui consiste à emmagasiner de l’énergie dans la rotation d’un objet lourd (roue, cylindre,…) grâce à un moteur, pour la restituer ensuite à la demande en inversant le mécanisme. Rien de très nouveau en soi : c’est le principe utilisé dans le tour du potier, dans de nombreuses machines à vapeur du XIXème siècle (pour en régulariser la puissance) ou encore dans les petites voitures à friction de notre enfance.

Il y eut même, dans les année 50 en Suisse, un véhicule de transport en commun appelé Gyrobus (proaktiva.eu) qui intégrait un volant rotatif de 1,6 mètres de diamètre pesant une tonne et demie et tournant à 3 000 tours/minute. Cela suffisait à alimenter le moteur électrique entre deux stations, distantes au maximum de 5 à 6 kilomètres. A chaque station, des connecteurs étaient branchés au réseau pour redonner de la vitesse au volant en vue du trajet suivant. Accessoirement, l’énergie du freinage était aussi injectée dans le volant. Gros avantage du Gyrobus par rapport à un tramway ou un trolleybus : aucune alimentation électrique n’était requise en dehors des stations, d’où de substantielles économies en dépenses d’infrastructure (rail d’alimentation électrique, caténaires…).

Dans un SISE, la quantité d’énergie stockée est proportionnelle à la masse du rotor, au carré de sa vitesse de rotation et au carré de son rayon (Energies & Environnement). Le dimensionnement de ces différentes variables permet de calibrer l’installation. Pour remplir leur fonction, les anciens systèmes devaient être lourds et volumineux, entrainant parfois des accidents mortels (The Pittsburg Press, 1926).

En revanche, les matériaux d’aujourd’hui (fibres de carbone, fibres de verre, kevlar…) supportent de bien plus hautes vitesses de rotation que le métal, ce qui autorise une réduction de l’encombrement. Avec le système KERS (Kinetic Energy Recovery System), fonctionnant grâce à la rotation d’un cylindre de 6 kilos et de 20 cm de diamètre, Volvo arrive à fournir une puissance ponctuelle additionnelle de 80 chevaux à ses moteurs, en utilisant seulement l’énergie récupérée au freinage pour alimenter la rotation. La vitesse de rotation du cylindre peut ici atteindre 60 000 tours/minute (Auto Plus).


Assemblage d’un volant d’inertie chez Beacon Power

Déjà utilisé en formule 1, le KERS arrivera probablement bientôt dans les voitures de série. Autre exemple d’application dans les transports : le métro de Los Angeles vient de commander un système inertiel de récupération de l’énergie dissipée lors du freinage des rames (inhabitat.com).

Mais le plus prometteur réside dans la construction de véritables « centrales » inertielles, jouant le rôle de stockage tampon entre les productions intermittentes (éolien, solaire) et le réseau électrique. Ces installations sont devenues opérationnelles grâce aux progrès réalisés notamment sur les pertes d’énergie par frottement : les volants - en réalité de gros cylindres - sont maintenant scellés dans des containers sous vide et l’arbre d’entraînement est relié au moteur par des roulements magnétiques sans contact.

Une centrale de 200 unités de ce type (Beacon Power) capables de délivrer une puissance de 20 mégawatts pendant 15 minutes fonctionne depuis 2011 dans l’Etat de New York. L’objectif principal est d’absorber les variations de courte période inhérentes aux énergies renouvelables et de garantir ainsi la qualité du courant (cleantechnica.com), ce que la réactivité du système permet de faire mieux que des batteries ou des centrales thermiques de pointe.

Cependant, et malgré tous leurs avantages en terme de durabilité (100 000 cycles de « charge/décharge » au lieu de quelques milliers pour les batteries lithium-ion), de faible maintenance, de réactivité, les SISE sont encore handicapés par le coût des matériaux utilisés pour le cylindre rotatif. Le fabricant canadien Temporal Power pense avoir cassé cette barrière et vient d’annoncer une rupture technologique (Thestar.com). Ses nouveaux volants stockent, d’après lui, cinquante fois plus d’énergie par unité que ses concurrents et ne subissent que 5% de pertes toutes les dix heures de rotation.



Source et photos : Overcast.fr

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