+ 2017 SEA Gen – Générateurs houlomoteurs souples

Objectif : proposer des structures hybrides de récupération d’énergie houlomotrice positionnées proches des côtes et exploitant plusieurs principes de conversion électromécanique. Les objectifs scientifiques sont multiples et ambitieux :

• concevoir une architecture mécanique et électrique simple qui optimise la conversion d’énergie (conversion directe sans Power Take Off PTO) et minimise la maintenance sur site
• améliorer les performances des générateurs et leur intégration dans leur environnement en proposant des structures souples et déformables ainsi que des structures hybrides
• proposer un (des) modèle(s) analytique(s) fiable(s)
• réaliser plusieurs preuves de concepts

Miser aujourd’hui sur la filière houlomotrice semble être la clef pour le développement des futurs générateurs marins répondant à l’enjeu sociétal de la transition énergétique. Dernièrement, un nouvel essor a été trouvé dans l’exploitation et le développement de structures souples utilisant des polymères électroactifs (EAP). Toutefois, ces structures génèrent à l’heure actuelle peu d’énergie (1W-10W) et une recherche amont conséquente sur les matériaux et sur les structures de conversion est nécessaire pour les rendre viables. Tirer profit de la souplesse de ces matériaux pour imaginer des structures récupératrices s’inspirant des comportements observés dans la nature (mouvement des algues…) est une piste novatrice non exploitée actuellement. L’enjeu du projet est donc de proposer des structures hybrides de récupération d’énergie houlomotrice positionnées proches des côtes. Les objectifs scientifiques sont multiples et ambitieux : (i) concevoir une architecture mécanique et électrique simple qui optimise la conversion d’énergie et minimise la maintenance sur site (ii) améliorer les performances des générateurs et leur intégration dans leur environnement en proposant des structures souples et déformables ainsi que des structures hybrides (rigide/souple)  (iii) proposer un(des) modèle(s) analytique(s) fiable(s) et (iv) réaliser plusieurs prototypes à échelle réduite (20*20*20cm) dont les tailles sont en adéquation avec nos moyens expérimentaux actuels et à venir.

Énergétiquement performants et économique compétitifs, ces générateurs électroactifs proposent une rupture technologique majeure au regard des technologies actuelles. Plus besoin d’absorbeur mécanique (PTO), moins de pièces et de systèmes mécaniques, moins de poids embarqué et une facilité de réalisation et de mise en forme (polymère au lieu d’acier) permettent d’envisager sérieusement un gain sur les coûts d’installation et de maintenance annuelle. Plus simples à produire et à installer donc moins d’impact environnemental pour ces générateurs, moins d’équivalent CO₂. Si les verrous scientifiques et technologiques sont résolus, cette technologie peut s’affirmer comme un moyen de produire une énergie silencieuse, propre, sûre et efficace. Les prototypes et la maquette portable envisagés dans notre projet permettront de franchir un cap technologique dans l’utilisation des générateurs électroactifs et devraient susciter l’intérêt d’industriels à la recherche de solutions émergentes.

Fait marquant 

Un prototype centimétrique (18 x 18 x 4 cm) a été conçu et de nombreux tests de performance du système hybride ont été menés en houle stationnaire (fréquence autour du Hz et amplitude des vagues de 15 cm).  La solution la plus prometteuse est celle utilisant un toit et des ailettes, appelée ST sur la figure de droite, permettant de récupérer une puissance jusqu’à 20 nW. Ces premières mesures permettent de valider notre concept (noté PZ+DEG sur la figure à droite) et le gain par rapport à un système piézoélectrique seul (noté PZ). Malgré les faibles puissances et rendements obtenus à l'échelle du prototype, les convertisseurs hybrides basés sur les DEGs représentent une alternative prometteuse aux technologies traditionnelles. En effet, le système hybride est adapté aux énergies marines car il fonctionne à basse fréquence (<1 Hz) et grande course sans avoir besoin de transmission mécanique supplémentaire (engrenages, courroies…). Son efficacité ne diminuera pas drastiquement si le système ne fonctionne pas à la résonance et n'a pas besoin de contrôle actif comme les générateurs houlomoteurs rigides classiques, ce qui garantit la flexibilité et simplifie le principe de fonctionnement mais aussi le coût et la maintenance. Pour une mise à l’échelle réelle (dimension totale du prototype de l’ordre du mètre), une énergie de 119 J par cycle serait ainsi récupérable, ce qui permettrait d’alimenter des systèmes de navigation ou des bouées météorologiques.

Figure: (a) Prototype du générateur hybride au sein de sa boite de protection en plexiglass et (b) Puissance récupérée sur une capacité de stockage pour différentes configurations testées (P : sans boite de protection, T : avec un toit, ST : avec toit et ailettes sur les côté, B50 : avec boite fermée)

 
Le pitch en 180 secondes des résultats