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lundi, 06 juin 2011 14:02

Les petites éoliennes en milieu urbain

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Les éoliennes de grande puissance sont aujourd'hui connues de tous et leurs capacités ne sont plus à prouver. Cependant, on commence peu à peu à entendre parler des éoliennes dites « urbaines », c'est-à-dire de petite puissance. Qu'est-ce qu'une éolienne urbaine ? Quels sont leurs avantages ? Leurs inconvénients ? Où en est la recherche ? Tant de questions qui ont été soulevées lors du séminaire organisé en avril dernier à l'Agence Bruxelloise pour l'Entreprise et dont les experts académiques ont tenté de répondre...

Pour lutter contre le changement climatique, l'Union Européenne s'est fixé en 2008 un triple objectif (20/20/20) à atteindre à l’horizon 2020. Le premier est la diminution de 20 % des émissions de gaz à effet de serre par rapport à 1990. Le second, est l’augmentation de 20% de l'efficacité énergétique et enfin, le dernier est l’accroissement de l’utilisation des énergies renouvelables de 20%. Pour se faire, chaque état membre s’est vu attribuer un quota à respecter. Dans le cas des énergies renouvelables, la Belgique a pour objectif d’atteindre 13%.

A Bruxelles, le potentiel d’énergie renouvelable n’est pas énorme à cause de l’environnement urbain et de l’espace limité. Selon Bruxelles-Environnement, c’est l’énergie solaire qui possède le plus grand potentiel. En effet, le potentiel théorique solaire représente 10% des besoins énergétiques actuels. En terme de surface, le thermique représente 1.4 millions de m² et le photovoltaïque 2.6 millions de m². Cependant, la Région de Bruxelles-Capitale veut également étudier s’il existe d’autres sources d’énergie renouvelables à exploiter sur son territoire. L’éolien urbain en est un exemple…

Une éolienne urbaine, c’est quoi ?

Il s’agit d’une éolienne de petite puissance (<100kW) qui peut être utilisée en ville sur un bâtiment ou à côté de celui-ci.
L’électricité produite est en général consommée sur place ce qui permet d’éviter les pertes dues à son transport. En ville, grâce à leur visibilité par un grand nombre de personne, elles permettent également de sensibiliser le public aux énergies renouvelables et aussi de donner une image positive aux bâtiments qui en possèdent.

Les 2 plus connues sont les éoliennes à axe horizontal et à axe vertical.

Les éoliennes à axe horizontal possèdent de manière générale les mêmes caractéristiques que les grandes éoliennes. Les pales tournent grâce à l’énergie cinétique du vent qui met par la même en rotation l’axe, connecté au générateur, Cette énergie mécanique est alors convertie en énergie électrique. Elles sont de petite taille, de 5 à 20 m avec un diamètre compris entre 2 et 10 m.

Les éoliennes à axe vertical ont été conçues pour s’adapter au mieux aux contraintes engendrées par les turbulences du milieu urbain. Grâce à ce design, elles peuvent fonctionner avec des vents provenant de toutes les directions et sont moins soumises à ces perturbations que les éoliennes à axe horizontal. Elles sont relativement silencieuses et peuvent facilement s’intégrer au design des bâtiments. Leurs faiblesses résident principalement dans la faible maturité du marché (coûts d’investissement élevés).

Le vent en milieu urbain

En milieu urbain, la densité des bâtiments provoque beaucoup de turbulences ce qui rend difficile l’évaluation de sa vitesse et de sa trajectoire. Selon une étude de Bruxelles-Environnement, il existe trois solutions qui peuvent être retenues pour l’implantation d’éoliennes en ville : premièrement,  en plaçant l’éoliennes sur des bâtiments plus hauts que la moyenne afin d’obtenir des vitesses de vent plus élevées malgré les turbulences.
Deuxièmement en plaçant les éoliennes de façon à utiliser la configuration des bâtiments existants par la création de couloirs de vents artificiels et enfin, troisièmement, en intégrant les éoliennes dans la conception et la structure de nouveaux bâtiments.
A titre d’information et selon Bruxelles-Environnement, le potentiel théorique du petit éolien en Région de Bruxelles-Capitale est de l’ordre de 3 à 15 MW.

Une étude de marché de l’Erasmus Hogeschool

Lors du séminaire organisé à l’Agence Bruxelloise pour l’Entreprise en avril dernier, le Docteur Mark Runacres du département «  Industrial Sciences and Technology » de la Erasmus Hogeschool a présenté les résultats d’une étude de marché qu’il a réalisé sur les petites éoliennes de moins de 100kW. Ils ont trouvé pas moins de 762 éoliennes différentes.
Certains éléments ressortent de cette étude. Tout d’abord, il est clair que le vent en milieu urbain n’est définitivement pas idéal. De plus, le marché est très immature et en particulier celui des éoliennes à axe vertical. Beaucoup de ces éoliennes ne sont pas bonnes et il y a encore beaucoup d’améliorations techniques à venir. Cependant, il existe tout de même quelques histoires à succès mais malheureusement celles-ci sont minimes. En effet, il existe quelques éoliennes qui peuvent déjà entrer en concurrence avec l’énergie solaire.
A cause du manque d’études et de simulations réelles, à contrario des éoliennes de grande puissance, les avantages des éoliennes urbaines restent encore à démontrer. Cependant, on peut s’attendre dans le futur à ce que les applications en milieu urbain se développent rapidement surtout si la règlementation en la matière va dans la bonne direction. Il sera cependant important de ne pas oublier d’aborder les problèmes d'acceptation tels que tels que le bruit, l’effet stroboscopique, les vibrations qui pourraient causer des dommages structuraux sur les bâtiments, l’impact visuel, les dangers pour la faune ou encore l’intégration sur les réseaux électriques.
Pour plus d’informations sur cette étude, n’hésitez pas à lire la présentation PowerPoint du Professeur Runacres qui se trouve sur ce lien.

Conclusions

Bruxelles-Environnement soutient cette technologie en devenir et prépare la mise en place d’une plateforme (Urbwind Hub) qui permettra de renforcer l’interaction entre les experts du secteur des éoliennes urbaines en Région de Bruxelles-Capitale.  Celle-ci permettra aussi de renforcer le know-how du secteur tout en créant des opportunités de business.

Les personnes de contacts sur ce projet sont Madame An Verspecht de Bruxelles-Environnement et Monsieur Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.  de la société Amaay.

 

GVH

Plus d’informations

Qui sont les acteurs académiques Bruxellois dans ce domaine ?

Lors du séminaire sur les éoliennes urbaines du mois d’avril dernier, les différents services académiques bruxellois sont venus se présenter devant les entreprises privées actives dans le secteur. Vous trouverez ci-dessous qui ils sont et ce qu’ils font.

Erasmus Hogeschool 

Le département « Industrial Sciences and Technology » est composé de 5 personnes. Dans le domaine éolien, ils travaillent à déterminer la position optimale pour des éoliennes sur un site donné et spécialement sur des terrains complexes et dans un environnement (semi-) urbain. Ils travaillent également sur l’aéroélasticité et le control de flux.
Ils ont également participé au projet FEDER (Fonds européens de développement régional) EMOVO. Celui-ci visait la création d’un centre de recherches multidisciplinaires et de formation dans les technologies de l’énergie et de l’environnement. Dans un objectif le développement urbain durable,  les groupes de recherche de  l’Universitaire Associatie Brussel  (EhB et VUB) donne la priorité à différents domaines dont l’énergie éolienne. Dans ce cadre, ils aimeraient acquérir des éoliennes en vue de les tester.
Vous désirez en savoir plus sur cette équipe, voici leur présentation.

Université Libre de Bruxelles

L’Université Libre de Bruxelles possède 2 départements actifs dans l’éolien.

Le premier département à s’être présenté est le BEAMS (Bio, Electro and Mechanical Systems). Actuellement, il est composé de 3 professeurs, 4 assistants, 11 étudiants doctorants et enfin 3 employés techniques et administratifs.  Ils sont actifs dans différents domaines dont l’énergie.  Dans ce cadre, ils travaillent sur : l’amélioration de l'exploitation des réseaux et l'utilisation rationnelle de l'énergie, la production d'électricité et les véhicules électriques et hybrides.  Vous désirez en savoir plus sur cette équipe, voici leur présentation

Le second département, ATM (Aero-Thermo-Mechanic), est actif dans de nombreux domaine dont les énergies renouvelables.  Ils réalisent entre autres des simulations CFD sur les pâles des éoliennes et sur le comportement du vent. Ils travaillent également sur la construction d’un prototype à axe vertical. Enfin, prochainement, ils aimeraient travailler sur le développement de nouvelles capacités dans les simulations numériques pour les éoliennes (petites, moyennes et grandes), développer les concepts d’éoliennes existants et aussi, réaliser des prototypes. Enfin, ils aimeraient créer des partenariats avec des organismes privés et les universités pour développer des concepts innovants dans le domaine des éoliennes. Vous désirez en savoir plus sur cette équipe, voici leur présentation.

Vrije Universiteit Brussel

Le département Mechanical Engineering est composé d’environ 60 personnes dont 6 professeurs et 45 étudiants doctorants et post-doctorants. Ce département est composé de 3 groupes de recherche : « Fluid Mechanics and Thermodynamics », « Acoustics and Vibration » et « Robotics and Multibody Mechanics ». Le premier travaille essentiellement sur les simulations CFD et sur l’ingénierie du vent ainsi que sur des travaux expérimentaux en soufflerie (Wind tunnels). Le groupe « Acoustics and Vibration » travaille quant-à-lui surtout sur la création de projets éoliens (projet IWT), l’identification inverse des charges de vent sur les structures (projet FWO avec KULeuven) et enfin, l’identification des paramètres opérationnels modal. Vous désirez en savoir plus sur cette équipe, voici leur présentation.

Université Catholique de Louvain

Le département « Institute of Mechanics, Materials and Civil Engineering » est composé de 5 personnes. Dans le passé, ils ont déjà travaillé sur différents projets d’études théoriques et expérimentales sur des éoliennes (WARP, Savonius). En 2008, Ils ont également réalisé une étude théorique sur un nouveau type d’éolienne haute performance à axe vertical (VAWT-D) pouvant aussi être utilisée en milieu urbain. Concernant les projets actuels et futurs, leurs travaux se concentrent sur différents projets dont :

  • le développement d’un outil UCL de simulation en méthode hybride « vortex-in-cell » et avec ligne portante, et application à l’étude de sillages de grandes éoliennes à axe horizontal,
  • l’élaboration d’un projet de R&D pour le développement de la VAWT-D et sa validation expérimentale (prototype grandeur réelle et campagne d’essais), en collaboration avec un industriel/PME,
  • la valorisation des compétences en simulation et traitement de signal Lidar (software UCL « Lidarsim ») pour les applications de sillages d’éoliennes et enfin,
  • l’offre de services: études et/ou collaborations comprenant de la simulation en mécanique des fluides (VIC) et en Lidar (Lidarsim).

Vous désirez en savoir plus sur cette équipe, voici leur présentation.

Quelques projets innovants

Les aides européennes

Voici les différents programmes de financements européens pour des projets d’éoliennes urbaines :

Le Facilitateur Energies Renouvelables Bruxellois

Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. – 0800/85 775

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