Technologies : Les innovations du futur #1

Flo Sciences Laisser un commentaire

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Le monde est de plus en plus connecté, high-tech, innovant. Les industries se modernisent et prônent la convergence du monde virtuel pour augmenter leurs moyens de production (on parle même d’Industrie 4.0). Cependant, l’émergence d’un nouveau monde énergétique est l’enjeu majeur depuis ces 20 dernières années et pourrait tout changer d’ici quelques années. Des compteurs intelligents, aux smart grids, en passant par les véhicules autonomes ou les énergies renouvelables, ces prouesses technologiques pourraient considérablement modeler notre avenir et assurer un avenir énergétique durable.

Nous montrerons dans cet article, à travers une sélection d’innovations technologiques, qu’il est possible de relever le défi climatique en sortant du pétrole, du charbon et du nucléaire, et s’inscrire dans une rupture des modes de production et de consommation énergétique du passé.


Les « éoliennes de mer », la tendance du moment !


L’éolien ça ne date pas d’aujourd’hui mais bien de l’Antiquité ! Grande héritière du moulin à vent (utilisé à l’époque pour moudre les céréales ou pomper l’eau), les éoliennes ont pris un essor considérable au début du 21ième siècle. Elles font partie intégrante de nos paysages quotidiens. Mais encore mieux, on a réussi à les exploiter en mer !! Le Danemark, pionner sur cette technologie, a lancé une mode que beaucoup de pays suivent de nos jours. Depuis maintenant près de 15 ans, les éoliennes offshores ont fait leur entrée sur le marché du renouvelable et parait une solution d’avenir plus certaine que le onshore.

Mais pourquoi mettre des éoliennes en mer plutôt que sur terre ? La question est simple et la réponse tout autant : capter les vents marins qui sont plus forts et plus réguliers au large des côtes. Pour ce faire, il faut construire une base solide afin d’éviter la corrosion et la violence des courants marins.

Beaucoup de pays comme le Royaume-Uni ou l’Allemagne ont développé cette technologie, contrairement à la France qui accuse un retard considérable ! Plusieurs appels d’offres ont pourtant été passés en 2011 (sur les côtes de Saint Brieuc et Saint Nazaire notamment), en vain.
La France à pourtant une situation géographique plutôt avantageuse et un savoir-faire reconnu, mais pourquoi n’en profite-t-elle pas ? La faute aux autorisations gouvernementales et aux grands nombres d’associations anti-éolien ! Le géant américain General Electric Renewable Energy ne l’entend pas de cette oreille et choisit en effet la France pour gérer la fabrication de son éolienne nouvelle génération : l’HALIADE X.

Réputée pour ses usines de fabrication, la France exécutera la construction de cette éolienne, aussi grande que la tour Eiffel (260 mètres) et d’une puissance de 12 MW, sur deux sites bien distinctes. Le premier à Saint-Nazaire, avec un investissement avoisinant les 60 millions de dollars, pour son usine de fabrication de nacelles. Le deuxième se trouvant à Cherbourg pour y fabriquer les pales, avec un coût de 100 millions de dollars.

Deux sites pour une même éolienne et de nouveaux emplois en jeu ! De quoi insuffler un souffle nouveau dans la course au « offshore », quand on voit que les voisins allemands et anglais sont déjà bien en avance. Ces derniers possèdent en effet le parc éolien offshore le plus conséquent d’Europe avec une part de 44.5%, devant l’Allemagne et la Chine. Hornsea One (Mer du Nord) est d’ailleurs le parc le plus rentable et le plus grand du pays actuellement.

Ferme éolienne “Walney Extension” de 87 turbines en mer d’Irlande (2018)

Afin de se faire un ordre d’idée, la *PPE, document stratégique de pilotage de la transition énergétique, avait fixé, en 2018, un objectif de 4.7 à 5.2 GW installé en 2028 sur le territoire français, quand le Grennelle de l’Environnement (en 2007) prévoyait 6 GW pour 2020 ! Une déception pour les acteurs de l’éolien sur les intentions et les actions du gouvernement, lorsque l’on voit les volumes annoncés.

La France est en effet en plein essor dans ce domaine et élargi de plus en plus ces zones, comme en atteste ce projet d’un parc de 62 éoliennes au large des côtes de l’île de Yeu et de Noirmoutier.

A ce rythme, la France pourrait vite rattraper son retard et répondre à la règle des 3*20 en voyant les 20% de part d’énergies renouvelable en Europe être atteinte !! Après tout, cela dépend des autres pays.


Le “far shore”, encore mieux ?


On parle d’éoliennes “offshore”, en d’autres termes des éoliennes ancrées au fond marin, mais grâce au projet européen FLOATGEN, on peut aller encore plus loin ! Et oui on ne parle plus de “offshore” désormais, mais de parcfarshore”, loin des côtes et à des profondeurs dépassant les 50 mètres. Rien que ça pour lancer une nouvelle mode !

Cette éolienne flottante, brevetée par le bureau d’études spécialisé dans l’éolien flottant, IDEOL, est un consortium de 7 partenaires, notamment Bouygues Travaux Publics pour la réalisation de la fondation béton de la plateforme et les méthodes de construction innovantes.

Transport de l’éolienne flottante FLOATGEN au large des côtes du Croisic (2019)

Mise à l’épreuve sur un site dédié aux Energies marines, SEM-REV, l’éolienne est la première à injecter de l’électricité dans le câble d’export de Centrale Nantes.

Convoyée par bateaux et installée à 22 km du Croisic (Loire Atlantique), l’éolienne connait des premiers essais très concluants avec une puissance annuelle de 6 GWh (2019) et une réussite à l’acclimatation de la faune maritime avec les fondations de la plateforme.

Un suivi méthodique des mouvements perturbateurs de la houle sur la plateforme submersible de la société *ABS, mais également des mesures et simulations de charges. En effet, des vagues de plus de 5 mètres de hauteur et une vitesse de vent allant jusqu’à 24 m/s confirment la robustesse du flotteur.

L’éolien ne cesse donc de se moderniser et se développer ! Beaucoup d’industriels se posent maintenant la question de la maintenance sur ce type de technologie : ils ne manquent pas d’imagination et font ainsi appel à des sociétés développant des casques à réalité virtuelle. Et oui les techniciens pourront être plongés au cœur de la nacelle pour permettre une simulation des défaillances techniques ou de la prévention sur le comportement de la machine. Une vision immersive à 360° et une anticipation des pannes améliorée.


A quoi pourrait ressembler la navigation du futur ?


A l’Aube de la transition énergétique, on se demande tous comment on pourrait se déplacer plus proprement. A travers un exemple concret, je vais vous montrer que ce rêve peut devenir une réalité dans les prochaines années.

L’Energy Observer, le navire futuriste par excellence, dit le Solar Impulse des océans ! Ancien catamaran de course de légende, ce dernier est devenu un bateau à hydrogène, respectueux de l’environnement, prônant le mix énergétique et le zéro émission !

Tout est parti de Victorien ERUSSARD, capitaine de l’Energy Observer, officier de marine marchande et ancien compétiteur, pour réaliser ce gros défi (une Route du Rhum à son actif quand même !). L’envie de servir une bonne cause a pris le dessus sur la compétition…

Parrainé par Nicolas Hulot, ancien ministre de la transition écologique et solidaire, ce projet se déroulera sur 5 ans (de 2017 à 2022). Un tour du monde à la rencontre de 50 pays, le tout agrémenté de 101 escales (et notamment une escale à Tokyo pour les JO 2021) !!! A titre d’information, vous pouvez suivre le périple de l’équipage sur l’Odyssée pour le futur sur Planète + (instant pub !). Le principe est simple sur le papier mais pas si évident que ça dans la réalité.

Extrait de l’Odyssée pour le futur en escale à Nantes en 2017


L’objectif est clair : tester les performances et la rentabilité énergétique de chaque sources présentes sur le bateau. C’est littéralement un laboratoire expérimental ambulant, répondant chaque jour aux interrogations et aux attentes de l’équipe.

Et là tout le monde se pose la question : Mais de quoi est constitué l’Energy Observer ? Ce dernier forme un ensemble de sources d’énergies entre le solaire, l’éolien et l’hydrolien, à quoi vient s’ajouter la source hydrogène.

A quai, les panneaux solaires rechargent les batteries. Pour ce faire, deux formes de panneaux solaires sont présentes sur le bateau. Tout d’abord, des panneaux solaires bifaciaux sur les ailes latérales (à bâbord). Ils assurent la production d’énergie solaire par la face supérieure mais également par la face inférieure par la réverbération de l’eau de mer. Puis, des panneaux plus “classiques” et “anti-dérapants” utilisant le principe de l’hétérojonction du silicium. Depuis 2019, la surface totale atteint 202 m².

L’énergie restante est utilisée pour produire du dihydrogène (hydrogène par abus de langage) grâce à l’électrolyse de l’eau (et après une étape de désalinisation de l’eau de mer). L’hydrogène est stocké sous l’état liquide dans huit réservoirs de 62 kg au total (bien moins encombrant que des batteries et avec une recharge plus rapide).

Mais lorsque le navire navigue, le rôle de l’équipe technique est de jouer sur l’équilibre de toutes ces consommations. Le solaire, l’éolien et l’hydrolien doivent alimenter les moteurs électriques afin de propulser le navire ! Mais pas que ! Puisqu’il y a une vie à bord et toutes ces formes d’énergies doivent satisfaire les consommations primaires du personnel à bord (chauffage, éclairage, cuisine…). L’Energy Observer ne fait donc pas que naviguer, une vie courante est également créée dans ce bateau hors du commun 😉

L’équipage en mer se constitue particulièrement de *bosco, ingénieurs et techniciens. Une dizaine de personnes qui y séjourne quotidiennement mais y travaille également. L’informatique embarquée leur permet de suivre en temps réel les données brutes du navire (une sorte de supervision si on peut dire) et d’agir sur ses performances en jouant sur différents réglages.

Parlons de l’éolien maintenant : les éoliennes à axe verticales (et l’aile de traction) ont laissées place aux ailes “Oceanwings”. Brevetées par le cabinet d’architectes vannetais VPLP Design, ce concept est arisable, rotatif à 360° et 100% automatisé. Cette invention s’est tout droit inspirée des voiles rigides des bateaux participant à la America’s Cup (compétition nautique internationale).

Deux ailes donc de 12 mètres d’envergure, installées sur les deux flotteurs du navire. Ces ailes automatisées s’inclinent suivant la direction du vent et accélèrent donc la vitesse du navire (8 à 10 nœuds), en complément des moteurs électriques. L’autre avantage de ces ailes c’est qu’elles viennent soulager ces derniers en les utilisant comme hydrogénérateurs par la production d’énergie hydrolienne (par la force du courant marin). Les dépenses énergétiques en sont réduites et la production d’énergie augmente pendant les navigations.


L’hydrogène, l’énergie du futur ?


Bon le solaire, l’éolien et l’hydrolien on connait ! Mais c’est quoi la nouveauté mon cher Jamie ? Et bien c’est l’hydrogène ! Lorsque les conditions météorologiques se dégradent, l’énergie hydrogène stockée dans les piles à combustible est convertie en énergie électrique. Ce procédé permet de maintenir une autonomie suffisante au navire (d’environ 3 jours). En effet quand le soleil et le vent ne suffisent plus, ce sont les réservoirs d’hydrogène qui prennent le relais. C’est un fabuleux « cercle vertueux d’énergies », comme le relate Vincent.

Mais comme évoqué auparavant, les ailes Oceanwings ont un autre rôle majeur : produire cet hydrogène par électrolyse de l’eau avec l’électricité suffisante. Une action auparavant possible uniquement lors des escales. C’est un point crucial dans l’avancée du voyage du navire où les conditions d’ensoleillement ne sont pas favorables.

L’Energy Observer à Spitzberg, île norvégienne menacée par le réchauffement climatique

Cette plateforme mobile est véritablement une vitrine promotionnelle. Un démonstrateur des solutions énergétiques innovantes : produire de l’hydrogène tout en naviguant, c’est une première mondiale !!

Ce “smartgrid flottant” peut révolutionner considérablement le transport maritime du futur, mais aussi donner des idées novatrices aux grandes écuries productrices d’hydrogène. Un message clair qu’on peut facilement résumer suivant les propos de Vincent par la règle des 3D : « DIGITALISER, DÉCARBONER et DÉCENTRALISER ».

Malgré cela, beaucoup de scepticisme sur cette innovation se fait ressentir. Certains osent même dire que « l’hydrogène, c’est du pétrole en smoking ».

Ce gaz léger doit en effet verdir sa production et c’est ce qu’a compris la jeune entreprise française Lhyfe. Implantée en Vendée, elle produit de l’hydrogène dit “vert” par l’électrolyse d’eau de mer à partir d’énergie éolienne. Une technologie certes plus coûteuse (15€/kg à 40€/kg) que l’hydrogène “gris”, mais qui se veut plus propre. A terme, l’entreprise nantaise veut amener sa technologie au large et prendre exemple sur l’Energy Observer.

Ce premier volet touche malheureusement à sa fin… Il ne me reste plus qu’à vous remercier et espérer que cet article vous a fait ravir. Vous en savez maintenant un peu plus sur le monde technologique qui nous entoure et rythme notre quotidien. N’hésitez pas à partager votre point de vue et votre vision sur le sujet. Je vous invite maintenant à découvrir les chroniques de mes camarades. On se revoit très vite pour un prochain opus ! A plus les amis !



*PPE = Programmation Pluriannuelle de l’Energie
*ABS = American Bureau of Shipping
*bosco = maître d’équipage sur un navire à voile

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