Un cerf-volant moderne pour produire de l’énergie avec du vent

Un drone relié à un générateur contenu dans un container: c’est le modèle développé par la start-up suisse Twingtec. TwingTec 2017

Exploiter le vent là où les éoliennes classiques ne peuvent l’attraper. C’est le défi d’une start-up suisse, qui a conçu une centrale éolienne volante. L’objectif du projet Twingtec, présenté à l’Expo 2017 d’Astana est ambitieux: révolutionner le monde de l’éolien avec un drone.

Qui est déjà monté sur la tour Eiffel, sur l’Empire State Building, ou qui a simplement la passion de la montagne en a fait l’expérience sur sa propre peau: plus on monte, plus le vent souffle. Les constructeurs d’éoliennes classiques le savent bien, eux qui pour améliorer le rendement de leurs installations développent des tours toujours plus hautes et des pales toujours plus longues.

«Les éoliennes ont démontré leur utilité, mais elles ont des limites: elles ne peuvent pas arriver là où le vent est le plus fort et le plus constant. Pour des raisons techniques, la hauteur des tours ne peut pas augmenter à l’infini. Et la construction d’éoliennes sur les montagnes est difficile: ça coûte cher et c’est considéré comme une atteinte au paysage», affirme Rolf Luchsinger.

L’ancien étudiant de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich entend donc exploiter ce monde de la haute altitude avec un projet innovant: «Nous sommes en train de développer une nouvelle forme d’énergie éolienne».

Vitesse moyenne du vent à 50 et à 200 mètres du sol (source: Twingtec) swissinfo.ch

Éolienne de haute altitude

Expert en matériaux ultralégers, Rolf Luchsinger est le cofondateur et directeur de TwingtecLien externe, une start-up née en 2013 sur le campus du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) à Dübendorf, près de Zurich. Son système est apparemment simple: un aéronef relié à un générateur électrique.

L’aéronef vole comme un cerf-volant, en rond ou en «huit», en exploitant les courants de haute altitude. Plus il monte et plus le câble qui le relie au sol se déroule, ce qui fait tourner le treuil du générateur. Quand il a atteint son altitude maximale et que toute la longueur du câble est déroulée, l’aéronef redescend comme un planeur avant de recommencer un nouveau cycle, comme le montre le film de démonstration de Twingtec 

L’idée de produire de l’énergie éolienne avec des cerfs-volants avait déjà été exposée dans une publication de 1980, rappelle Rolf Luchsinger. Mais la technologie faisait alors défaut. «Le concept est ressorti il y a une dizaine d’années, avec le développement des grands cerfs-volants manœuvrables du kite surfing».

Et c’est justement la rencontre du physicien avec un passionné de kite surfing de la Haute Ecole spécialisée du nord-ouest de la Suisse qui va donner naissance au projet Twingtec. Après quatre ans de recherche et développement, la start-up zurichoise a transformé le cerf-volant classique en un drone ultraléger, automatisé et doté d’une instrumentation satellitaire moderne. Le prototype a une envergure d’environ trois mètres et pèse six kilos. «Il vole à un altitude comprise entre 100 et 300 mètres. Il est capable de décoller et d’atterrir seul, selon les conditions de vent», indique Rolf Luchsinger.

Pour les chercheurs, la difficulté majeure a été d’intégrer toutes les fonctionnalités et les modalités de vol dans un objet unique. «L’avantage, c’est que nous avons pu profiter des progrès de deux marchés de masse: celui des drones civils et celui des moteurs et des batteries de véhicules électriques», explique le physicien.

Les collaborateurs de Twingtec (Rolf Luchsinger est le deuxième depuis la gauche dans le rang du haut), avec le prototype du drone. twintec.ch

Le vent à la place du diesel

Par rapport aux turbines à vent traditionnelles, le système Twingtec permet, comme on l’a vu, de profiter du vent d’altitude. Mais pas uniquement. «Nous n’avons pas besoin de tours, ni de fondations: la quantité de matériel est dix fois inférieure. Le container qui renferme le générateur peut être transporté facilement et a peu d’impact sur le paysage», énumère Rolf Luchsinger.

Drones vs. éoliennes

Contactée par swissinfo.ch, l’Association européenne pour l’énergie éolienneWindEuropeLien externe affirme «soutenir toutes les innovations dans le domaine de l’énergie éolienne qui contribuent à la transition énergétique globale». Mais celles qui font appel à des cerfs-volants ou à des drones sont «des technologies de niche, qui ne parviendront pas à aider les pays à réduire leurs émissions de manière significative. Elles sont trop coûteuses et pas encore testées à large échelle», écrit Andrew Canning, porte-parole de WindEurope. Bien que les éoliennes classiques existent depuis un certain temps, souligne-t-il, le secteur «continue à innover, l’industrie s’efforce d’abaisser les coûts et d’augmenter la puissance et l’éolien aide à intégrer le renouvelable dans notre système énergétique».

La mobilité, souligne-t-il, est un des atouts principaux du système. «Nous pouvons le déplacer dans des zones éloignées, par exemple en cas de catastrophe naturelle. Mais surtout, dans des endroits où le réseau électrique n’arrive pas et où on utilise des générateurs à énergies fossiles. Je pense par exemple aux habitats isolés».

Le premier modèle pilote sera testé l’année prochaine près d’une mine au Canada. Dans une seconde phase, Twingtec développera une installation plus puissante, de 100 kW (suffisante pour couvrir les besoins d’une centaine d’habitations). Selon le responsable de la start-up, elle permettra d’économiser 100’000 litres de diesel et 240 tonnes de CO2 par année. «On pourra produire de l’électricité moins polluante et moins chère. Pour un générateur diesel, le prix à la production est de 30 à 50 centimes le kWh. Avec notre technologie, on pourrait descendre à 5-10 centimes».

Drones sur les Alpes suisses

En Suisse, l’éolien ne couvre qu’une toute petite part (0,2%) des besoins en électricité. Après l’acceptation en votation populaire de la Stratégie énergétique 2050, qui prévoit l’abandon du nucléaire, la Confédération est désormais appelée à multiplier la production des sources renouvelables, y compris le vent. Le projet Twingtec pourrait-il être une partie de la solution?

«Je doute que l’on voie un jour nos drones survoler chaque maison ou chaque quartier du pays. Financièrement, cela n’en vaudrait pas la peine, sans compter les limitations de vol, surtout au-dessus des agglomérations. Par contre, le système pourrait s’avérer utile sur les Alpes, où il y a de bonnes conditions de vent, mais où il est difficile de construire des éoliennes. Il pourrait par exemple alimenter les remontées mécaniques», estime Rolf Luchsinger.

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Des parcs éoliens en pleine mer

L’équipe de Twingtec n’est pas la seule à travailler avec des versions modernes du cerf-volant. Les start-ups et les entreprises actives dans ce secteur sont au moins une dizaine. Selon un récent articleLien externe du site spécialisé CleanTechnica, on trouverait parmi les plus avancées l’américaine MakaniLien externe, propriétés de Google et la néerlandaise AmpyxLien externe. L’italienne KiteGen ResearchLien externe, qui a inauguré au printemps un centre de production avec des ailes géantes, fait aussi partie des plus prometteuses, selon CleanTechnica.

«Elles suivent toutes le même concept du cerf-volant, mais en développant des objets de formes diverses. Nous sommes les premiers à utiliser un drone», note Rolf Luchsinger. Une innovation reconnue à l’exposition internationale d’Astana 2017: sélectionnée parmi 780 participants de 55 pays, Twingtec est une des 30 start-ups mondiales – et la seule suisse – lauréate du concours #NEWENERGY pour les énergies alternatives.

«Apporter l’énergie du vent là où les éoliennes traditionnelles ne peuvent pas arriver, c’est une vraie révolution», affirme Rolf Luchsinger, qui regarde déjà vers l’avenir. «J’imagine des grands parcs éoliens offshore. Les grandes villes côtières pourraient avoir leurs centrales éoliennes en pleine mer».

Représentation d’un parc éolien en pleine mer. twingtec.ch

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(Traduction de l’italien: Marc-André Miserez)