Un vortex désigne un tourbillon d'axe vertical. (©photo)
Une équipe de chercheurs américains a mis au point un système de production d’électricité à partir de tourbillons d’air. Cette innovation est assez sérieuse pour avoir suscité récemment une visite de l’ex-secrétaire américain à l’énergie Steven Chu à l’équipe.
De l’air chaud à l’électricité
Élaboré au sein du Georgia Institute of Technology d’Atlanta, le système baptisé Solar Vortex exploite la différence de température entre une couche d’air chaud et une couche d’air froid la surplombant. Lorsqu’un volume d’air est chauffé, sa densité diminue. L’air chaud, plus léger que l’air froid, suit une trajectoire ascendante et rencontre la couche d’air froid qui descend. De ces mouvements naissent des courants de convection qui créent de mini-tornades. C’est l’énergie de ces mini-tornades que les chercheurs américains souhaitent capter via une grande turbine à axe vertical.
Le système Solar Vortex constitue ainsi une nouvelle voie de valorisation de l’énergie solaire pour produire de l’électricité, après le photovoltaïque et le thermodynamique(1). Les zones disponibles pour capter cette énergie au sol sont très nombreuses aux États-Unis. En outre, les coûts d’installation et de maintenance d’un système de ce type seraient inférieurs à ceux d’installations renouvelables classiques selon les inventeurs du système. Toujours selon le Georgia Institue of Technology, l’électricité produite par un système Solar Vortex pourrait coûter 20% moins cher que celle produite à partir d’une éolienne et 65% de moins par rapport à un panneau photovoltaïque(2).
Un nouveau potentiel renouvelable
Un prototype d’environ 1 mètre a permis de générer une puissance de quelques watts lors d’une phase de tests. Selon Mark Simpson, inventeur du système, un vortex de 5 m de haut qui passerait à travers une turbine de 10 m de diamètre permettrait de générer une capacité électrique de 50 kW (avec des vents de 8 à 11 m/s), soit l’équivalent de la puissance moyenne de 30 machines à laver le linge. Cette puissance peut sembler faible au regard des nouvelles éoliennes offshore de 6 000 kW ou des réacteurs nucléaires(3) de l’ordre de 900 000 kW.
En termes d’emprise au sol, les turbines à vortex sont toutefois prometteuses par rapport aux autres unités de production électrique renouvelables. Ces systèmes pourraient disposer d’une puissance moyenne de 16 MW/km2 contre 3 à 6 MW/km2 pour un parc éolien classique. Misant sur le soutien financier de l’agence américaine en charge des recherches avancées sur l’énergie propre (ARPA-E), les chercheurs souhaitent disposer d’ici à 2 ans d’un modèle d’une capacité installée de 50 kW.
Principe de fonctionnement du système Solar Vortex (©Georgia Institue of Technology)
