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L’hydrolienne de rivière : un défi mécanique et énergétique - Par : Pierre Blanchet,

L’hydrolienne de rivière : un défi mécanique et énergétique


Pierre Blanchet
Pierre Blanchet Profil de l'auteur(e)
Pierre Blanchet est président d’Idénergie, une entreprise démarrée au Centech de l’ÉTS. Il a obtenu un baccalauréat en génie électrique et une maîtrise en génie, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique à l’ÉTS.

Image d’en-tête : Turbine Idénergie en test sous l’eau. , image provenant du site web d’Idénergie : http://www.idenergie.ca/index.html.

Depuis trois ans déjà, la jeune équipe d’entrepreneurs d’Idénergie s’affaire à créer la toute première hydrolienne de rivière domestique au monde. Depuis son démarrage au Centech de l’ÉTS, la compagnie a su en moins de trois ans développer trois générations de prototypes sur lesquels ont été testé plus de sept turbines et bientôt une dizaine de prototypes de générateurs électriques de leur cru. Leur but : donner à la technologie hydrolienne son premier succès commercial mondial.

Faire fonctionner l’ensemble fût un défi de taille. Le générateur et la turbine devaient fonctionner de manière à maximiser les rendements, avoir des plages de fonctionnement nominales qui soient compatibles. En plus de cela, il fallait créer une turbine qui fonctionnerait sous l’eau pendant une dizaine d’années et supporter les forces de l’eau en mouvement. C’est un casse-tête qui peine à être résolu même avec les outils modernes de simulation d’aujourd’hui. Et pour maximiser les rendements, aucun module existant sur le marché ne pouvait être utilisé. Cela a entre autre obligé l’invention et le développement de leur générateur étanche, objet d’un brevet maintenant en phase de PCT (Patent Cooperation Treaty). Une difficulté supplémentaire, car la technologie était nouvelle et n’avait pas de précédent.

Lorsque l’on regarde le produit final, on a peine à croire que l’ensemble est un amalgame de compromis. Par exemple l’épaisseur de la structure nécessaire pour résister aux forces de l’eau vient souvent compromettre une partie du rendement. Aussi, toute forme de carénage qui aurait augmenté le rendement a été exclu à cause de la présence de débris dans une rivière qui se seraient rapidement coincés, accumulés et auraient bloqués en peu de temps son fonctionnement. Une turbine Darrieus a été utilisée car moins coûteuse à produire et pouvant mieux se marier au fait de produire de l’énergie dans moins de deux pieds d’eau de profondeur. Bref, une multitude de contraintes qui ont su enfin coexister dans le design actuel au bout de trois prototypes.

Les deux spécialistes de la mécanique qui en sont les auteurs sont deux diplômés de l’ÉTS, Sylvain Blouin et Gilles Trottier. M. Gilles Trottier, co-fondateur d’Idénergie a d’ailleurs fait son bac en ingénierie à une époque où l’ÉTS commençait à peine et que les diplômes n’étaient pas encore reconnus pas l’ordre des ingénieurs! Bien de l’eau a coulé sous les ponts depuis et M. Trottier est revenu bien des années plus tard faire un diplôme de deuxième cycle en génie des énergies renouvelables sans se douter qu’il se ferait entraîner dans un projet d’entreprise de turbine. Aujourd’hui son expérience en tant qu’ex-entrepreneur en réparation d’équipement forestiers est plus que louable afin d’avoir un produit qui tienne la route.

La structure de l’hydrolienne est principalement faite d’aluminium pour sa compatibilité avec l’eau, sa disponibilité et les connaissances techniques que nous en avons au Québec (voir CQRDA). C’est un très bon moyen de la valoriser en l’utilisant dans une énergie propre. De plus celle-ci est recyclable facilement et a encore une valeur monétaire à la fin de la vie du produit. Ceci s’inscrit très bien dans un contexte de développement durable. Rappelons que les panneaux solaires photovoltaïques sont loin d’être recyclables aussi aisément et constituent pour plusieurs  une fausse solution verte.

Idénergie présente le prototype commercial de l’hydrolienne de rivière domestique en primeur sur Vert & Net d’Écotech Québec.

Dans le monde des énergies renouvelables, il y a bien sûr les éoliennes mais le marché appartient surtout aux panneaux solaires photovoltaïques qui représentent plus de dix milliards annuellement. Cette technologie a eu 50 ans pour se développer et l’a fait grâce à la nécessité d’alimenter en énergie les satellites dans l’espace. Ainsi elle a bénéficiée de sommes astronomiques en recherche et développement. Lorsque l’on regarde une entreprise en démarrage comme Idénergie qui cherche à rivaliser avec cette technologie, le temps et l’argent disponible sont comptés. L’ingénierie doit être efficace, mais le prix du kilowatt heure, la durabilité et la recherche de financement et surtout la commercialisation sont des défis encore plus grands.

Idénergie a donc dû innover dans son modèle d’affaire. Elle ne vend pas qu’une hydrolienne, elle vend une indépendance énergétique à ses usagers. Plus important que sa production électrique instantanée, vient le fait qu’elle produit 24h/24 et limite le nombre de batteries nécessaires. En comparaison, le géant IKEA offre maintenant dans ses magasins du Royaume Uni des ensembles de panneaux solaires à 10 000$, surdimensionnés pour pallier aux périodes de manque de soleil. À ce prix-là, Idénergie est prête à rivaliser avec le géant sur tous les sites comportant une rivière. Et curieusement la machine est démontable en pièce détachées et rentre facilement dans une boîte pour le transport vers les endroits les plus reculés de la planète…

On croit à tort que le panneau solaire règne en roi et maître sur le marché des énergies renouvelables mais la plupart des sites ne sont pas nécessairement propices à son utilisation. On pense à l’ombre produite par les arbres ou encore la saison des pluies dans les régions équatoriales qui les rend inefficaces. Les régions plus nordiques n’ont pas souvent l’ensoleillement requis. Ces régions ont généralement l’avantage de contenir beaucoup de cours d’eau et le prix excessif du kilowattheure des génératrices à essence, principalement dû au transport, finit par rendre l’hydrolienne plus qu’abordable…

Déjà la demande est grande. L’exposition médiatique, la participation aux foires commerciales internationales et le besoin du produit ont valu des centaines d’appels d’intéressés de partout à travers le monde, des États-Unis jusque dans beaucoup de pays d’Afrique et en Inde. L’équipe travaille donc en parallèle sur la mise en marché du produit et la recherche active de fonds pour celle-ci (la commercialisation représente souvent plus du double des coûts de recherche et développement).

L’équipe a installé sa première machine pour une période de plus de 6 mois afin de tester la durabilité du produit à long terme. Le climat hivernal du Québec étant un des meilleurs tests de stress imaginable. Entre temps l’équipe installera d’autres vitrines au Québec en 2014 dans des endroits stratégiques plus achalandés pour suivre l’évolution du produit dans différentes conditions et le faire connaître auprès des consommateurs. Il n’est pas exclu de diffuser des images de la turbine en direct sur le web quand le système sera prêt.

Prototype 2013 de l’hydrolienne de rivière d’Idénergie

Fig 1 : Prototype 2013 de l’hydrolienne de rivière d’Idénergie

L’hydrolienne a été conçue pour fournir entre 2,4 et 7.2 KWh pour l’usager moyen, la puissance étant dépendante de la vitesse du fluide et aussi du confinement de l’eau fournit par la morphologie de la rivière. Il est possible de produire jusqu’à 12 KWh à 3m/s avec la même machine mais l’équipe se concentre surtout à être efficace en basse vitesse (1.2 à 2 m/s), car ce sont ces vitesses que l’on retrouve plus souvent dans la nature et aussi dans lesquelles il est possible d’installer la machine facilement pour l’usager.

L’énergie produite par les hydroliennes de rivière est stockée dans des batteries.  Ainsi pour l’usager qui aurait une production à 100 watt, il accumulerait plus de 2.4 kWh dans toute la journée. Pour la plupart des chalets ou des communautés isolées, c’est déjà plus que suffisant!

Notre prochain article dans ce blogue : L’électronique de puissance, clé de voûte de l’énergie renouvelable…

Fig 2 : De gauche à droite : Denis Bastien (CPA), Gilles Trottier (BSc. Génie Mécanique, Programme court de deuxième cycle en énergie renouvelables), Sylvain Blouin (BSc. Génie Mécanique, Programme court en gestion de l'innovation et candidat à la maîtrise en Gestion de projet) et Pierre Blanchet (BSc. Génie Électrique et MSc Génie des énergies renouvelables), les trois derniers étant des diplômés/étudiants de l'ÉTS.

Fig 2 : De gauche à droite : Denis Bastien (CPA), Gilles Trottier (BSc. Génie Mécanique, Programme court de deuxième cycle en énergie renouvelables), Sylvain Blouin (BSc. Génie Mécanique, Programme court en gestion de l’innovation et candidat à la maîtrise en Gestion de projet) et Pierre Blanchet (BSc. Génie Électrique et MSc Génie des énergies renouvelables), les trois derniers étant des diplômés/étudiants de l’ÉTS.

 

 

 

 

Pierre Blanchet

Profil de l'auteur(e)

Pierre Blanchet est président d’Idénergie, une entreprise démarrée au Centech de l’ÉTS. Il a obtenu un baccalauréat en génie électrique et une maîtrise en génie, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique à l’ÉTS.

Programme : Génie énergies renouvelables et efficacité énergétique  Génie électrique 

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