Baptisé Vivace, un système original de récupération d'énergie permettrait selon son concepteur de tirer profit de courants très faibles, dans l'océan, les fleuves ou les rivières. Simple dans son principe et dans sa réalisation, cette technique utilise les turbulences générées par un obstacle.
     Dans les rivières ou les océans, l'eau, en général, se déplace lentement. Les courants rapides sont l'exception. Or, les systèmes jusque-là imaginés pour récupérer cette énergie, constitués de turbines, ont le plus souvent besoin de vitesses élevées. C'est en pensant à l'énorme gisement inexploité des courants faibles que Timothy Wootton, professeur au Michigan College of Engineering, a voulu s'inspirer... des poissons et des turbulences. L'idée est d'utiliser les vortex naturellement créés, par exemple, en aval d'une pile de pont dans une rivière. Timothy Wootton les étudie depuis longtemps et rappelle que la première description de ce phénomène est à mettre à l'actif de Léonard de Vinci.
     Toujours considérés comme destructeurs, ces tourbillons dégradent en effet très efficacement les berges, qu'elles soient naturelles ou artificielles, et les spécialistes en hydrologie ne les ont étudiés que pour mieux les combattre. Ils existent également dans l'atmosphère sous l'effet du vent et sont rendus responsables de l'écroulement spectaculaire du pont de Tacoma en novembre 1940 aux Etats-Unis (Etat de Washington).
     Or, explique Wootton, les poissons savent en tirer profit grâce aux ondulations de leurs corps, la partie postérieure se glissant entre les tourbillons générés par l'avant de l'animal. C'est à peu près ce principe qui a été utilisé pour réaliser un prototype de générateur d'énergie, baptisé Vivace, pour Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy. Avisé, Timothy Wootton en a fait une technologie à vendre par l'intermédiaire de la société Vortex Hydro Energy, qu'il a créée.

Installations modulables
     Pour l'instant, le prototype est un unique cylindre maintenu horizontalement par deux montants verticaux sur lesquels il peut coulisser verticalement. Sous l'effet du courant, des différences aléatoires de vitesses apparaissent au-dessus ou au-dessus du cylindre, provoquant des variations momentanées de pression attirant le cylindre vers le haut ou vers le bas. Ces mouvements peuvent alors servir à générer de l'électricité.
     D'après Thimothy Wootton, l'engin produit de l'énergie à partir d'un courant de 1,6 nœud (3 km/h), qui resterait inexploitable par une technique classique. Le rendement serait de 22% mais le chercheur n'a semble-t-il pas pousser l'expérience jusqu'à la production d'électricité. Cependant, ce spécialiste de l'hydrologie a déterminé la relation entre vitesse du courant et énergie récupérée, qui dépend de la viscosité du liquide et du nombre de Reynolds (qui décrit le type d'écoulement).
     Dans les installations imaginées, un convertisseur Vivace se composerait d'un très grand nombre de cylindres horizontaux régulièrement répartis sur le fond. Leur espacement devra être de quatre fois leur diamètre pour maximiser la formation de tourbillons. Comme le cylindre du prototype, ils seront soumis à des mouvements d'oscillation qu'il sera possible d'exploiter pour générer de l'électricité. Avec un courant de 3 nœuds (5,6 km/h), Wootton prévoit 50 kW avec une petite installation comportant 657 cylindres occupant 45 mètres carrés. Mais le chercheur voit grand et imagine des installations bien plus vastes, qui atteindraient le gigawatt avec près de 33.000 cylindres qui s'étaleraient sur 1,5 kilomètre carré.

Lorsqu'un courant (Current) heurte un obstacle (Bluff Body), les lignes de courant (Flow Lines) s'écartent de part et d'autre puis se rassemblent derrière en formant des tourbillons (Vortices). Mais le phénomène est irrégulier et, parfois, un flux direct évacue l'eau sans créer de tourbillon (Shedding), d'un côté ou de l'autre. Cette dissymétrie génère une force de pression sur l'obstacle et, s'il est mobile, un mouvement (Movement). © Vortex Hydro Energy

'Fish Technology' Draws Renewable Energy From Slow Water Currents
'Vortex Induced Vibrations'

Anne Arbor, Michigan -- Slow-moving ocean and river currents could be a new, reliable and affordable alternative energy source. A University of Michigan engineer has made a machine that works like a fish to turn potentially destructive vibrations in fluid flows into clean, renewable power.
     The machine is called VIVACE. A paper on it is published in the current issue of the quarterly Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering.
     VIVACE is the first known device that could harness energy from most of the water currents around the globe because it works in flows moving slower than 2 knots (about 2 miles per hour.) Most of the Earth's currents are slower than 3 knots. Turbines and water mills need an average of 5 or 6 knots to operate efficiently.
     VIVACE stands for Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy. It doesn't depend on waves, tides, turbines or dams. It's a unique hydrokinetic energy system that relies on "vortex induced vibrations."
     Vortex induced vibrations are undulations that a rounded or cylinder-shaped object makes in a flow of fluid, which can be air or water. The presence of the object puts kinks in the current's speed as it skims by. This causes eddies, or vortices, to form in a pattern on opposite sides of the object. The vortices push and pull the object up and down or left and right, perpendicular to the current.
     These vibrations in wind toppled the Tacoma Narrows bridge in Washington in 1940 and the Ferrybridge power station cooling towers in England in 1965. In water, the vibrations regularly damage docks, oil rigs and coastal buildings.
     "For the past 25 years, engineers---myself included---have been trying to suppress vortex induced vibrations. But now at Michigan we're doing the opposite. We enhance the vibrations and harness this powerful and destructive force in nature," said VIVACE developer Michael Bernitsas, a professor in the U-M Department of Naval Architecture and Marine Engineering.
     Fish have long known how to put the vortices that cause these vibrations to good use. "VIVACE copies aspects of fish technology," Bernitsas said. "Fish curve their bodies to glide between the vortices shed by the bodies of the fish in front of them. Their muscle power alone could not propel them through the water at the speed they go, so they ride in each other's wake."
     This generation of Bernitsas' machine looks nothing like a fish, though he says future versions will have the equivalent of a tail and surface roughness a kin to scales. The working prototype in his lab is just one sleek cylinder attached to springs. The cylinder hangs horizontally across the flow of water in a tractor-trailer-sized tank in his marine renewable energy laboratory. The water in the tank flows at 1.5 knots.
     Here's how VIVACE works: The very presence of the cylinder in the current causes alternating vortices to form above and below the cylinder. The vortices push and pull the passive cylinder up and down on its springs, creating mechanical energy. Then, the machine converts the mechanical energy into electricity.
     Just a few cylinders might be enough to power an anchored ship, or a lighthouse, Bernitsas says. These cylinders could be stacked in a short ladder. The professor estimates that array of VIVACE converters the size of a running track and about two stories high could power about 100,000 houses. Such an array could rest on a river bed or it could dangle, suspended in the water. But it would all be under the surface.
     Because the oscillations of VIVACE would be slow, it is theorized that the system would not harm marine life like dams and water turbines can.
     Bernitsas says VIVACE energy would cost about 5.5 cents per kWh. Wind energy costs 6.9 cents a kWh. Nuclear costs 4.6, and solar power costs between 16 and 48 cents per kWh depending on the location.
     "There won't be one solution for the world's energy needs," Bernitsas said. "But if we could harness 0.1 percent of the energy in the ocean, we could support the energy needs of 15 billion people."
     The researchers recently completed a feasibility study that found the device could draw power from the Detroit River. They are working to deploy one for a pilot project there within the 18 months. 

Source:
- 'Fish Technology' Draws Renewable Energy From Slow Water Currents. (24/11/2008) ScienceDaily - http://www.sciencedaily.com/releases/2008/11/081121125604.htm
- VIVACE (Vortex Induced Vibrations Aquatic Clean Energy) - http://www.vortexhydroenergy.com/
- VIVACE (Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy): A New Concept in Generation of Clean and Renewable Energy From Fluid Flow (Nov. 2008). Vol. 130, Issue 4. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. http://asmedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=ASMEDL
Rédacteur:
Agathe Dumas (deputy-envt.mst@ambafrance-us.org)
Origine:
BE Etats-Unis numéro 145 (5/12/2008) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT