La technologie spatiale au service du rendement des éoliennes

14 décembre 2009

Une start-up française du Business Incubation Centre (BIC) de l’ESA/ESTEC aux Pays-Bas a développé un petit instrument permettant de mesurer la vitesse et la direction du vent depuis le sol jusqu'à une altitude de 200 mètres, une information cruciale quand il s’agit de construire une éolienne pour produire de l’électricité.

L’entreprise française Leosphere a élaboré le système Windcube en utilisant la télédétection par laser ou Lidar afin de mesurer avec une extrême précision la vitesse et la direction du vent, les turbulences et le cisaillement du vent. La mesure de la distance jusqu’à des objets par un rayon laser est similaire à la mesure par un sonar des distances sous l’eau utilisant des impulsions sonores.

Le concept Lidar utilisé par Leosphere est semblable à celui qu’utilisera l’ESA lors de sa mission Aeolus Earth Explorer Atmospheric Dynamics qui a pour objectif de fournir depuis l’espace, des mesures globales des profils du vent afin d’améliorer la qualité des prévisions météorologiques et faire progresser notre connaissance de la dynamique atmosphérique et des processus climatiques. Le lancement d’Aeolus est prévu pour 2011.

Aeolus

« Le Windcube envoie des impulsions lasers afin de mesurer les caractéristiques du vent. La lumière du laser est rétrodiffusée par des particules se trouvant dans l’air, telles que la poussière, l’eau et les aérosols, puis dirigée vers un récepteur optique. Ces signaux capturent le mouvement des particules atmosphériques et, par des algorithmes complexes nous pouvons déterminer la vitesse absolue et la direction du vent dans les lignes de visée du laser » explique Laurent Sauvage, le directeur scientifique de Leosphere.

Soutien du BIC de l’ESA pour lancer le projet

Leosphere a reçu le soutien du BIC de l’ESA lors de sa phase de démarrage à Noordwijk, aux Pays-Bas. L’entreprise a également collaboré avec le laboratoire aérospatial français ONERA durant le développement du système.

« Nous avons été soutenu par les experts de l’ESA afin de peaufiner notre business plan et développer notre système. En fait, grâce au support sans faille que nous avons reçu à l’ESTEC ainsi qu’aux informations précieuses des experts Lidar de l’ESA de part leur expérience unique de manipulation d’équipement dans des conditions environnementales difficiles, nous avons été capables de développer notre business partout en Europe », souligne Laurent Sauvage.

ESA BIC Noordwijk support optimise Leosphere's Windcube
Optimisation du Windcube

L’ESA a donné une grande impulsion au développement technologique par le biais de son initiative d’incubation d’entreprises. Errico Armadillo, directeur du service Opto Electronique à l’ESA explique : « notre expertise sur Aeolus s’est révélée être très importante pour les ingénieurs de Leosphere afin d’élaborer un système résistant au mieux les variations de températures, pour optimiser son poids et pour définir le meilleur traitement de surface pour les optiques. Le savoir-faire des ingénieurs de l’ESA qui travaillent dans des environnements spatiaux hostiles a été très utile pour eux ».

Ne construisez pas des mâts, allumez la lumière

Mesure des conditions du vent

Pour que les nouveaux parcs éoliens soient rentables, il est essentiel de connaitre les conditions locales du vent et d’identifier la meilleure localisation pour chacune des éoliennes. Comprendre les conditions du vent peut être difficile car les arbres, les falaises ou les collines affectent la force et la direction. Une méthode typique est de hisser des mâts et d’ensuite estimer les conditions du vent. Le Windcube peut remplacer ou compléter cette méthode.

Klaus Andersen d’Alpha Wind Energy au Danemark explique : « le Windcube remplit nos conditions pour mesurer précisément le vent dans des lieux éloignés dans lesquels un mât traditionnel n’est pas réalisable pour plusieurs raisons. Leosphere a permis à Alpha Wind Energy d’exploiter une nouvelle technologie, qui rendra possible les mesures du vent dans des endroits auparavant inaccessibles. »

La même technologie transposée à d'autres domaines

Lidar technology to measure wind conditions
Dix hauteurs de mesure

Leosphere a conçu plusieurs systèmes Lidar portatifs pour le marché de l’environnement, en suivant le business plan développé et validé au BIC de l’ESA à Noordwijk.

“Avec notre système Windcube nous pouvons mesurer le profil du vent avec dix hauteurs d’altitude programmables d’une portée de 40-200 m ou de 100-5000 mètres verticalement au dessus du point de mesure, selon le besoin de notre client. De plus, nous avons développé d’autres systèmes qui utilisent la même technologie Lidar pour mesurer les paramètres des nuages et des aérosols. Plus de 80 systèmes sont maintenant installés dans 14 pays, contribuant à la surveillance régionale et mondiale des processus météorologiques et du changement climatique » ajoute Laurent Sauvage.

Perçue comme une technologie émergente il y a de cela quelques années, la technologie Lidar du vent et des aérosols est maintenant largement utilisée pour les instruments d’observation quotidienne qui alimentent les bases de données et les modèles météorologiques.

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