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50 défis

Améliorer le stockage des énergies vertes

[Défi 41] Les voitures électriques disponibles sur le marché ont une autonomie qui dépasse rarement les 300 km. Il reste à améliorer leur performance.

06/11/2012
Guillaume Filion
Étudiant au doctorat en génie mécanique de l’Université Laval
Fréfon défi 41
La toupie de l’avenir

Comment emmagasiner l’énergie produite par les éoliennes et les capteurs solaires? Grâce à un volant d’inertie.
Par Gilles Drouin

Ce sont parfois les principes les plus simples qui permettent les grandes avancées. Ainsi, Guillaume Filion croit que le volant d’inertie – un genre de toupie – pourrait permettre de contourner un des obstacles majeurs au développement des énergies vertes: le stockage.

«Nous expérimentons un accumu­lateur qui utilise ce principe», explique l’étudiant au doctorat en génie mécanique de l’Université Laval.
Un volant d’inertie est une batterie mécanique. L’énergie est accumulée dans le mouvement d’un objet; ici un disque plat qui tourne autour d’un axe vertical, comme une toupie. Sauf que, pour la toupie, l’énergie de départ provient de vos doigts ou d’une cordelette.

Ici, elle provient plutôt d’un courant électrique qui actionne le moteur responsable de la mise en rotation du disque. Celui-ci conserve ensuite sa vitesse de rotation qui n’est rien d’autre que de l’énergie accumulée. Pour utiliser cette énergie, il suffit d’inverser le circuit électrique. La vitesse de rotation du disque diminue alors au fur et à mesure que ce dernier libère son énergie.

Guillaume FilionCe type de stockage offre de nombreux avantages par rapport aux batteries chimiques, comme celles qui utilisent du lithium. «En théorie, il n’y a aucune limite au nombre de fois que l’on peut charger et décharger une batterie mécanique, mentionne le chercheur. Son entretien est aussi beaucoup plus facile. Au besoin, on remplace quelques pièces pour prolonger sa vie.» Autre avantage, aucun déchet ne s’accumule dans l’environnement, comme c’est le cas avec les batteries chimiques.

Cette technologie pourrait très bien servir à l’alimentation de bornes de recharge ultrarapide pour les véhicules électriques. Cela ne prendrait pas plus de temps qu’un plein d’essence! Le volant d’inertie pourrait en outre accumuler de l’énergie pendant les périodes creuses, par exemple la nuit, et la libérer au moment voulu.

La «toupie» de l’Uni­­­ver­sité Laval pourrait aussi s’avérer l’outil idéal pour stocker l’énergie pro­duite par les parcs éoliens et les centrales solaires, qui se caractérisent par l’irré­gu­larité de leur production, ce qui complique leur intégration au réseau de distribution.

Mais pour y parvenir, il faudra d’abord faire en sorte que la toupie tourne beaucoup plus vite. Plus la vitesse de rotation est élevée, plus l’accumulateur pourra stocker et libérer une grande quantité d’énergie. Sauf que plus ça va vite, plus les matériaux utilisés doivent être costauds; et la conception, parfaite.

«Pour l’instant, précise le futur ingénieur, nous utilisons un disque en acier, mais nous espérons pouvoir intégrer des matériaux composites afin de profiter de leurs propriétés mécaniques. L’objectif ultime est de maximiser la quantité d’énergie emmagasinée, tout en minimisant les pertes aérodynamiques, électriques et mécaniques pour conserver l’énergie à long terme, soit au moins 24 heures.»
Ça roule pour l’énergie du futur…


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