Quand on manœuvre un cerf-volant dans le ciel, impossible de ne pas sentir la force de traction qui s’exerce sur les fils tendus. Si on le fait glisser sur les côtés, il prend de la vitesse et la force de traction redouble. Tel est le principe simple sur lequel repose la technologie brevetée par Minesto, développeur de technologies d’énergie marine. Au lieu de fendre l’air, son cerf-volant évolue dans l’eau, 1 000 fois plus dense que l’air. Par conséquent, l’énergie produite est plus concentrée.

L’hydrolienne, qui ressemble à un avion, a été conçue pour offrir le moins de résistance possible. Ses ailes exploitent la portance hydrodynamique des courants sous-marins pour mouvoir le cerf-volant. Grâce à un système de guidage intégré, celui-ci suit une trajectoire prédéterminée en forme de huit et sa turbine tourne à une vitesse supérieure à celle du courant. L’électricité produite est ensuite envoyée au réseau par la génératrice embarquée via le câble fixe qui ancre le cerf-volant au fond de la mer.

Parc énergétique pour cerfs-volants sous-marins

Le modèle le plus petit, le Dragon 4, a été mis en service au large de la ville de Vestmanna, aux îles Féroé, entre la Norvège et l’Islande. Le premier parc d’énergie produite par cerfs-volants sous-marins au monde est en cours d’aménagement dans l’Hestfjord, un bras de mer voisin. Une fois achevé, il affichera une capacité prévue correspondant à 30 MW et une production annuelle de 84 GWh.

Je veux m’assurer que la conception de base est la bonne dès le départ. C’est la raison pour laquelle il était tout naturel de faire appel à SKF.

Niklas Lagesson, ingénieur d’études en chef chez Minesto

Parallèlement, la prochaine génération de cerfs-volants est en cours de développement à Göteborg, en Suède. Destiné à la production d’énergie à grande échelle, le Dragon 12 a une envergure de 12 m de bout en bout, une masse à vide de 28 tonnes et une capacité de production de 1,2 MW. Minesto est la seule entreprise à concevoir des cerfs-volants exploités dans les courants de marée et les courants marins à faible vitesse. Sa technologie pourra être mise en œuvre dans de nombreux milieux océaniques à travers le monde.

Dès le début de la phase de développement de Dragon 12, Niklas Lagesson, ingénieur d’études en chef chez Minesto, a demandé à SKF de l’aider à mettre au point les systèmes de roulements et d’étanchéité des gouvernes de profondeur et de direction. « En ma qualité de concepteur, je veux maîtriser tous les paramètres et m’assurer que la conception de base est la bonne dès le départ. C’est la raison pour laquelle il était tout naturel de faire appel à SKF, qui possède une grande expérience en matière de solutions de roulements et d’étanchéité. »

Une bonne idée préliminaire

Pour Yvonne Rydberg, l’ingénieure d’applications SKF qui a assisté Niklas Lagesson pendant la phase d’étude, cette initiative était la bienvenue : « Minesto a eu une bonne idée dès le départ en investissant très en amont du temps et des ressources en vue d’optimiser la solution de roulements. Cela nous a donné plus de latitude pour créer un montage d’un bon rapport efficacité-prix aboutissant aux performances recherchées. Cela permet aux clients de gagner du temps et de l’argent, du stade de l’étude au produit fini prêt à être commercialisé. »

SKF a également recommandé un lubrifiant spécial pour les roulements, car les lents mouvements de va-et-vient de la gouverne de direction du cerf-volant en action pouvaient rendre difficile la formation d’un film lubrifiant.

« Cette solution est le produit de l’expérience acquise dans le secteur de l’éolien et de ce que nous appelons le roulement de pale, indique Yvonne Rydberg. C’est le roulement qui raccorde le moyeu du rotor à la pale du rotor, laquelle effectue un mouvement comparable en service. »

Autres éléments pivots de la solution, les joints en S-Ecopur^®, matériau développé par SKF. Ce matériau unique en son genre est idéal pour les applications en milieu marin dont les joints sont autolubrifiants.

« Les joints jouent un rôle crucial en empêchant l’eau de pénétrer dans la machine. En outre, ils doivent remplir la délicate mission de suivre l’arbre dans toutes les positions tout en tournant avec un faible coefficient de frottement », précise Anders Jönsson, responsable de la ligne de production de joints chez SKF Suède.

L’intérêt de l’outil en ligne

Pendant le développement de Dragon 12, Niklas Lagesson et ses collègues ont eu recours à Simpro Quick de SKF, un outil en ligne conçu pour répondre aux besoins des ingénieurs d’études en matière de modélisation et d’évaluation des modèles et pour tester les performances de différents montages de roulements. Simpro Quick est destiné à faciliter et à accélérer la phase d’étude et à permettre à l’utilisateur d’optimiser le choix des roulements dans la solution envisagée.

Grâce à cet outil, Niklas Lagesson a pu accéder à l’ensemble du réseau d’expertise technique de SKF. « Les ingénieurs d’études prennent souvent des décisions seuls, voilà pourquoi c’est formidable de pouvoir accéder à un vaste réseau de compétences. En fin de compte, c’est la somme totale des contributions de tous les ingénieurs qui permet d’arriver à la meilleure solution. »

Un produit commercial solide

Une fois le cerf-volant en service, d’importantes contraintes s’exercent sur les matériaux et les composants. Cela est dû principalement à la trajectoire prédéterminée en forme de huit. L’hydrolienne évolue à une vitesse pouvant atteindre 20 nœuds (37 km/h) à 40 m de profondeur. Les virages sont brusques, le cerf-volant est dimensionné pour supporter des forces équivalentes à 3,5 G dans les courbes. Les composants critiques seront équipés de capteurs SKF et feront l’objet d’une surveillance à distance qui analysera et contrôlera les données en temps réel.

Comme son prédécesseur, le Dragon 12 sera installé et mis en service au large des îles Féroé. Ses composants seront suivis et analysés. SKF conduit actuellement une analyse des roulements et de la lubrification à Göteborg afin de déterminer s’il est nécessaire de rectifier la solution. « Nous nous apportons réciproquement beaucoup de valeur ajoutée dans le cadre de cette collaboration, estime Yvonne Rydberg. Nous accumulons les connaissances et optimisons les performances pour un produit commercial solide. »