Energie propre et renouvelable : des générateurs à la hauteur !

Optimiser la production d’énergie éolienne grâce à des simulateurs haute performance.

La production d’énergie verte est devenue aujourd’hui une vraie priorité compte-tenu de l’urgence à réduire la pollution générée à l’échelle planétaire et de la nécessité de pérenniser les ressources énergétiques. Une des solutions est de produire de l’électricité grâce aux éoliennes qui permettent de transformer l’énergie engendrée par le vent en courants électriques par couplage à un générateur. Ce générateur doit posséder un rendement élevé pour être compétitif avec d’autres formes d’énergie et assurer ainsi sa viabilité économique.

 

 

On voit sur la photo ci-dessous une machine asynchrone, c’est-à-dire une machine à courant alternatif sans connexion entre le stator (partie fixe de la machine) et le rotor (partie rotative de la machine), constituant un exemple d’un tel générateur.

Machine asynchrone ou machine à induction.

Mais pour construire une telle machine, quels matériaux utiliser ? Comment l’optimiser au mieux afin d’utiliser les matériaux dans les meilleures conditions possibles ? De multiples questions se posent aux ingénieurs, et sont autant de points cruciaux auxquels il faut répondre pour parvenir à un dispositif performant. Pour cela, la simulation numérique par ordinateur est un outil incontournable. Elle permet de tester différentes configurations de réalisation sans avoir à les fabriquer en réalité.

Les mathématiques entrent alors en jeu. Il s’agit, en partant des équations de Maxwell qui expliquent les liens s’instaurant entre le champ électrique et le champ magnétique, de mettre au point des méthodes numériques de résolution de ces équations. Parmi celles-ci, la méthode des éléments finis est couramment utilisée. Des développements mathématiques sont alors menés pour trouver des indicateurs sur la fiabilité des calculs réalisés, appelés « estimateurs d’erreur a posteriori ». Ceux-ci permettent de concevoir un moyen d’opérer un calcul précis des phénomènes physiques complexes se produisant dans la machine asynchrone. Il reste alors à implémenter la méthode et ces estimateurs dans un code de calcul industriel, dont l’exécution sur de puissants calculateurs fournit un résultat fiable après un temps de calcul de quelques heures tout au plus.

La photo ci-dessous représente une section du générateur sur laquelle on peut entre autre voir l’induction électrique calculée par le code. Cela permet d’en déduire les performances de la machine envisagée, en fonction des paramètres la caractérisant… et donc celles de la future éolienne !

Calcul de l’induction électrique sur une section du générateur.

 

Brève rédigée par Emmanuel Creusé (Univ. Lille 1), Yvonnick Le Menach, Francis Piriou et Zuqi Tang (Univ. Lille 1).

Pour en savoir plus :

Crédits Images :

  • Première image : domaine public CC0.
  • Seconde image : Laboratoire d’électrotechnique et d’électronique de Puissance de Lille (L2EP).

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