Un vieux moteur d'avenir

Radeau à moteur Stirling © Ph. Mocquard

Les moteurs électriques ou à combustion ont investi le quotidien au point qu’on en oublie d’autres, comme le moteur Stirling inventé il y a deux siècles par l’Écossais du même nom¹. Ce « moteur à air chaud » a été durant 7 ans la star d’un club au lycée Monge, à Nantes, où des lycéens ont réalisé ou amélioré des prototypes sous la houlette de Philippe Mocquard, enseignant en électrotechnique. Cette initiative a permis de faire d’une pierre trois coups : faciliter la compréhension de la thermodynamique par une pratique ludique ; faire découvrir des machines méconnues et spectaculaires ; promouvoir des systèmes en phase avec les exigences environnementales actuelles. Un moteur à air... comment est-ce possible ? Très simplement : un piston est mu par les variations de volume de l’air dilaté au contact d’une source chaude puis contracté au contact d’une source froide. « Avec les lycéens, nous avons conçu et fabriqué des moteurs qui actionnent une roue, animent un praxinoscope ², font avancer un petit radeau... uniquement avec du chaud et du froid ! », raconte Philippe Mocquard. Par ces réalisations et leur présentation lors de manifestations telles que la Fête de la science et Ramdam à l’Ouest, le club Stirling a suscité l’étonnement du public et fait mouche chez les lycéens. « Il nous a apporté bien d’autres choses que le plaisir d’apprendre et de faire : esprit d’équipe, confiance en soi, autonomie... », témoigne Maxime Chevalier, ancien membre du club. Le moteur Stirling fait l’objet d’applications diverses : on le trouve à bord de sous-marins, de bateaux, de satellites... S’il est toutefois peu répandu et absent du monde automobile, c’est surtout qu’il se prête mal à de fortes montées en régime. En revanche, il permet d’utiliser différentes sources de chaleur déjà disponibles (rayonnement solaire, sources naturelles d’eau chaude, systèmes de cogénération³, chaleur d’ordinateurs qu’il évacue sans consommer d’électricité, etc.) ; il évite alors un gaspillage énergétique et ne pollue pas.

Depuis le départ de son mentor du lycée Monge pour le lycée Livet, le club n’est plus en activité, mais le moteur Stirling n’a sûrement pas rendu son dernier souffle, ni dans les lycées ni ailleurs !

Hélène GÉLOT, étudiante à l’Université de Nantes

Smart grids et patrimoine

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L’actualité de l’énergie est au diapason de la nouvelle culture web, fourmillante d’innovations technologiques. Ainsi nos entreprises et nos habitations seront bientôt truffées d’energy box, compteurs télétransmetteurs auxquels n’échapperont aucune ligne électrique ni aucun tuyau de gaz. L’un des enjeux majeurs de ces réseaux intelligents (smart grids, chez les Anglo-saxons) est de mesurer en détail et en temps réel la demande énergétique afin d’optimiser la production et la distribution. Cette ambition rencontre une complexité nouvelle, non seulement technique, car les « nouvelles énergies » se développent de façon peu prévisible, mais aussi et surtout économique, le marché de l’énergie étant désormais ouvert à une multitude de fournisseurs en concurrence.

Par ailleurs, ni les installations ni les usages, en matière d’énergie, ne peuvent être largement modifiés du jour au lendemain, notamment parce qu’ils sont en partie liés aux sources d’énergie primaires localement disponibles, qui dépendent du climat et des sols. C’est à partir de ce constat que les fondateurs nantais de l’association Patrimoine Énergie Ouest ont voulu mieux connaître et mettre en valeur le « monde énergétique » de la Bretagne et des Pays de la Loire. Ils ont alors recensé un patrimoine complexe, peu connu, et qui témoigne d’une grande ingéniosité : chaufferies à bois pionnières des Pays de la Loire, centrale de Cordemais, usine marémotrice de La Rance, etc. Si ce travail¹ met en lumière des relations plus ou moins évidentes entre ces installations et des particularités géographiques (proximité de l’océan, climat doux et venté, absence de gisements d’énergie fossile et de grands reliefs, productions agricoles abondantes...), c’est aussi une histoire industrielle inédite qui en émerge, et l’on comprend mieux pourquoi, comment et à quel point le vaste estuaire de la Loire, avec notamment son terminal méthanier, sa raffinerie et son port à bois, est devenu le grand « poumon économique » de l’Ouest.

Puisse cet éclairage porté sur nos infrastructures régionales et leurs origines aider à accorder au mieux les futurs choix énergétiques avec la réalité des territoires.

Ivan SAILLARD, directeur de la communication ERDF-Ouest et Président de l’association Patrimoine Énergie Ouest

1. soutenu par les régions Bretagne et Pays de la Loire et source de l’ouvrage illustré Énergies en Bretagne et en Pays de la Loire, l’actualité d'un héritage, à paraître au printemps 2011

Solaire et pédagogique

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En février dernier, un système composé de 8 panneaux photovoltaïques de première génération¹ a été installé à côté du bâtiment Isomer, à l’université de Nantes. Mis au point par PureET, cabinet nantais d’études et de conseils dans la gestion de la mixité énergétique, « cet équipement a d’abord une vocation pédagogique », annonce Nicolas Barreau, enseignant-chercheur à l’Institut des matériaux de Nantes et initiateur du projet. « Les étudiants en physique et en énergies renouvelables vont pouvoir se familiariser avec ce type d’installation et travailler sur des problèmes réalistes, par exemple en étudiant la production d’électricité des panneaux en fonction de leur inclinaison (30° est l’inclinaison optimale à notre latitude). Grâce à une station météo, ils pourront aussi mesurer l’influence, sur ce rendement, de l’irradiance solaire ² ou de la température de l’air. » Pourquoi avoir choisi des cellules de première génération ? « Parce qu’elles représentent encore 95 % du parc photovoltaïque actuel et que ce projet vise aussi à répondre aux interrogations d’industriels, d’installateurs et de particuliers, notamment sur l’importance de l’isolation thermique des panneaux », précise Nicolas. Aujourd’hui, les aides financières³ incitent à intégrer au bâti de tels dispositifs, or un panneau peu ventilé a tendance à chauffer ; la baisse de tension électrique qui en résulte peut diminuer le rendement de plusieurs pourcents. Cette perte reste cependant à mieux comprendre et à évaluer précisément. Voilà sans doute un thème de nouvelles recherches et de futurs travaux pratiques.

Ce projet, dont les résultats seront publiés sur Internet, n’est pas réservé aux étudiants en physique (par exemple, des étudiants en informatique pourraient améliorer le logiciel d’analyse des données) ; il est même ouvert à la curiosité du public⁴

J. D.

Des panachés d'énergies

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E n 2009, le premier lycée de haute qualité environnementale (HQE) des Pays de la Loire a ouvert ses portes à Olonne-sur-mer, en Vendée. « Notre établissement, dédié à la professionnalisation dans les secteurs du nautisme et de l’automobile, est équipé d’éoliennes dont la production électrique assure la ventilation de l’internat », décrit son proviseur Andrée Roux. « Des capteurs solaires thermiques et des panneaux photovoltaïques couvrent respectivement 50 % des besoins en eau chaude et 60 % de l’éclairage de certains bâtiments. » Marc Henry, chargé de projet à la Direction régionale du patrimoine immobilier, précise l’enjeu d’un tel panachage. « La mixité énergétique couplée à une isolation de qualité est un levier efficace pour minimiser le recours aux énergies fossiles, dont le chauffage est grand consommateur. Elle doit néanmoins être accompagnée d’une formation des usagers à la gestion optimale des dispositifs installés. » Et la développer dans les infrastructures scolaires est sans doute une bonne façon de la promouvoir. En 2013, le futur lycée HQE de Clisson visera l’autonomie énergétique.

Le développement de nouveaux systèmes énergétiques nécessite toutefois des aides ou des collaborations. À cette fin, dans notre région, le cluster In’énergie met en relation des entreprises, des centres de formation, des laboratoires de recherche et des acteurs institutionnels pour aider à l’émergence de projets coopératifs tels que Shyper¹. Animé par la Mission Hydrogène Pays de la Loire, ce dernier vise à équiper des bateaux de pêche avec des moteurs électriques alimentés par des piles à hydrogène issu de l’électrolyse de l’eau. « Nous envisageons de fabriquer cet hydrogène grâce à l’électricité fournie par des éoliennes offshore au pied desquelles les navires pourront venir se ravitailler », précise Frédéric Meslin, animateur de la mission. Outre la résolution de difficultés techniques liées notamment au stockage embarqué de l’hydrogène, il fallait convaincre les pêcheurs de céder une partie de leur zone de pêche pour y implanter des éoliennes. « C’est chose faite aujourd’hui, annonce Frédéric Meslin, mais il reste à obtenir de l’État qu’il lève en partie l’interdiction de circulation des véhicules à hydrogène. »

Julie DANET

1. Système hydrogène pour une pêche écologiquement responsable (projet soutenu par l’Europe, l’État, plusieurs régions, des industriels, des fédérations de pêcheurs et des organismes de formation)

Des serveurs économes

© Fotosearch

En 2010, les centres de données informatiques (CDI) ont consommé près de 2 % de l’électricité produite dans le monde, soit ce que fournit une quarantaine de réacteurs nucléaires. Au rythme de leur essor actuel et sans mesure particulière, cette consommation devrait quadrupler d’ici à 2020.

La plupart des CDI « hébergent » des services web, tels ceux de Météo France ou du Trésor public. Ils regroupent jusqu’à plusieurs milliers de serveurs informatiques interconnectés et, parfois, comme dans le cas des déclarations fiscales par Internet, leur sollicitation est sporadique, alors que les serveurs fonctionnent presque tous en permanence.

Depuis 2006, notre équipe de recherche s’attache à optimiser la consommation d’énergie électrique de ces centres. Pour ce faire, elle a développé Entropy, un logiciel libre qui s’appuie sur la possibilité de lancer plusieurs fois en même temps, sur un « serveur physique » (un ordinateur), le programme fournisseur du service (comme si plusieurs opératrices téléphoniques utilisaient la même ligne simultanément) ; un serveur physique peut ainsi comporter plusieurs « serveurs virtuels » afin de traiter davantage de demandes simultanées.

Entropy « interroge » régulièrement toutes les machines du CDI pour connaître leurs charges de travail respectives. Grâce à un algorithme mis au point par notre équipe, il détermine alors une redistribution des serveurs virtuels qui permet de minimiser le nombre de serveurs physiques allumés (il éteint ou rallume des machines selon les besoins du moment) et, par conséquent, la consommation du centre. L’économie d’énergie que peuvent apporter la virtualisation et Entropy dépend de chaque CDI, mais les tests effectués avec différents partenaires¹ indiquent qu’elle pourrait fréquemment atteindre 50 %. Ce projet devrait déboucher bientôt sur la création d’une société qui proposera des outils d’économie « clé en main » basés sur ce logiciel.

Jean-Marc MENAUD, Maître assistant à l’École des mines de Nantes, chercheur à l’Inria et au Lina, Laboratoire d’informatique Nantes Atlantique (Université de Nantes/EMN/CNRS)

1. OrangeLab, Bull et la Direction générale des finances publiques