Nous nous sommes tellement focalisés sur les systèmes de stockage chimiques ces derniers temps, que certains d’entre nous oublient d’autres vieilles batteries mécaniques, apparemment plus efficaces.
Une telle batterie est le volant d’inertie. Plusieurs expériences réussies ont été menées au cours des 50 dernières années, et les applications du volant d’inertie allaient de l’utilisation comme onduleur pour un hôpital à la mise en mouvement d’un train entier, puis à sa vitesse de croisière, uniquement par sa puissance.
Comment fonctionne une batterie mécanique ? Avez-vous déjà réparé votre vélo et, alors qu’il était assis à l’envers, fait tourner les pédales pour que la roue atteigne un régime élevé ? Si vous l’avez fait, vous avez peut-être observé qu’en essayant d’arrêter la roue, vous exercez une force sur elle. Qu’est-ce que cela signifie ? Il y a de l’énergie stockée dans le mouvement de rotation de la roue, énergie qui se perd par la friction (et, éventuellement, la chaleur).
Des gars intelligents ont pensé à utiliser cette énergie de rotation d’un volant d’inertie et à lui faire faire quelque chose d’utile. C’est une technologie ancienne, cependant, qu’il a été écrit il y a des siècles.
Donc, les scientifiques ont créé des tubes d’acier, les ont mis sur des paliers magnétiques (la connexion du tube au stator était à travers un champ magnétique, pour réduire la friction), et ont fait tourner la chose jusqu’à 50 000 tr/min. Au besoin, ils utilisaient cette force de rotation pour produire de l’électricité (de manière classique), et diminuaient sa vitesse en en extrayant de l’énergie. Cela ne vous a pas fait sourciller ? Eh bien, vous pouvez penser que le volant d’inertie s’arrête rapidement, mais les chiffres montrent que les capacités énergétiques typiques vont de 3 kWh à 133 kWh, avec une efficacité de stockage allant jusqu’à 90%.
Il y avait des bus expérimentaux construits dans les années 1950, appelés « gyrobus », et utilisés à Yverdon, en Suisse. De même, des prototypes de voitures ont été construits sur ce principe. De nouveaux matériaux, comme les fibres de carbone, les rendent plus utilisables et plus puissants. En fait, plus le matériau du volant d’inertie est solide, plus la vitesse de rotation et l’énergie qu’il peut stocker sont élevées. C’est la seule limite et le seul danger sérieux des volants d’inertie. Il peut se briser en morceaux s’il tourne trop vite.
Les batteries mécaniques résistent également au temps. Un chercheur en ECE, le Dr Mark Flynn, de l’Université du Texas à Austin, a conçu un système de volant d’inertie qui pourrait durer 20 ans d’utilisation continue.
« La conception de Flynn capture l’énergie de freinage et l’utilise pour le prochain levage. Plus important encore, l’ajout d’un système de stockage d’énergie à volant d’inertie réduit les besoins en puissance de pointe, ce qui permet d’économiser de l’énergie pendant les périodes d’inactivité. Des tests sur le terrain en Chine ont montré que lorsque les opérateurs utilisaient un groupe électrogène adapté aux besoins de puissance réduits et ajoutaient une batterie mécanique, la consommation de carburant baissait de 38 %, avec des réductions significatives des émissions de NOx et de PM.
Le contrôleur de moteur à volant d’inertie de Flynn remplace également les batteries industrielles utilisées par les centres de données critiques et les hôpitaux. « Les batteries industrielles sont moins chères au départ qu’un volant d’inertie, mais lorsque vous tenez compte de la maintenance et du fait de devoir payer plus de charge que nécessaire pour éviter le remplacement fréquent de la batterie, une solution basée sur un volant d’inertie peut être considérablement moins chère », explique Flynn. « Un volant d’inertie VYCON durera 20 ans et élimine le problème de ce qu’il faut faire avec 200 batteries au plomb toxiques à grande échelle. »
Les hôpitaux et les centres de sauvegarde de données ne peuvent pas se permettre des coupures de courant. Les vies et la reprise après sinistre des entreprises dépendent d’un flux d’énergie ininterrompu. Une panne de courant typique est très courte et la plupart des hôpitaux et des centres de données ont des générateurs diesel de secours, ce qui signifie que le stockage d’énergie supplémentaire d’une batterie industrielle n’est jamais pleinement utilisé. La plupart des pannes ne dépassent pas la capacité d’un volant d’inertie, mais lorsque la panne persiste, le volant d’inertie absorbe les anomalies de puissance dommageables, puis transfère gracieusement l’énergie au générateur – répondant ainsi aux réglementations sur l’alimentation d’urgence qui stipulent que les groupes électrogènes doivent être capables d’assumer la charge en 10 secondes. Les batteries mécaniques ont également une plus grande tolérance aux cycles rapides. »
La présence de volants d’inertie nous donne une alternative aux batteries chimiques, et l’impulsion nécessaire pour poursuivre le développement de cette technologie intéressante. Par exemple, je pourrais en utiliser un de poche pour alimenter la batterie tout juste finie de mon ordinateur portable. La possibilité de rendre ces choses mobiles, pour une utilisation dans des voitures électriques ou d’autres applications, a été testée, et il a été découvert que cela nécessiterait des mesures spéciales pour ne pas interférer avec la stabilité de la voiture dans les virages. J’écrirai à ce sujet dans un prochain article.
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