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HAO 1
Objectifs
L'objectif principal de la campagne d'essais effectuée à l'été 2009 était d'établir le potentiel d'extraction d'énergie de la technologie d'hydrolienne à ailes oscillantes. Ceci a été réalisé par de nombreuses mesures sur un prototype complet en opération.
Plusieurs simulations numériques (CFD) ont été effectuées durant les 4 dernières années afin d'optimiser le concept à ailes oscillantes. La comparaison de ces prédictions numériques avec les mesures expérimentales devraient permettre de valider et/ou d'améliorer les modèles numériques.
Le projet hydrolienne HAO-Laval de 3 ans a culminé à l'été 2009 par une campagne d'essais expérimentaux sur un prototype dont les objectifs étaient principalement:
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Démontrer le potentiel d'extraction d'énergie de la technologie de turbine à ailes oscillantes
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Valider la modélisation numérique réalisée au LMFN pour ce type de système;

Le prototype réalisé possède les caractéristiques suivantes:
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La turbine est installée au centre de l'embarcation. Un monte-charge permet de descendre la turbine sous l'embarcation lors des essais et de la remonter au dessus de l'embarcation à la fin des tests. En opération, les ailes oscillent à 2 m sous l'embarcation et les essais se déroulent dans une zone suffisamment profonde pour ne pas influencer les ailes;
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L'embarcation est très grande (environ 10 m de longueur) et très massive (environ 3000 kg) de manière à rester stable lorsque la turbine est en marche;
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La turbine possède deux ailes en configuration tandem. Les ailes présentent une envergure de près de 2 mètres.
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Un moteur hors-bord permet de propulser l'embarcation, ce qui permet de faire des essais à des vitesses allant jusqu'à 2 m/s;
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Le prototype installé est équipé pour produire environ 2 kW d'électricité à l'aide d'un alternateur commercial. L'électricité ainsi produite sert à recharger des batteries ou est dissipée dans des éléments chauffants.
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Des appareils permettant de mesurer la vitesse de l'embarcation (courantomètres) sont installés sous l'embarcation de manière à connaître en tout temps et avec précision la vitesse de l'eau par rapport à la turbine.
Un des défis associé à la campagne expérimentale est de trouver un emplacement d’essai qui convienne à la fois à la turbine et qui offre des conditions d’opérations convenables au contexte expérimental.
Pour assurer l'uniformité et le contrôle de l'écoulement d'eau, il a été décidé d’installer l’hydrolienne sur une grande embarcation (ponton) motorisée construite sur mesure. Ce montage permet plus de liberté dans le choix des conditions d'opérations comparé à un montage en rivière.
Il est à noter que l’application ultime d’une hydrolienne est bien sûr en rivière, fleuve ou estuaire et non pas à bord d’embarcations en mouvement.
La figure ci-dessous montre le montage expérimental (ponton et turbine).
Description du prototype
Le prototype possède des instruments de mesure permettant de connaître en tout temps la puissance extraite. Ces derniers sont:
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Un couplomètre, appareil qui permet de mesurer le couple à la sortie de l'hydrolienne et juste en amont de la boîte d'engrenages et de l'alternateur.
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Un résolveur, appareil qui permet de mesurer la vitesse de rotation de l'hydrolienne de manière très précise. Ce dernier est situé sur le même arbre que le couplomètre.
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Des accéléromètres permettent de caractériser la stabilité de l'embarcation.
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Des courantomètres installés sous l'eau mesurent la vitesse de l'embarcation.
On évalue la puissance extraite en effectuant le produit entre le couple instantané et la vitesse de rotation instantanée, soit:
Puissance [Watts] = Couple [Newton-mètre] x Vitesse de rotation [radians/seconde]
Cette mesure est enregistrée plusieurs fois par seconde sur un ordinateur portable lors des essais. En comparant la valeur moyenne de la puissance extraite avec la puissance disponible dans l'écoulement (proportionnelle au cube de la vitesse de l'eau), il est possible de chiffrer l'efficacité d'extraction d'énergie du prototype.

Qu'est-ce qu'on mesure?
La campagne expérimentale HAO-Laval de l'été 2009 a été couronnée de succès.
Les résultats recueillis en cours d'essais ont été analysés et confirment le succès de la campagne (voir articles publiés dans la section Liens). La technologie d'hydrolienne à ailes oscillantes est certainement prometteuse avec des efficacités d'extraction d'énergie de plus de 40% enregistrées.
La réussite de cette première phase de développement d'une hydrolienne à ailes oscillantes marque le commencement de la deuxième phase de développement. > HAO 2
Aperçu des résultats sur poster présenté au 4e Symposium INORE
Conclusions
Photos
Voici quelques photos prises à différentes étapes du projet et surtout durant la campagne d'essais réalisée au lac Beauport, près de Québec à l'été 2009:
Remerciements
Pour leur contribution à ce projet de recherche novateur, l'équipe du projet HAO tient à remercier chaleureusement:
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Le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)
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La Municipalité de Lac-Beauport
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Mme Hélène Renaud, directrice générale
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Mme Nathalie Fournier, chargée de projets en environnement
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Mme Marie-Élaine Boivin, responsable du club nautique
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M. Mathieu Durette, chargé de projets en environnement adjoint
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La Société de Valorisation des Applications de la Recherche (SOVAR)
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M. Luc Potvin, Ph.D.
conseiller scientifique -
M. Yves Matte, ing. M.Sc.
directeur R-D, ingénierie, sciences physiques et TI
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Atelier de génie mécanique de l'Université Laval
Jonathan Talbot
Jean-Claude Gariépy
Pierre Carrier
Frédéric Morin
Le laboratoire de machines hydrauliques
Mme Claire Deschênes, ing., Ph.D., directrice
M. Richard Fraser, ing., professionnel de recherche
Anciens étudiants et collègues
Annick D'Auteuil
Pierre-Luc Delagrave
Jérôme Deschamps
Jean-Frédéric Faure
Mathieu Olivier
Maxime Jutras
Steve Julien
Équipe projet HAO
Laboratoire de mécanique des fluides numérique (LMFN)
Guy Dumas
guy.dumas@gmc.ulaval.ca
Professeur, directeur du projet HAO
Thomas Kinsey
Étudiant doctorat
Marc-André Plourde-Campagna
Étudiant maîtrise
Julie Lefrançois
Étudiante maîtrise, 2006-2008
Pascal Bochud
Étudiant maîtrise, 2006-2008
Le bureau de design
Jean Ruel
Professeur
Guillaume Lalande
Étudiant maîtrise
Laboratoire de mécanique des fluides
Jean Lemay
Professeur
Laboratoire de robotique
Clément Gosselin
Professeur
Louis-Alexis Allen-Demers
Étudiant maîtrise, 2006-2007
Conseiller scientifique
Yves Jean
Professionnel de recherche GMC, spécialiste en électro-mécanique
Laboratoire d'électrotechnique, d'électronique de puissance et de commande industrielle (LEEPCI)
Philippe Viarouge
Professeur
Arnaud Méhut
Étudiant maîtrise
























