Cette page relate le travail que j’avais fait de 2005 à 2025, à temps partiel. Essentiellement, documenter le travail fait par le passé.

Extraire à l’aide d’un seul engin l’énergie du vent et du soleil, au même moment à chaque instant, est une tâche qui pourrait sembler impossible, étant donné que les vents et la radiation solaire sont essentiellement deux variables indépendantes, comme le montre ces deux cartes:

Bien sûr la présence du vent est un corollaire de l’irradiation solaire, mais, en terme de conception d’un engin de capture d’énergie, la direction des vents et la direction des rayons solaires restent indépendants.

Sans trop vouloir justifier l’importance de combiner l’éolien et le solaire (par exemple, durant le jour, la chaleur du soleil génère plus de mouvements atmosphériques, et donc, crée une augmentation du flux des vents), l’idée de combiner l’éolien et le solaire m’est venue lors d’une visite de l’exposition de Franz Xaver Kutz, à l’Université d’Erlangen-Nürnberg en 2006 (une photo du bouquin est en page principale).

Le principe qui combine l’optique et la mécanique est relativement simple, et sera expliqué dans les lignes qui suivront, et est basé sur la géométrie de l’achatine, ou de spirales logarithmiques disposées d’une façon unique. Par contre, cette combinaison entre optique et mécanique dans un même design entraine une difficulté principale au niveau de la génératrice électrique elle-même, discuté en détails dans une autre page au-delà de cette page d’introduction de la cogitation initiale. En somme, la génératrice devra être cylindrique, contra-rotative, et creuse ! La génératrice en elle-même est un sujet intéressant, et peut aller au-delà d’applications d’énergie (par exemple, propulser un drone cylindrique gyroscopique, rappelant le jouet “X-Zylo”).

Bien qu’il y aie une infinité de façons d’arranger des spirales logarithmiques, il n’existe en fait qu’une seule configuration pour laquelle l’angle opposé des spirales reste perpendiculaire. La section ‘Conception assistée par ordinateur’ montre les détails. La raison de cette unicité est simple à comprendre, étant donné que l’ensemble complet de toutes les spirales logarithmiques disposées dans un cercle varient d’un angle de 0 à 180 degrés, en passant par une seule solution à 90 degré.

A ce point du design, les propriétés de ces spirales logarithmiques pourraient simplement demeurer des curiosités mathématiques. L’unicité vient du choix de l’interaction qu’on impose entre les spirales. Il existe une infinité de choix possibles, mais l’unicité sera fonction de choix structurels désiré. Esthétiquement parlant, ces fonctions mathématiques sont aussi intéressantes, et les valeurs des angles logarithmiques seront données dans la section de ‘Conception’. Ces images avaient été générées en 2005 à l’aide de programmes Fortran90. Ces programmes informatiques seront modernisés et transformés en language Python3 et mis sur la page github/eolevoltaique.

C’est à partir d’ici qu’on s’éloigne des mathématiques, et qu’on aborde la physique…

Si l’on compare avec la Savonius, une éolienne qui suivrait la forme d’une spirale logarithmique serait juste un peu plus sophistiquée à son intérieur. Par contre, l’entrée du vent est beaucoup plus grande qu’un demi-cercle. On dévelopera des données à ce sujet, en terme de mécanique des fluides. Par contre, c’est l’optique qui est intéressante. Si on oublie que c’est une éolienne, le fait est qu’un rayon lumineux qui entre d’un côté, ressort de tout bord. Il y a des logiciels d’optique qui font ce genre de travail (chose qui pourra peut-être être considérée), mais le plus simple était de concevoir un prototype (à quatre pales) suivant le dessin ci-haut, au centre:

Si l’on compare avec la Savonius, une éolienne qui suivrait la forme d’une spirale logarithmique serait juste un peu plus sophistiquée à son intérieur. Par contre, l’entrée du vent est beaucoup plus grande qu’un demi-cercle. On dévelopera des données à ce sujet, en terme de mécanique des fluides. Par contre, c’est l’optique qui est intéressante. Si on oublie que c’est une éolienne, le fait est qu’un rayon lumineux qui entre d’un côté, ressort de tout bord. Il y a des logiciels d’optique qui font ce genre de travail (chose qui pourra peut-être être considérée), mais le plus simple était de concevoir un prototype (à quatre pales) suivant le dessin ci-haut:

Ensuite, y faire passer un laser, et voir que le rayon est diffusé entièrement tout autour de la pièce… En acoustique, en appelle ce phénomène la ‘catacaustique’, dans le sens que l’onde sonore diffuse entièrement à l’intérieur de la spirale logarithmique. C’est la raison pour laquelle en entend l’océan à l’intérieur d’une conque… L’effet ‘catacaustique’ de l’onde sonore, peut être étendu de la même façon en optique, pour l’onde lumineuse. Et c’est là que réside l’idée principale de ce concept: combiner optique (lumière) et mécanique (vent) dans le même design:

Il n’y a bien qu’un seul LASER, qui se diffuse à l’intérieur des 4 pales. La vidéo montre que lorsque l’éolienne tourne, une certaine zone sombre se forme en un court temps. Par contre, si l’éolienne est verticale et ouverte vers le haut, les oscillations d’intensité lumineuses devraient être mineurs. En somme, toute l’éolienne est essentiellement transparante.

Une fois réalisé que l’intérieur entier de la structure se retrouve immergée de photons (de lumière), il devient possible de mettre l’éolienne sous n’importe quelle configuration, en autant que le centre reste creux. Une configuration particulière serait de mettre 2 systèmes d’éoliennes contra-rotatifs, avec la génératrice en son centre. Dans ce sens, il existe un type de génératrice appelée en anglais ‘axial flux’. La photo ci-dessous en montre un prototype. Par contre, la génératrice tourne en son axe central, d’où le nom ‘axial flux’. Par contre, cette génératrice n’est pas creuse en son centre. En observant ce prototype, il devient relativement claire que l’axe central n’est pas essentiel, qu’en fait, la même génératrice peut être conçue à partir de sa circonférence, ce que j’appelle la génératrice ‘rim flux’,

Ainsi, la structure de la génératrice reste creuse, tout comme le reste de l’éolienne. En somme, il est relativement facile de concevoir une éolienne entièrement creuse, et la puissance électrique peut facilement être doublée en utilisant deux systèmes contrarotatifs.

Notons qu’à force d’étudier ce design d’éolienne, on peut se rendre compte que le design est assez simple, à un point tel que le tout pourrait facilement être contruit avec des outils de base, surtout la configuration à 4 pales. Les configurations à 3 ou 5 pales, éxigent de faire des angles de 360 degrés divisés par 3 ou 5, ce qui reste l’unique difficulté.

Ceci complète la section de cogitation. En somme, on parle d’éolienne contra-rotative de type Savonius, avec pales en forme de spirales logarithmiques intérieures, pavés de cellules solaires en couche-mince (flexibles). La principale difficulté est de devoir combiner courant direct (PV) et alternatif (éolienne) d’un système contra-rotatif (donc, 2 rotors, et non pas un stator et rotor), qui devra passer par induction, ou à l’aide de brosses.

Notons qu’en électronique, on parle de ‘biased current’, par exemple dans le cas de microphones avec capaciteur: le signal doit être retiré du courant du capaciteur. Le problème ici est similaire, sauf qu’au lieu d’un signal, on parle de puissance. Je n’ai toujours pas trouvé d’exemple de génération d’électricité qui mélange courants DC et AC. C’est en fait l’unique difficulté de ce design.

Voilà !

Ceci termine la partie la plus simple, la cogitation, et l’utilisation de matériaux simples pour comprendre (et manipuler) ces idées. Les sections suivantes décrivent en détail chacunes des étapes, les codes, etc., ce qui évidemment demande beaucoup plus d’efforts.

En terme de design, de l’éolienne, la contrainte principale est d’avoir des spirales logarithmiques horizontales. Ceci dit, il n’y pas de contraintes sur la superposition des spirales. Par exemple, la dimension des spirales peut varier selon l’axe vertical, ce qui peut générer des sculptures de structures variables, ou même reproduire la structure de l’ADN, en formant une spirale axiale, en plus de la spirale logarithmique radiale.

Note: ce site, éolevoltaïque, ainsi que tous les programmes informatiques (sur github/eolevoltaique) seront écrits uniquement en français. Si les Etats-Unis semblent sortir de leur ‘‘climate denialism’’, je me déciderai peut-être à traduire l’affaire…