Énergie immédiate - Les processus de vide augmentent l’efficacité des volants d’inertie

Énergie immédiate - Les processus de vide augmentent l’efficacité des volants d’inertie

Les volants d’inertie permettent le stockage et la restitution immédiate de l’énergie cinétique. Ce système est idéal lorsqu’une grande quantité d’énergie est requise très rapidement. Les processus de vide rendent cette technologie plus efficace.
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Tous les enfants connaissent le principe physique consistant à remonter une petite voiture en frottant ses roues deux ou trois fois sur le sol avant de la laisser partir dans un vrombissement, entraînée par un volant d'inertie. Lorsque l'enfant pousse la voiture, un petit disque en métal raccordé aux roues tourne rapidement. L'énergie de rotation d'une tôle d'à peine quelques grammes est suffisante pour une course de petites voitures.

Les processus de vide optimisent les performances de fonctionnement

Bien évidemment, le volant d'inertie est bien plus qu'un simple jouet. Parmi d'autres applications actuelles, les volants d'inertie sont utilisés pour atténuer les fluctuations de l'alimentation sur secteur et stocker provisoirement l'énergie de freinage. Un vide est souvent appliqué pour rendre l'utilisation de la technologie du volant d'inertie plus efficace, car, à mesure que le nombre de rotations et la vitesse de rotation augmentent, les effets de la traînée et de la turbulence augmentent également. Cela réduit sensiblement les performances de l'appareil de stockage à rotation en le ralentissant et peut même détruire les volants d'inertie en plastique perfectionnés en raison de la formation de chaleur de friction. Ce problème peut être évité si la roue tourne dans un boîtier totalement hermétique en étant confinée sous vide poussé et soumise à aucune résistance à l'air. Cela permet également de réduire les pertes inévitables d'énergie au ralenti et d'augmenter l'efficacité du volant d'inertie.

Les roulements magnétiques sont également de plus en plus utilisés pour l'axe de rotation, en lieu et place des roulements à billes traditionnels, afin d'éviter au maximum les pertes par frottement. Par conséquent, l'axe de la roue flotte dans un champ magnétique et tourne sans friction.

La vitesse compte

Les volants d'inertie stockent l'énergie dans un corps en mouvement et sont ainsi généralement fabriqués en métal, ce qui les rend plutôt lourds. Le facteur limitant est plus connu sous le nom de vitesse circonférentielle, c'est à dire la vitesse de rotation du bord extérieur de la roue. Plus la vitesse augmente, plus la force centrifuge augmente. Le matériau finit par atteindre ses limites et peut éclater. On observe ainsi une tendance à utiliser, pour les volants d'inerties, des matériaux en fibres de carbone haute résistance qui ne nécessitent pas de masse importante.

Le contenu énergétique d'une masse en rotation augmente par le carré de la vitesse de rotation. Cela signifie que la capacité à stocker de l'énergie peut être davantage augmentée avec une vitesse de rotation plus rapide plutôt qu'avec des disques plus lourds ou plus grands. Les plastiques renforcés de fibres sont légers et leur résistance leur permet de supporter des vitesses de rotation très élevées. Ils sont capables d'effectuer jusqu'à 100 000 tours par minute.

Générateur à volant d'inertie dans une chambre à vide pour Porsche 918 RSR | 'porsche 918 rsr' by cmonville, used under CC BY 2.0

Technologie éprouvée

Le principe du volant d'inertie en tant que réserve immédiate d'énergie cinétique est utilisé dans de nombreuses applications. Il servait de mécanisme d'entraînement pour les tours de potier à l'époque classique, pour les machines à vapeur pendant la révolution industrielle et dans les voitures de course modernes. Les règles de la FIA autorisent l'utilisation du stockage d'énergie par volant d'inertie qui se recharge lors du freinage et se décharge pendant l'accélération. En 2012, deux Audi R18 e-tron quattro avec système de récupération de l'énergie cinétique sont même arrivées première et deuxième lors des 24 Heures du Mans.

Cependant, les volants d'inertie actuels sont généralement utilisés comme système d'entraînement de générateurs afin d'atténuer les fluctuations du secteur. 97 % de l'ensemble des perturbations du réseau durent moins de 3 secondes ; un délai insuffisant pour atteindre la vitesse requise avec un groupe diesel électrogène de secours. En revanche, l'énergie d'un générateur à volant d'inertie est disponible en quelques millièmes de seconde. Elle compense les fluctuations du secteur et sert de tampon jusqu'à ce que le dispositif d'alimentation de secours puisse commencer à fonctionner.

Busch propose des technologies de vide pour les appareils de stockage à rotation dans différentes applications.


Haute puissance pour des expériences de fusion

Les performances élevées des générateurs à volant d'inertie sont également utilisées pour accéder rapidement à une grande quantité d'énergie, par exemple pour l'expérience de fusion d'ASDEX Upgrade au sein de l'Institut Max Planck de Physique des Plasmas de Garching en Allemagne. Un volant d'inertie de 400 tonnes est amené à 3 000 tours par minute. Il fournit alors 150 MW d'électricité pendant 10 secondes afin de chauffer le plasma.

Trois fois la vitesse du son

Le volant d'inertie en fibre de carbone développé pour les sports automobiles mesure 30 millimètres de diamètre et atteint 60 000 tours. Cela signifie qu'il atteint trois fois la vitesse du son au niveau du bord extérieur. Le volant d'inertie tourne sous vide dans une chambre hermétique et l'électricité est transmise au moyen d'un accouplement magnétique.


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