Les trains se déplacent, l'air se déplace. C'est de la physique élémentaire, mais jusqu'à présent, personne n'avait construit de modèle économique énergétique basé dessus. L'Université de Manchester Il a testé des éoliennes verticales installées dans des tunnels ferroviaires qui exploitent l'effet piston généré par les trains. Le vent artificiel généré par le passage des trains fait tourner les pales, produisant ainsi de l'énergie. Énergie nécessaire sur place : éclairage, signalisation, systèmes de secours. Le tout sans émettre un seul gramme de CO₂. Le projet a déjà passé les études de faisabilité et se prépare maintenant à être testé sur des infrastructures réelles. Si cela fonctionne, tant mieux.
L'effet piston des tunnels devient une ressource
Un convoi entrant dans un tunnel pousse devant lui une masse d’air considérable. C'est un phénomène connu depuis des décennies, étudié surtout pour la conception des systèmes de ventilation d'urgence. La compression de l'air génère des débits pouvant atteindre une puissance significative, notamment dans les tunnels longs et fréquentés. L'équipe Département de génie mécanique et aérospatial de l'université anglaise, dirigée par Dr Amir Keshmiri, a développé des éoliennes à axe vertical (VAWT) spécifiquement conçus pour ces flux intermittents et multidirectionnels.
Le projet pilote démarre à partir de la ligne Amélioration de la route transpennine, En collaboration avec Q-Sustain Limitée, une société de conseil en ingénierie basée à Manchester.
La boîte à outils qui calcule le rendement économique
Le cœur du projet ne se résume pas seulement aux éoliennes. Il est VerXis Wind, un logiciel d'analyse technico-économique développé par l'équipe. Saisissez la géométrie du tunnel, les horaires des trains et ses caractéristiques. En quelques minutes, le système fournit des indicateurs financiers de niveau bancaire : production, coût et amortissement. Keshmiri l'explique clairement :
« Nous comblons le fossé entre l'innovation académique et la mise en œuvre concrète, rendant les éoliennes à effet piston non seulement techniquement réalisables, mais aussi véritablement investissables. »
Azhar Quaiyoom, Directeur de la Q-Sustainil ajoute:
VerXis nous permet de tester et d'adapter rapidement les conceptions d'éoliennes à chaque environnement de tunnel spécifique. Il permet de prendre des décisions fondées sur les données pour mettre en œuvre des solutions durables dans les infrastructures ferroviaires, conformes aux objectifs de zéro émission nette du Royaume-Uni, et de calculer le retour sur investissement pour nos clients.
Pourquoi les turbines verticales fonctionnent mieux
Les turbines à axe vertical présentent des avantages distincts dans ce contexte. Ils n'ont pas besoin d'être exposés au vent car ils captent les flux provenant de toutes les directions. Les trains circulent dans les deux sens, l'air circule dans les deux sens, les éoliennes à axe vertical fonctionnent toujours. Étude 2020 publiée sur Électronique ont démontré que dans des configurations ferroviaires ouvertes (non pas dans des tunnels, mais le long des voies), un système de turbines verticales peut générer jusqu'à 32,3 MWh par an en tenant compte du passage des trains, contre 30,6 MWh produits par le seul vent naturel.
Dans les tunnels, où l'effet piston est plus concentré et prévisible, l'efficacité pourrait être accrue. Les turbines fonctionnent à faible vitesse de démarrage, s'activant même avec des débits modestes. De plus, elles nécessitent moins d'entretien que les turbines horizontales, qui seraient difficiles à installer et à exploiter dans des espaces confinés.
Pas seulement des tunnels ferroviaires
Le modèle pourrait être étendu. Tunnels routiers, métros, et même conduits de ventilation industriels. Chaque flux d'air gaspillé et régulier offre une opportunité. Une étude récente publiée dans Rapports scientifiques Nous avons analysé comment les micro-éoliennes pourraient capter le mouvement d'air généré par les grands ventilateurs CVC des centres de données. Dans une installation colombienne équipée de deux refroidisseurs fonctionnant 24h/24 et 7j/7, un système à six turbines a produit 513,82 MWh par an, soit suffisamment pour couvrir la consommation électrique des ventilateurs avec un excédent de 131,2 MWh.
La prochaine phase du projet de Manchester consiste à tester le système en tunnels réels et à poursuivre le développement de la boîte à outils VerXis. L'objectif est d'influencer les futures normes énergétiques ferroviaires, non seulement au Royaume-Uni, mais dans toute l'Europe. Si le modèle s'avère évolutif, des éoliennes pourraient être installées dans des milliers de kilomètres de tunnels d'ici dix ans.
L'idée de base est simple : si quelque chose bouge et déplace de l'air, c'est de l'énergie. Jusqu'ici, nous l'avons laissée se dissiper. Il est peut-être temps de la mettre à profit.
