Énergie

Un laser dompteur de foudre

Le projet Laser Lightning Rod (LLR) s’attaque à un défi vieux de plusieurs siècles : maîtriser la foudre. Grâce à sa technologie performante, ce laser à térawatts devrait permettre de déclencher la foudre et de décharger ainsi les nuages. Une prouesse qui peut empêcher la foudre naturelle d’atteindre les infrastructures vulnérables.

La foudre, à l’origine de nombreux dégâts

Chaque année, 1 à 3 milliards de coups de foudre atteignent la Terre. Ces éclairs provoquent des pannes électriques, causent d’importants dommages sur les pales d’éoliennes et, plus généralement, dans le domaine de l’électronique. Ils tuent jusqu’à 20’000 personnes par année ainsi que du bétail, et se trouvent à l’origine de nombreux feux de forêts et de dégâts sur les habitations.

De Benjamin Franklin aux lasers

Benjamin Franklin constate la nature électrique du phénomène autour de 1750. Depuis, prédire ou empêcher la foudre est resté un objectif insaisissable pour de nombreux scientifiques. On a bien sûr utilisé des techniques classiques de protection contre la foudre, tel le paratonnerre. Puis, dès les années 1970, des essais ont été menés pour décharger les nuages en déclenchant artificiellement la foudre au moyen de lasers et de fusées. Ce n’est que récemment que l’on a réussi à concevoir et à fabriquer des lasers suffisamment puissants pour initier la foudre. Le projet LLR a pu démontrer qu’un laser à térawatts est capable de créer un canal ionisé qui pourrait déclencher la foudre et décharger les nuages.

« Grâce au machine learning, LLR a pu prédire une décharge de foudre en 10 minutes sur un rayon de 30 km. »

Une large collaboration européenne

Avec un budget de 3,9 millions d’euros, LLR est un projet européen réunissant sept partenaires de trois pays : l’Université de Genève, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), la Haute École spécialisée de Suisse occidentale, le Centre national de la recherche scientifique (France), Airbus Safran Launchers (France), Andre Mysyrowicz Consultants (France) et TRUMPF Scientific Lasers GmbH + Co. KG (Allemagne). Le projet se déploie sur cinq ans, entre 2017 et 2021.

Un laser sur le Säntis

Conçu par l’entreprise allemande TRUMPF Scientific Lasers, un laser à haute puissance et haut taux de répétition a été testé à l’horizontale à Paris pendant le premier semestre 2020. Puis, durant l’été 2021, il a été installé au pied de la tour du Säntis en Appenzell, où des tests de déclenchement de la foudre ont été réalisés. En recourant notamment au machine learning, l’équipe du projet est parvenue à prédire la foudre dans les 10 minutes sur un rayon de 30 km. Cette technique de nowcasting a été développée par le doctorant Amirhossein Mostajabi de l’EPFL, supervisé par le professeur Farhad Rachidi de l’EPFL et co-supervisé par le professeur Marcos Rubinstein de la HEIG-VD.

Autre résultat prometteur : un nouveau modèle pour le processus physique appelé M component pourrait permettre de détecter et de localiser le type de foudre qui est responsable des feux des forêts.

Accélérer la transition énergétique

L’atteinte des objectifs de la stratégie énergétique 2050 passera notamment par la multiplication des projets locaux d’énergie renouvelable (PER). Nombre d’entre eux sont toutefois confrontés à de multiples freins dans leur mise en œuvre. En comparant huit projets locaux en matière d’énergies renouvelables, le projet ICARE vise à identifier des bonnes pratiques pour lever les barrières juridiques et administratives nécessaires à leur mise en œuvre.

Conflits entre politiques publiques

Dans le cadre des projets locaux d’énergies renouvelables, les politiques publiques peinent à se coordonner entre elles et les tribunaux sont souvent saisis. Paradoxalement, les objectifs de décarbonisation entrent en conflit avec ceux des politiques de l'environnement, du paysage, de l'aménagement du territoire, de l'eau ou du patrimoine culturel.

Huit projets énergétiques sous la loupe

Le projet ICARE (Inter-policy Coordination Around Renewable Energies) vise à identifier les conditions favorisant la coordination entre politiques publiques. Cette étude comparative s’intéresse à 8 PER, mis en œuvre dans les cantons de Berne, Neuchâtel, Vaud, au Canada ou encore en France. Ces projets s’inscrivent par ailleurs dans des domaines énergétiques variés : énergie éolienne, biomasse agricole, géothermie et photovoltaïque intégré aux bâtiments.

« Les objectifs des politiques énergétiques contredisent souvent ceux des autres politiques publiques. »

Identifier les bonnes pratiques

Chaque étude de cas se concentre sur trois types de coordination (économique, spatiale et cognitive), en vue de faire ressortir des bonnes pratiques et des lignes directrices à l’intention des promoteurs locaux de PER et des autorités publiques. Ce projet, financé par le Programme de recherche Énergie – économie – société de l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), s’étend de septembre 2020 à août 2023.

La technologie blockchain appliquée aux micro-réseaux d’énergie

Choisie par le domaine Économie et Services de la HES-SO, la HEIG-VD est responsable du volet énergie d’un important travail de recherche dédié à la technologie du blockchain. Baptisé SCODES, ce projet, conduit par le professeur Vincenzo Pallotta, s’est en particulier penché sur les champs d’application les plus prometteurs de cette technologie ainsi que sur les analyses de sa rentabilisation (business cases).

Sous la coordination du Pôle Énergies, des chercheuses et chercheurs de la Haute École se sont associé·e·s au professeur Pallotta pour rédiger un chapitre du livre Blockchain Technologies and Innovations in Business Processes. Cet ouvrage a été publié par l’éditeur Springer au début de l’année 2021. Basé sur des articles précédents, le chapitre rédigé par le professeur Pallotta et son équipe développe des idées innovantes pour l’application de la technologie blockchain au domaine des microgrids notamment. Une thématique qui intéresse particulièrement les entreprises énergétiques qui collaborent étroitement avec la HEIG-VD.

Faciliter le recours aux énergies renouvelables

Bonne nouvelle : nous recourons de plus en plus aux énergies renouvelables. Ceci met toutefois nos réseaux électriques à rude épreuve. Des ingénieur·e·s de la HEIG-VD et de la Haute École d’ingénierie et d’architecture de Fribourg (HEIA), en partenariat avec Romande Energie, sont en passe de trouver une solution à ce défi.

Un réseau électrique sous tension

Déséquilibres ou variations de tension, surcharges et déclenchements inappropriés : les réseaux publics de distribution électrique sont de plus en plus confrontés à des problèmes techniques. Pourquoi ? La part d’électricité renouvelable, qui est davantage produite de manière décentralisée (éoliennes, panneaux solaires, petite hydraulique), mais aussi le recours aux véhicules électriques, sont en augmentation.

Ces évolutions réjouissantes dans nos habitudes de consommation doivent cependant s’accompagner d’adaptations du réseau de distribution électrique basse tension. Une solution consiste à recourir aux dispositifs Soft Open Point (SOP).

« Pour optimiser le recours aux ressources renouvelables, il faut repenser le réseau électrique. »

Qu’est-ce qu’un SOP et comment fonctionne-t-il ?

Un SOP est un dispositif d’électronique de puissance, qui permet à un réseau de distribution radial de fonctionner telle une structure maillée, c'est-à-dire en anneaux fermés. Il est composé essentiellement d’au moins deux convertisseurs de puissance DC-AC, directement connectés coté DC, qui permettent la liaison de deux (ou plus) réseaux de distribution différents, alimentés par un ou plusieurs transformateurs.

Dans des conditions normales (c’est-à-dire sans production d’énergie décentralisée), le SOP est ouvert, ne modifiant ainsi pas la topologie radiale du réseau de distribution basse tension. En cas de production d’énergie décentralisée, le SOP s’enclenche et améliore ainsi, de manière autonome et en temps réel, l’équilibre de deux ou plusieurs lignes de distribution. Ceci permet une optimisation de la gestion des nouvelles ressources renouvelables.

Premiers tests

Romande Energie a mis sur pied le site de démonstration REEL (réseau en équilibre local) à Chapelle-sur-Moudon, qui a pour vocation de permettre le test de technologies innovantes pour les réseaux électriques. Des ingénieur·e·s de la HEIG-VD et de l’HEIA ont saisi cette opportunité pour concevoir et tester un convertisseur SOP. Le prototype fonctionne dans le réseau REEL depuis début 2021.

Des pompes à chaleur plus efficaces avec réfrigérant naturel

La HEIG-VD développe une nouvelle génération de pompes à chaleur. Le projet HEAT-LOCH (High EvAporation Temperature / LOw Charge of Hydrocarbon) vise à fabriquer un démonstrateur pour pompe à chaleur utilisant un réfrigérant naturel.

Ce démonstrateur permet d’utiliser des sources de chaleur à plus de 40°C (rejet thermique industriel ou STEP, géothermie,…) pour relever le niveau de température produite par la pompe à chaleur à des niveaux exploitables pour le chauffage.

L’application de ce procédé dans les sous-stations de réseaux de chauffage urbain a l’avantage de produire de l’eau à des températures flexibles pour le chauffage des bâtiments et pour la production d’eau chaude sanitaire avec un faible impact sur le climat grâce à une très bonne efficience et un réfrigérant naturel à potentiel de réchauffement global nul.

« Le défi technologique ? Réaliser des machines efficaces utilisant des réfrigérants naturels. »

Prévoir l’état du réseau de distribution grâce aux données intégrées

Avec l’objectif de mettre au point une plateforme dédiée à des applications avancées conçues pour gérer l’exploitation d’un réseau de distribution, le projet Grid Data Synergy a été développé en collaboration avec les Services industriels de Genève (SIG) et Depsys SA.

En permettant d’intégrer des données issues des compteurs intelligents et celles transmises par les appareils de mesure du réseau, Grid Data Synergy cherche à développer des applications qui pourront estimer l’état du système de distribution DSSE (Distribution system state estimation). Les données intégrées sont utilisées pour créer des modèles de prévision de charge nodale intra-journalière, nécessaires à la mise en œuvre de ce type d’estimation.

Développé en collaboration avec les SIG et Depsys SA, ce projet étudie en particulier l'impact de la précision des prévisions et de la disponibilité des données sur les résultats de l’estimation de l’état du réseau. Il est conduit à l'aide de données réelles disponibles pour un réseau de distribution dans la Ville de Genève.

Un nouveau CAS en chauffage à distance

Élaborée en 2020, une nouvelle formation continue post-graduée dans le domaine du chauffage à distance sera lancée par l’Institut de Génie Thermique (IGT) en 2021. Les professionnel·le·s intéressé·e·s peuvent désormais compléter leurs compétences et obtenir une certification dans ce domaine d’avenir.

Répondre à une demande croissante

Que ce soit pour desservir des quartiers résidentiels, des communes ou des regroupements industriels, le chauffage à distance offre un grand potentiel de rationalisation des ressources. Aujourd’hui, seuls 3% des habitations profitent de cette distribution de chaleur ; ce domaine est dès lors en pleine expansion. Le Certificate of advanced studies en chauffage à distance (CAS CAD) de la HEIG-VD permet d’acquérir les connaissances de base nécessaires à la réalisation d’un réseau de chauffage à distance et de connaître les différentes contraintes inhérentes à l’élaboration d’un projet dans ce domaine. À l’issue de leur cursus, les certifié·e·s pourront développer une exploitation fiable, qui prend en compte les contraintes énergétiques, environnementales et financières.

« Une formation en six modules pour maîtriser toutes les étapes de l’élaboration d’un projet de chauffage à distance. »

Flexibilité et écolage subventionné

Avantage non négligeable pour les personnes en emploi : le cursus est flexible. Il est ainsi possible de suivre uniquement certains modules, ou un ou plusieurs cours, en tant qu’auditrice ou auditeur libre. En outre, le Canton de Vaud subventionne ce CAS jusqu’à hauteur de 75% des frais d'écolage. Cette subvention peut aussi être obtenue dans les cas où seul un ou plusieurs modules sont suivis.