HORIZONS STIM : Une étudiante de Concordia révolutionne l’énergie éolienne

Pour accroître sa capacité, l’énergie éolienne doit être produite avec plus d’efficacité. C’est justement ce que tente d’accomplir Jennifer Tan, étudiante à la maîtrise au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial, en retravaillant la conception des pales de turbine.

Sous la supervision de Marius Paraschivoiu, M^me Tan recourt à la mécanique des fluides numérique pour examiner l’effet aérodynamique de l’utilisation de pales à géométrie variable dans des éoliennes à axe vertical (EAV). « Mon objectif est de montrer comment améliorer la performance des EAV pour les rendre plus viables », explique-t-elle.

Aujourd’hui, l’industrie éolienne est dominée par les éoliennes à axe horizontal (EAH). Or, les EAV conviennent mieux aux milieux urbains et constituent donc une voie prometteuse pour l’avenir de la production d’énergie solaire.

À la recherche d’une meilleure source d’énergie de remplacement

Quel est le rapport entre l’image ci-dessus et vos travaux à Concordia?

L’image montre la viscosité turbulente générée par une EAV à une seule pale. La pale vient de décrocher : elle a subi une forte diminution de sa portance et une augmentation de sa résistance à cause du grand angle d’attaque. L’écoulement se sépare à la surface de la pale à de larges angles d’attaque, générant des vortex ou des écoulements fortement tourbillonnaires susceptibles de perturber l’écoulement au moment où la pale interagit avec le vortex issu du précédent cycle.

L’un des principaux problèmes auxquels s’attaque ma recherche est de savoir comment accroître les régions qui génèrent le plus d’énergie dans un cycle donné tout en retardant la survenue d’un décrochage. Je veux également empêcher le plus possible l’interaction pale-vortex grâce à un mécanisme de pale à géométrie variable.

Quels résultats attendez-vous de vos travaux? Et quels pourraient en être les effets concrets dans la vie des gens?

Ma recherche vise à montrer à quel point l’utilisation de pales à géométrie variable améliore la performance aérodynamique et, par conséquent, la capacité de production d’énergie de l’éolienne à axe vertical.

Je veux montrer comment améliorer la performance des EAV pour les rendre plus viables. Puisque les EAV sont surtout utilisées en milieu urbain, par exemple sur le toit d’immeubles et d’infrastructures, l’amélioration de leur performance pourrait donner lieu à une meilleure source de production d’énergie de remplacement.

Quels sont les principaux obstacles auxquels vous vous êtes heurtée dans vos travaux?

Dans le domaine de la mécanique des fluides numérique, l’un des principaux défis consiste à mettre en œuvre correctement le modèle et les méthodes de simulation pour s’assurer qu’ils reproduisent bien la physique du phénomène étudié.

De plus, il peut être difficile de trouver un équilibre entre les coûts de calcul et l’exactitude de la solution. Lorsqu’on résout un problème complexe de comportement de l’écoulement, il faut prévoir un coût de calcul plus élevé si on souhaite une meilleure exactitude. Or, cette capacité de calcul n’est pas toujours disponible, et il faut alors trouver un équilibre entre ce qui est faisable et le degré d’exactitude que l’on souhaite atteindre.

Quelle personne, quelle expérience ou quel événement particulier vous a donné l’idée de votre sujet de recherche et incité à vous intéresser à ce domaine?

Le cours Numerical Methods in Engineering m’a donné l’envie de me spécialiser dans le domaine de la mécanique des fluides numérique. Je trouvais extraordinaire de pouvoir décomposer une équation analytique en formes discrètes et de laisser l’ordinateur faire les calculs.

À mes yeux, créer son propre code numérique pour résoudre des problèmes revient à transférer son processus de pensée à une autre entité. Ainsi, dès qu’on se heurte à un problème semblable, on n’a qu’à faire appel à l’entité que l’on vient de concevoir. Le meilleur moment est lorsqu’on procède aux étapes de vérification et de validation, et qu’on réalise que le code ou la méthode fonctionne comme prévu.

Comment les étudiants en STIM que cela intéresse peuvent-ils se lancer dans ce type de recherche? Quel conseil leur donneriez-vous?

Il faut faire preuve de curiosité, aimer résoudre des problèmes et posséder de bonnes bases mathématiques. La mécanique des fluides numérique est un domaine multidisciplinaire. Bien qu’on l’associe habituellement au génie mécanique et aérospatial, il convient tout autant aux personnes ayant une formation en mathématiques, en physique ou en informatique.

Qu’est-ce qui vous plaît le plus à Concordia?

Je trouve que le campus du centre-ville offre un milieu idéal aux étudiants, puisque tout est proche. Les communautés étudiante et professorale s’entraident beaucoup. Que ce soit en participant à des compétitions interuniversitaires ou en collaborant avec des professeurs dans le cadre de leurs travaux, les étudiants ont de multiples occasions d’appliquer leurs connaissances hors des salles de classe.

Vos recherches bénéficient-elles du financement ou du soutien de partenaires ou d’organismes?

Les profils de pale à géométrie variable sont fournis par Alexander Pankonien, ingénieur en recherche aérospatiale au Airforce Research Laboratory (Université du Michigan) ainsi que par Daniel Inman, directeur du Département de génie aérospatial à l’Université du Michigan.

Tous les calculs de l’étude ont été réalisés grâce au supercalculateur de l’Université de Montréal, Briarée, qui est géré par Calcul Québec et Calcul Canada.

Le fonctionnement du supercalculateur est financé par la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), le ministère de l’Économie, de la Science et de l’Innovation du Québec (MESI) et le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQ-NT).

Apprenez-en davantage sur le Département de génie mécanique, industriel et aérospatial.