Vortex Artficiel

Présentation

Le vortex artificiel tire partie de la part d'énergie potentielle contenue dans l'écoulement. L'objectif est de faire entrer l'air du flux principal dans un conduit en spirale pour générer un tourbillon. Or la mécanique des fluides nous indique qu'un tourbillon est un minimum local de pression. 

En effet comme les particules fluides tournent autour d'un axe elle subissent l'influence d'une force centrifuge locale, pour maintenir leur trajectoire circulaire un gradient de pression dirigé vers le centre du tourbillon se crée alors. On comprend ainsi aisément que le centre est bien un minimum de pression.

Ce minimum de pression va créer un appel d'air dont la direction sera colinéaire avec  l'axe du tourbillon. Il suffit alors de placer une éolienne similaire à la RAT actuelle dans ce courant artificiel pour moissonner son énergie 

Schéma du dispositif

 

Mise en pratique

Le dispositif se présenterait un peu comme le diffuseur de la solution précédente mais cette fois son axe serait perpendiculaire à la direction principale de l'écoulement. Il ne serait pas une surface simplement connexe mais une spirale (voir figure), laissant l'air s'engouffrer. Le dispositif aurait une base plus grande que l'autre pour assurer un bon effet Venturi (avoir une dépression le long de l'axe de révolution de l'installation), car les tourbillons tourneront plus vite près de la petite base, par conservation de la masse, induisant une dépression plus grande. Comme dit plus haut une éolienne axiale bipale serait placé à la base la plus grande. 

Cette exploitation originale de l'écoulement n'est pour l'instant que peu utilisée dans le domaine éolien. On la trouve plus souvent dans les systèmes d'irrigation (notamment le système ArVo développé par A Venukumar pour de la microhydroélectricité). Cependant un projet d'Atmospheric Vortex Engine s'est développé récemment au Canada et vise à utiliser d'anciennes tours de refroidissement d'installation nucléaire. Leur forme hyperboloïde étant favorable d'une part à la tenue mécanique et d'autres part à la stabilisation des tourbillons. Cependant leurs dispositifs exploitent également les différentiels de densités dus aux effets thermiques, ce qui ne nous concerne pas. Ils obtiennent ainsi dans leurs dispositifs expérimentaux plusieurs kW (entre 1 et 20)

Aussi excitante et étrange que cette solution puisse paraître elle semble au final difficile à mettre en pratique sur un appareil. Premièrement, il faut avoir assez de place pour laisser deux directions d'écoulement (le principal et l'appel d'air).

De plus on ne bénéficie d'aucun effet thermique, puisque notre installation se veut être petite, pour venir appuyer l'effet Venturi.

Enfin, au sol l'air qui se fait aspirer par la grande base est au repos, ce qui n'est pas le cas dans notre étude, il se déplace même très vite (jusqu'à 250m/s) dans une direction orthogonale à celle que l'on souhaite moissonner. Ainsi obtenir une aussi grosse variation de quantité de mouvement par changement de direction nécessite d'avoir une forte dépression dans le dispositif, ce qui devient difficile à obtenir en haute altitude. Toutes ces raisons font que nous avons rejeté cette solution.