Un matériau nouvellement conçu, qui imite la structure de l’aile de la chouette, pourrait aider à rendre les éoliennes, les ventilateurs d’un ordinateur et même des avions beaucoup plus silencieux. De premiers essais en soufflerie du revêtement ont montré une réduction substantielle du bruit sans effet notable sur l’aérodynamique.
Flying snowy owl
Credit: m01229
Les premiers tests de la matière, qui imite la structure complexe de l’aile d’une chouette, ont démontré qu’elle pourrait réduire considérablement la quantité de bruit produite par les éoliennes et les autres types de pales de ventilateur, tels que ceux dans les ordinateurs ou les avions. Depuis que les éoliennes ont été fortement freinées afin de minimiser le bruit, l’ajout de cette nouvelle surface signifierait qu’elles pourraient fonctionner à des vitesses beaucoup plus élevées – produisant plus d’énergie tout en faisant moins de bruit. Pour une ferme éolienne de taille moyenne, cela pourrait signifier plusieurs mégawatts supplémentaires d’électricité.
La surface a été développée par des chercheurs de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, en collaboration avec des chercheurs de trois institutions aux Etats-Unis. Leurs résultats ont été présentés le 22 Juin à la Conférence de l’Institut américain d’aéronautique et d’astronautique et d’aéroacoustique (AIAA) de Dallas.
« Beaucoup de chouettes – principalement de grands hiboux ou les grandes chouettes grises – sont capables de chasser en furtivité, abattant et capturant leurs proies de manière inaperçue, » a déclaré le professeur Nigel Peake du Département de Cambridge en mathématiques appliquées et physique théorique, qui a dirigé la recherche. « Alors que nous connaissons ces animaux depuis des siècles, ce que nous ne savions pas était de savoir comment ou pourquoi ces chouettes sont capables de voler en silence. »
Nigel Peake et ses collaborateurs des Universités Virginia Tech, Lehigh et Florida Atlantic ont utilisés la microscopie à haute résolution pour examiner les plumes des chouettes dans leurs moindres détails. Ils ont observé que les plumes de vol sur l’aile d’une chouette ont un revêtement duveteux, qui ressemble à une canopée de la forêt vue de dessus. En plus de cet auvent pelucheux, les ailes de la chouette ont aussi un peigne flexible de soies régulièrement espacées le long de leur bord d’attaque et un bord poreux et élastique sur le bord de fuite.
« Aucun autre oiseau a ce genre de structure de l’aile complexe », a déclaré Nigel Peake. « Une grande partie du bruit causé par une aile – si elle est attachée à un oiseau, un avion ou un ventilateur – provient du bord de fuite où le passage de l’air sur la surface de l’aile est turbulent. La structure de l’aile d’une chouette sert à réduire le bruit en lissant le passage de l’air qui passe sur l’aile – diffusant le son de sorte que leur proie ne peut pas les entendre venir « .
Afin de reproduire la structure, les chercheurs ont cherché à concevoir un revêtement qui pourrait « dispeser » le bruit généré par l’aube d’une turbine de la même manière. Les premières expériences comprenaient le fait de recouvrir une pale avec un matériau similaire à celui utilisé pour les voiles de mariage, qui, malgré sa structure ouverte, réduit la rugosité de la surface sous-jacente, en réduisant le bruit de surface jusqu’à 30 dB.
Alors que le «voile de la mariée» a remarquablement bien fonctionné, il n’est pas adapté pour une application sur une éolienne ou un avion. Grâce à un design similaire, les chercheurs ont ensuite mis au point un matériau prototype en plastique imprimé en 3D et testé sur un segment de taille normale d’une aube de turbine éolienne. Lors d’essais en soufflerie, le traitement a réduit le bruit généré par une pale de turbine éolienne de 10 dB, sans impact notable sur l’aérodynamique.
Alors que le revêtement doit encore être optimisé, tout comme son intégration sur un avion qui serait beaucoup plus compliqué que sur une éolienne, il pourrait être utilisé sur une gamme de différents types d’ailes et des pales. La prochaine étape est de tester le revêtement sur une éolienne qui fonctionne. Selon les chercheurs, une réduction significative du bruit généré par une éolienne pourrait lui permettre de tourner plus vite sans bruit supplémentaire, qui, pour une ferme éolienne de taille moyenne, pourrait signifier plusieurs mégawatts supplémentaires d’électricité.
