Le débit des oléoducs et gazoducs alimente les capteurs en conditions extrêmes
Le projet HarshEnergy, financé par l’UE, a relevé ce défi en utilisant des nanomatériaux. L’équipe a mis au point des systèmes innovants de récupération d’énergie pour alimenter les réseaux de capteurs destinés à l’industrie pétrolière et gazière dans des environnements où règnent des températures supérieures à 250 °C et des pressions de 10 000 psi. L’industrie pétrolière et gazière fonctionne dans des conditions souvent si extrêmes que le recours aux méthodes traditionnelles de production d’énergie, comme les cellules photovoltaïques, s’avère impossible. Ces activités essentielles doivent toutefois être suivies au moyen de réseaux de capteurs. «La solution réside dans le développement et l’optimisation de nanomatériaux capables de récupérer l’énergie dans des environnements difficiles caractérisés par des températures et des pressions élevées», explique Joao Ventura, coordinateur du projet. La récupération d’énergie constitue un défi en raison de sa capacité limitée de production d’énergie. L’idée est de récupérer l’énergie à partir d’un processus où une certaine forme d’énergie est gaspillée, comme l’énergie cinétique des fluides circulant dans un oléoduc/gazoduc. Toutefois, les technologies existantes ne peuvent généralement produire qu’une faible quantité d’énergie électrique. Le défi consiste donc à déterminer la meilleure façon de tirer parti d’une si petite quantité d’énergie. Technologies combinées HarshEnergy a utilisé l’hybridation de trois technologies différentes de récupération d’énergie – piézoélectricité, triboélectricité et induction électromagnétique – pour créer des prototypes composés de micro- et nanogénérateurs hybrides. «Ces dispositifs intègrent des technologies complémentaires de récupération d’énergie dans des conditions extrêmes de température et de pression, et exploitent le débit de fluides qui s’écoulent à travers un oléoduc/gazoduc ou les vibrations existantes pour produire de l’électricité», explique M. Ventura. Les entreprises tirent déjà profit de l’automatisation et de la surveillance de leurs activités de base. En effet, elles utilisent les réseaux de capteurs pour recueillir de grandes quantités de données qui peuvent améliorer la prise de décision ou même prévoir le prochain cycle de maintenance des équipements lourds. D’après M. Ventura: «Les entreprises qui souhaitent devenir plus compétitives que jamais devront améliorer leur surveillance en utilisant de plus en plus de capteurs, ce qui nécessitera de plus en plus d’énergie. Les véritables bénéficiaires de HarshEnergy sont ces entreprises-là.» De plus, chaque capteur dispose généralement d’une petite batterie comme source d’énergie, qui doit être remplacée de temps à autre. «Si l’industrie du pétrole et du gaz utilisait des centaines voire des milliers de capteurs pour surveiller ses activités, la mise en place d’un nanogénérateur récupérateur d’énergie pourrait éliminer ce besoin en énergie. Cela rendrait l’opération moins onéreuse, plus sûre et plus propre, dans la mesure où les batteries peuvent exploser et produire une grande quantité de déchets. En outre, étant donné que l’exploitation reviendrait moins chère, l’industrie pourrait installer plus de capteurs pour surveiller ses activités et gagner encore davantage en compétitivité et prendre de meilleures décisions axées sur les données», constate M. Ventura. Meilleur pour l’environnement Au cours de leur cycle de vie, les nanogénérateurs triboélectriques affichent une meilleure performance environnementale, des coûts de production réduits et des émissions de dioxyde de carbone réduites. Toutefois, la performance environnementale de certains prototypes pourrait être légèrement réduite en raison d’une concentration plus élevée en acrylique dans leur architecture et d’une plus grande consommation d’énergie électrique lors de leur fabrication. Néanmoins, l’acrylique peut être viable du point de vue écologique au vu de sa recyclabilité et son potentiel de réutilisation. Par ailleurs, ce matériau ne génère pas de gaz toxiques nocifs à la santé humaine et à l’environnement lors des processus de combustion, car il reste stable lors de l’exposition aux rayons ultraviolets. «Les nanogénérateurs triboélectriques présentent une meilleure performance environnementale que les cellules solaires organiques et à base de silicium que l’on trouve dans le commerce. Cependant, certains prototypes ont une durée d’amortissement énergétique légèrement supérieure à celle de la technologie photovoltaïque basée sur l’iodure de méthylammonium et de plomb à structure de pérovskite comme couche active de récupération de la lumière», conclut M. Ventura.
Mots‑clés
HarshEnergy, capteur, récupération d’énergie, température, pression, nanomatériau, triboélectrique, gaz, pétrole, hybridation, piézoélectricité, induction électromagnétique
