Réinventée par les nazis, cette turbine de Tesla pourrait révolutionner la production d’électricité verte

Une entreprise berlinoise a retrouvé dans ses archives les plans, datés de 1943, d’un moteur constitué d’une chaudière rotative et d’une turbine à disques. Le principe de celle-ci avait été breveté en 1919 par Nikola Tesla mais son invention n’a jamais été utilisée dans l’industrie. Doté d’un haut rendement et permettant une importante économie de carburant, ce moteur d’un nouveau type était destiné à équiper les avions et les chars de l’armée nazie. Heureusement, la fin de la guerre a mis fin au projet. Aujourd’hui, un consortium de 11 entreprises et 2 universités allemandes a repris l’idée avec comme objectif de mettre sur le marché des micro-turbines pour la production décentralisée d’électricité verte.

Udo Hellwig, le patron de la société berlinoise La Mont, explique comment il a retrouvé dans ses archives les plans d’une machine constituée d’une « chaudière » rotative et de la turbine à disques inventée par Nikola Tesla en 1919. Il y a 77 ans, l’objectif des allemands était d’équiper les avions de la Luftwaffe et les chars de la Wehrmacht d’un moteur sobre en carburant. La défaite des nazis en 1945 n’a cependant pas permis au projet de se concrétiser et l’a plongé dans l’oubli.

Selon Udo Hellwig, cet ancien concept est à la base du développement d’une micro-turbine pour la production décentralisée d’électricité verte.

Autour de La Mont, un consortium de 11 petites entreprises et 2 universités allemandes s’est constitué pour mener le projet à bien. Ces mini centrales électriques pourraient être alimentées en énergie par la chaleur résiduelle contenue dans les fumées d’usines, mais aussi, par exemple par l’air extrait des cabines de peinture (où il est épuré par post-combustion thermique), des fours de boulangerie ou de nombreux autres ateliers ou commerces. Les fumées d’anciennes chaufferies collectives dont le rendement est mauvais pourraient également faire l’affaire. En fait, partout où de la chaleur résiduelle se trouve à une température supérieure à 100°C, elle pourrait servir à alimenter ces mini centrales en énergie, alors que les turbines classiques à ailettes ont besoin de températures beaucoup plus élevées.

Cette performance est rendue possible par l’utilisation d’une petite « chaudière » rotative placée sur le même axe que la turbine et entraînée par celle-ci. La force centrifuge engendrée par la vitesse de rotation d’environ 40.000 tours par minute permet un meilleur transfert de chaleur dans l’évaporateur. Selon les ingénieurs de la société La Mont, cette conception permet une réduction de volume de 90 % par rapport aux solutions classiques utilisées dans les centrales électriques thermiques. Un prototype de mini centrale dont la puissance électrique est de 10 kW est actuellement testé par la société. Son encombrement est tel qu’il entre dans un tonneau de 200 litres.

Le consortium d’entreprises intitulé « ChilledTurbines » travaille aussi sur d’autres versions du concept où l’énergie serait apportée par des pellets de bois, du biométhane ou même de l’hydrogène vert. Dans ces 2 derniers cas, les petites turbines pourraient motoriser des avions ou des navires.

La turbine à disques inventée par Nikola Tesla

Les turbines utilisées dans les centrales électriques thermiques, qu’elles soient au charbon, au gaz ou nucléaires, et même dans les turboréacteurs d’avions, ont une caractéristique commune : elles sont munies d’ailettes. La rotation de la turbine est engendrée par la pression exercée par un mélange gazeux sur ces ailettes.

En 1913, Nikola Tesla a conçu un autre type de turbine, sans ailettes mais équipée de disques lisses. Le célèbre inventeur (qui joua un rôle déterminant dans le développement du courant alternatif) a, en effet, eu l’idée d’utiliser comme force d’entraînement de sa turbine, l’effet de « couche limite des fluides », bien connu par les physiciens et les ingénieurs. Des buses envoient un gaz sous pression sur les bords des disques. Par un effet de viscosité et d’adhésion de la « couche limite » du gaz, celui-ci exerce un frottement sur le disque et au fur et à mesure qu’il ralentit, le gaz cède son énergie aux disques en décrivant un mouvement en spirale vers l’échappement central. Pour que cela fonctionne, l’espacement entre les disques doit être très faible. Par exemple, dans un modèle à vapeur, il est inférieur à un demi-millimètre. Les disques doivent aussi être les plus fins possibles.

Cette conception a beaucoup d’avantages, à commencer par le coût de fabrication, lequel à puissance égale, est fort réduit par rapport à une turbine à ailettes. On comprend bien, en effet, qu’il est beaucoup moins coûteux d’usiner des disques lisses que des ailettes incurvées fabriquées avec des aciers spéciaux pour résister aux sollicitations mécaniques qu’elles subissent. L’encombrement d’une turbine Tesla est aussi largement inférieur à celui du modèle classique. La turbine à disque nécessite en outre beaucoup moins d’entretiens et de révisions, ce qui réduit non seulement le coût d’exploitation mais aussi les durées d’indisponibilité pendant les maintenances. Enfin, selon les affirmations de Tesla, le rendement de sa turbine serait d’environ 95%, ce qui est nettement supérieur à celui des meilleures turbines qui équipent les centrales thermiques ou les turboréacteurs.

Alors vous vous demanderez sans doute pourquoi l’invention de Nikola Tesla n’a jamais été exploitée industriellement. Eh bien, tout simplement parce qu’au début du XXe siècle, la science des matériaux et les machines utilisées pour fabriquer la turbine n’étaient pas aussi avancées qu’aujourd’hui. Eviter que les disques ne se tordent ou ne se voilent était une difficulté majeure à cette époque. Avec les technologies actuelles, les connaissances métallurgiques des ingénieurs d’aujourd’hui, les techniques de conception assistée par ordinateur et les possibilités de fabrication 3D ce n’est plus du tout un problème.

Production décentralisée d’électricité verte

Le consortium formé autour de la société La Mont pour développer des microcentrales constituées d’une chaudière rotative et d’une turbine à disques est assisté par des experts et des scientifiques des universités de Chemnitz et de Wildau. Le projet est aidé financièrement par le ministère allemand de l’économie grâce à un programme de soutien des petites entreprises innovantes.

Les partenaires travaillent à l’élaboration de versions pour 4 applications différentes et visent une mise sur le marché dès l’année prochaine. Différents modèles dont la puissance pourra varier entre 10 et 100 kW seront disponibles. Ils pourront équiper des petites entreprises, des commerces, des institutions et des services publics ou même des ménages. L’objectif est d’établir tout un réseau de production décentralisée d’électricité verte à bas coût.

« Avec l’électrification du parc automobile, la consommation d’électricité augmentera considérablement, en particulier dans les zones rurales » explique Markus Petersen, l’un des coordinateurs du programme. « Le réseau électrique centralisé tel que nous le connaissons ne sera pas en mesure de transporter toute cette électricité. A côté d’autres productions électriques décentralisées, nos microcentrales permettront d’apporter une solution au problème » ajoute-t-il en concluant : « Il s’agira d’une réelle révolution énergétique ».

Pour en savoir plus :https://fr.wikipedia.org/wiki/Turbine_de_Teslahttps://www.erneuerbareenergien.de/ultrakompaktes-kleinkraftwerk-kombiniert-rotationskessel-mit-scheibenturbinehttps://industrieanzeiger.industrie.de/technik/effizienz-sprung-bei-kleinkraftwerken/https://industrieanzeiger.industrie.de/technik/mini-kraftwerk-liefert-20-kw/https://www.maschinenmarkt.vogel.de/ein-kleinkraftwerk-aus-dem-firmenarchiv-a-978045/https://www.chilledturbines.com/zweistufiger Scheiben – Dampferzeuger (chilledturbines.com)