Là où l’énergie marine rencontre les systèmes d’alimentation hybrides, ce laboratoire réduit les risques liés à l’intégration

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La plateforme ARIES dispose de capacités essentielles pour émuler et réduire les risques liés aux systèmes d’énergie marine dans diverses applications.

L’énergie issue des vagues océaniques a le potentiel d’alimenter des micro-réseaux offshore et côtiers, servant à recharger des véhicules sous-marins autonomes, à soutenir les capteurs océaniques et l’aquaculture, ainsi qu’à fournir de l’électricité locale aux communautés isolées.

Mais pour exploiter cette énergie, il faut des convertisseurs d’énergie marine interconnectés à divers systèmes de stockage et à des installations de génération hybride, qui constituent encore des technologies naissantes. Entre les risques liés à des équipements non éprouvés et les conditions extrêmes de nombreuses micro-réseaux, le déploiement des technologies énergétiques marines doit être méticuleux. C’est là que les capacités uniques de la plateforme Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) en matière de validation et de réduction des risques deviennent essentielles.

Gérée par le National Laboratory of the Rockies (NLR), ARIES intègre dans le laboratoire les composants clés des systèmes tels que les systèmes électriques, les technologies hydrauliques, l’électronique de puissance ainsi que des modèles physiques de l’océan. Grâce à cette plateforme, les communautés, les entreprises et les groupes de recherche peuvent simuler les performances des dispositifs avant de les plonger dans l’eau, afin de vérifier leur rentabilité à long terme et leur succès technique.

« ARIES permet à NLR et à ses partenaires de valider et d’améliorer des systèmes énergétiques marins hybrides complexes dans un environnement contrôlé, reproductible et accessible », a déclaré Al LiVecchi, responsable du programme de laboratoire d’énergie hydraulique chez NLR. « Cela aide à réduire les risques et à préparer les systèmes pour leur déploiement en mer, tout en accélérant le développement technologique. Aucune entreprise spécialisée dans l’énergie marine qui ait utilisé les infrastructures de laboratoire de NLR n’a manqué d’intégrer les enseignements obtenus dans ses systèmes de nouvelle génération. »

Vagues en laboratoire – Océaniques et électroniques

Les micro-réseaux peuvent soutenir un large éventail d’applications en mer et dans des zones isolées. Sur le plan logistique, l’alimentation en électricité des sites côtiers peut être compromise par la distance, ce qui crée des risques en termes de sécurité et de fiabilité.

Cette préoccupation s’étend aux missions en mer telles que la surveillance des océans et l’aquaculture, ainsi qu’aux bases militaires américaines éloignées, aux villages tribaux isolés et aux industries minières et de pêche reculées. L’électricité provenant du réseau n’est pas toujours disponible — donc, pour certaines communautés, il peut être judicieux de chercher de l’énergie dans l’océan. Mais avant cela, cette source d’énergie peut être testée à l’aide d’ARIES.

« Pour des solutions innovantes en matière d’énergie marine, il peut être difficile d’être sûr de déployer de nouvelles technologies lorsqu’il y a tant d’inconnues », a déclaré Jen Kurtz, directrice de la recherche ARIES au NLR. « ARIES élimine l’incertitude et réduit les risques. Nous créons un environnement de système marin et électrique que nos partenaires s’attendent à rencontrer, le plus proche possible de la réalité. »

Afin de reproduire des systèmes complexes qui intègrent l’énergie marine à des systèmes électriques hybrides, ARIES utilise à la fois du matériel sur mesure et des jumeaux numériques.

Un outil essentiel est un simulateur de vagues océaniques qui fait bouger les dispositifs comme le feraient des vagues réelles dans l’océan. La plateforme de mouvement à grande amplitude, ou LAMP, a été conçue pour déplacer des convertisseurs d’énergie de vague pesant 10 000 kilogrammes le long de six degrés de liberté. LAMP teste la résistance physique des dispositifs aux agitations de l’océan et évalue leur capacité à capter de l’énergie sous différents angles. Les chercheurs du NLR ont caractérisé LAMP de manière exhaustive afin que les propriétés des vagues soient reproduites avec précision.

Pendant que LAMP ondule comme un océan, le reste du système ARIES simule l’intégration au réseau électrique. Les dispositifs testés sont connectés à un ensemble complet d’émulateurs de systèmes électriques de recherche ainsi qu’à leurs systèmes de communication informatique. ARIES peut reproduire n’importe quel système électrique et, pour une fidélité accrue, il fait appel à diverses sources d’énergie sur site.

« Les ressources cyberphysiques d’ARIES sont exceptionnelles et en constante expansion », a déclaré Kurtz. « Quelle que soit la nature des systèmes énergétiques partenaires — qu’ils soient connectés à des électrolyseurs, des batteries ou des charges réactives — nous nous assurons que ARIES puisse les simuler. C’est ainsi que nous parvenons à capturer tous les détails complexes liés à l’intégration de l’énergie marine. »

LAMP convient à de nombreux convertisseurs d’énergie marine, et les dynamomètres du campus Flatirons de NLR offrent une capacité complémentaire pour valider les systèmes de prise d’énergie. Au lieu de reproduire les forces dimensionnelles de l’eau, ils génèrent la rotation nécessaire à la production d’électricité. C’est ainsi que les chercheurs d’ARIES ont étudié le système énergétique offshore autonome SeaRAY. En générant la même puissance que celle produite par le dispositif en mer, l’équipe d’ARIES a pu tester des configurations de microgrille et de nanogrille pour des applications telles que la charge de véhicules sous-marins.

Les dynamomètres ARIES, les émulateurs LAMP et de réseau sont utiles pour tester les prises de force des générateurs rotatifs et linéaires, ainsi que divers dispositifs utilisant les courants marins, marémotifs ou fluviaux. Toute configuration de microgrid à base d’ondes ou d’énergie hydrokinétique est envisageable, et les partenaires sont invités à en profiter.

Versatilité pour les énergies marines et les systèmes d’alimentation hybrides

Le long des côtes américaines et répartis sur les îles et archipels du pays, il existe des centaines de microgrids ayant une connexion limitée ou nulle au réseau principal. Pour les communautés et entreprises envisageant d’utiliser l’énergie marine pour alimenter leurs microgrids, l’électronique de puissance constitue un élément essentiel.

Les électroniques de puissance transforment et filtrent l’électricité afin qu’elle puisse être utilisée de manière fiable par le réseau électrique. L’énergie des vagues, par exemple, envoie une puissance variable et instable sur terre, ce qui complique la capacité du réseau à l’utiliser. Des électroniques équipées de commandes et de matériel adaptés sont nécessaires pour transformer cette puissance brute en électricité utilisable. Cette interface entre les ressources terrestres et celles aquatiques constitue un axe d’étude majeur chez ARIES.

Participez

Afin d’approfondir la connaissance des microréseaux à énergie hydrokinétique et marine, le NLR a organisé une série de webinaires en 2026 portant sur les défis liés à l’intégration des technologies énergétiques marines dans des microréseaux isolés et éloignés, y compris les moyens d’appliquer ARIES à des microréseaux réels. Cette série de webinaires s’adresse également aux participants à des programmes connexes du Département de l’Énergie américain, tels que le Community Microgrid Assistance Partnership et le Energy Technology Innovation Partnership Project, entre autres.

Découvrez en plus d’informations sur la plateforme ARIES et LAMP. Pour collaborer avec nous, veuillez contacter Rebecca.Fao@nlr.gov.

Article du NLR.