L’hydroélectricité – l’électricité produite avec l’énergie de l’eau en mouvement – est la plus grande source de stockage d’énergie et d’énergie renouvelable aux États-Unis et représente 6% de la production totale d’électricité du pays. Mais les développeurs doivent explorer comment l’impact environnemental sur les populations de poissons peut être réduit lorsqu’ils renouvellent un projet hydroélectrique ou en autorisent un nouveau. Les poissons peuvent subir toutes sortes de dommages qui causent des dommages, tels que la turbulence, les aubes de turbine et les changements de pression lorsqu’ils nagent dans les étangs hydroélectriques. Avant de modifier ou de créer un nouveau projet, vous devez tenir compte de la taille de chaque poisson et de son centre de masse, de l’épaisseur et de l’angle des pales de la turbine et de la vitesse à laquelle elles tournent.

Les chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) dans le Tennessee ont soutenu l’hydroélectricité dans le passé grâce à des processus réglementaires améliorés et à des licences, mais ils ont décidé de creuser un peu plus profondément cette fois … ou devrais-je dire nager? L’ORNL a créé un système d’analyse des effets des conceptions de turbines sur des espèces de haute qualité, comme certains types de poissons, pour ses travaux d’évaluation environnementale liés à l’hydroélectricité.

Il n’y a pas beaucoup de normalisation en ce qui concerne les projets hydroélectriques, car ces barrages sont généralement construits pour répondre aux besoins en énergie du client et sont conçus en fonction de la géographie de l’emplacement spécifique.

«Nous voulons produire de l’hydroélectricité d’une manière qui ne nuit pas aux poissons qui passent. Il y a beaucoup de pression sur les propriétaires et les exploitants de barrages électriques pour réduire leur impact environnemental. Il y a de nombreux défis, et l’un d’eux est de donner aux poissons un passage plus sûr », a expliqué Mark Bevelhimer, un retraité ORNL récemment retraité qui a commencé le projet, qui a été financé par le programme de recherche et développement en laboratoire de l’ORNL.

Les chercheurs de l’ORNL combinent leur expertise en sciences de l’environnement, en physique, en capteurs et en fabrication additive pour créer des modèles de poissons à utiliser dans les tests de centrales hydroélectriques. Le projet soutient des écosystèmes sains et l’hydroélectricité – la plus grande ressource d’énergie renouvelable du pays.

Les chercheurs ont décidé que leur meilleur pari serait de construire un appareil de test anthropomorphique (poisson modèle, en termes simples). Les modèles de poissons peuvent générer plusieurs points de données à analyser et aider l’équipe à mieux comprendre les forces des aubes de turbine.

«Nous voulons comprendre les forces que rencontrent différentes espèces de poissons et comment ces forces peuvent entraîner des blessures ou la mortalité. Il peut y avoir des ajustements que les concepteurs et les fabricants de turbines peuvent apporter pour conserver les espèces de poissons tout en minimisant les effets sur la production d’énergie », a expliqué Ryan Saylor, un étudiant du Bredesen Centre for Interdisciplinary Research and Graduate Education travaillant au département des sciences environnementales de l’ORNL.

Ils ont utilisé l’impression 3D pour construire les faux modèles de poissons. Nous avons vu des poissons imprimés en 3D et des faux poissons avec des pièces imprimées en 3D qui ont déjà été utilisées dans des projets de recherche, de l’étude de la peur et de l’anxiété à la sauvegarde de la réalité. Mais au lieu d’utiliser la technologie pour créer les modèles de poissons réels, ils ont plutôt fabriqué des moules imprimés en 3D pour les fabriquer, ce qui est beaucoup plus rapide et moins cher. Les chercheurs ont emmené de vrais poissons à l’usine de démonstration de fabrication (MDF), un département américain de l’usine d’impression 3D à énergie désignée à ORNL, où ils ont été scannés au laser. Ensuite, un programme de conception CAO a utilisé les contours pour créer des formes imprimées en 3D du poisson à tester.

«Chaque espèce a une morphologie différente, donc faire de la moisissure nous permet de capturer ces différences. Nous pouvons faire un poisson exceptionnel assez facilement, dit Brian Post, qui a dirigé l’effort MDF. « Si vous deviez fabriquer les moules de manière conventionnelle, il faudrait plus de temps pour soustraire le moule d’un bloc de matériau. »

Les moules imprimés en 3D permettent aux chercheurs de créer une variété de modèles de poissons en moins de temps. Le gel balistique, développé à l’origine pour l’armée, a été utilisé pour fabriquer les corps des poissons, car il peut être contrôlé pour plusieurs densités afin de simuler le tissu musculaire. De l’huile de cannelle, un agent antimicrobien bon marché, a été mélangée au gel et la combinaison a été versée dans les moules et laissée à se solidifier.

Pour les rendre aussi proches que possible du vrai, les chercheurs ont testé à quel point chaque faux poisson était « collant ». Une fois satisfaits, les modèles de poissons ont ensuite été revêtus d’une couleur semblable à du plastique qui imite la peau et les écailles et les rend plus rigides.

«Il est difficile d’imiter la biologie. Nous avons travaillé pour nous rapprocher le plus possible d’une bonne représentation sans avoir recours à des équipements spéciaux qui peuvent augmenter les coûts, dit Saylor.

La dernière étape consistait à intégrer des capteurs dans le faux poisson, qui mesurent l’accélération et la force G en trois dimensions dans un simulateur de turbine. De plus, des jauges de contrainte mesuraient la façon dont les modèles de poissons se contracteraient ou s’étireraient en raison de la simulation d’aube de turbine.

À ce jour, les chercheurs de l’ORNL ont des moules imprimés en 3D, ont créé et testé des modèles pour quatre espèces de poissons différentes jusqu’à présent – l’achigan, le crapet, la truite arc-en-ciel et l’alose. Mais ils n’ont pas encore terminé avec le modèle – ils continuent à apporter des améliorations, telles que l’augmentation du taux de réponse pour progresser dans l’analyse et l’extraction des données, ainsi qu’une résolution plus élevée des données elles-mêmes. De cette manière, ils peuvent rendre les barrages hydroélectriques plus respectueux des poissons, ce qui soutient un écosystème plus sain. le

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(Source / images: ORNL)



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