Le Trésor Des Kerguelen

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213  Fabriquer une éolienne…

     Je reçois à nouveau du courrier concernant les éoliennes…

Vu le prix de ces éoliennes (chez les shipchandlers en particulier), je comprends que l'on ait envie de s'en construire une soi-même. Mais cette réalisation est loin d'être aisée et « rentable ».

Rappel…

     Une éolienne est avant tout un alternateur, (ou génératrice électrique), capable de produire de l'électricité à la demande, mu par le vent. Pour cela il suffit de faire tourner un aimant entre 2 bobines de fil de cuivre entourant un noyau de fer. Le plus simple que l'on connaisse est la dynamo de vélo qui elle, tourne avec le frottement sur le pneu. Dans le cas des alternateurs, les aimants « permanents » sont remplacés par des bobines enroulées autour d'un noyau de fer doux. Ces bobines doivent être excitées par un léger courant électrique et, à ce moment là, elles deviennent des électro-aimants produisant le champ magnétique nécessaire à la génération du courant. Le problème reste le même pour les deux systèmes : obtenir une rotation élevée afin de débiter vraiment.

Réalisation difficile : voici pourquoi…

     En tout premier, ceux qui ont essayé de fabriquer une éolienne à partir d'un vieil alternateur de voiture ont bien vite déchanté.  Pourquoi ?

Eh bien tout simplement ces alternateurs, s'ils sont assez puissants pour débiter une forte énergie (en moyenne 75 A  sous 12,8 V soit 960 W – autrement dit, plus de 1,3 Cv - pour les plus courants…), eh bien ils ne peuvent le faire qu'à un régime de rotation élevé. Or c'est bien çà le problème, justement : obtenir cette vitesse de rotation élevée. Un ralenti de moteur de voiture tourne déjà à près de 1000 t/mn. Et à ce régime « bas », l'alternateur ne débite presque pas ! Il faudra solliciter un peu plus le moteur en régime (à minima 1500, 1600 t/m) pour que votre alternateur débite vraiment.

Alors voilà, le vrai fond du problème, une éolienne utilisant un alternateur de voiture ne tournera jamais assez vite pour débiter puissamment. La vitesse en rotation d'une hélice dépassera difficilement les 800 à 900 t/m (excepté certains modèles très élaborés)...

Comment donc solutionner ce handicap ?

     Il y aurait plusieurs solutions…

     Dans un premier temps cela pourrait consister à réaliser une multiplication mécanique de la vitesse de rotation, donc du nombre de tours obtenus. C'est ce qui est réalisé dans les grandes éoliennes du réseau EDF.

Pour de petites puissances comme les nôtres, ce système serait désastreux en volume (pignonnerie encombrante) et en rendement (frottements, échauffement). Une autre technique est donc à envisager…

C'est la multiplication des enroulements, donc davantage de bobines inductrices. En passant à 4 bobinages (au lieu de 2 classiques), cela revient à multiplier par deux la vitesse de rotation pour atteindre plus vite le pic du régime d'accrochage « bas ». C'est ce qui est fait dans les éoliennes marines, sur la plupart des modèles puissantes. On va donc trouver sur ces éoliennes «  bas régime », deux paires de charbons d'alimentation de leurs 4 inducteurs. Généralement aussi, ces modèles d'éolienne « haut de gamme » possèdent les inducteurs au centre (au rotor) et les aimants permanents en extérieur (au stator). Ceci est contraire aux modèles de faible puissance ou de bas de gamme (aimants au centre, sur le rotor), leur évitant ainsi de nécessiter des balais (charbons).

Alors comment faire soi-même… ?

     Eh bien à la vue de ces données techniques exigeantes, on voit que le plus difficile sera de trouver un alternateur (ou une génératrice) à double enroulement d'induction. Le faire soi-même n'est pas impossible mais relèverait néanmoins de l'exploit technique. On peut donc un chercher un d'occasion. Le prix de ces alternateurs spéciaux (dit de débit à bas régime) sera toujours élevé d'autant que leur fabrication est très limitée.

Ensuite restera le problème de l'hélice.

     Là encore des problèmes délicats vont surgir très vite… Car fabriquer une hélice ayant un bon rendement sera une fois de plus, de l'art de haute voltige. En effet les meilleures hélices du marché arrivent à peine aux 40 % de rendement. Donc en fabriquer une soi-même sur mesure sera un pari très risqué (+ problème d'équilibrage – très important…). On peut donc se rabattre sur des hélices toutes faites (genre pour ULM ou autre…). Chercher aussi sur le marché de l'occasion… Il y aura un compromis à définir entre son diamètre balayé, son pas, sa surface et nombre de pale,  des données pointues, nécessitant de nombreux essais et tâtonnements !

Bilan de toutes ces données…

     On peut voir de suite que se lancer dans la fabrication d'une éolienne « maison », n'est pas simple du tout. Le bilan global d'une construction en self-made, pourrait vite devenir rédhibitoire. On comprend donc pourquoi leurs prix grimpent si vite dès l'instant que l'on recherche du matériel puissant, performant, fiable et solide.

Pour ceux toutefois qui voudrait s'essayer…

La puissance disponible pour une éolienne classique est donnée par cette formule (simplifiée)…

P = 0,13 D² V3    (0,13 = coefficient dépendant du type de fluide - ici air : 0,13, D = diamètre balayé, en m. V3 = V au cube = vitesse du vent en m/s).

Dans les documentations spécialisées, on trouve des abaques donnant la Puissance disponible en fonction du vent et de la taille de l'hélice.  

Juste un exemple pour montrer le rendement faible de ces machines…

Eolienne de 4 m de diamètre, avec un vent de 10 Kts ( soit § 5 m/s) donnerait environ 200 W de disponible.

NB : Je n'ai pas abordé ici un dernier problème crucial : la régulation par vent fort. C'est encore un sujet difficile à maîtriser en plus. Il existe plusieurs systèmes là encore mais tous, forcément compliqués dans leurs réalisations pratiques (hélice à pas variable, système à contrepoids d'inertie centrifuge, frein, mise en girouette de queue, etc…).

Autre préoccupation pour ceux qui voudraient en installer une dans leur jardin… Le mât porteur pour une éolienne (idem pour une antenne radio…) ne peut excéder 12 m de hauteur au-dessus du sol «sans faire une déclaration de construction en mairie». (Article R 421-2 du Code l'Urbanisme – voir Legifrance.fr)

     Un dernier aspect des hélices d'éolienne à régime rapide, c'est qu'elles sont très bruyantes. En rotation rapide, les hélices, surtout les grandes bi-pales, atteignent rapidement la vitesse du son en bout de pales. Le bruit engendré est alors assez fort surtout dans l'axe de rotation du rotor (autrement dit : à 90° du plan de rotation de l'hélice). Dernière chose, si dans son plan de rotation, il n'y a pas de bruit, un autre ennui sérieux vous guette, c'est le danger que représente un accrochage de cette hélice avec un objet quelconque (cordage dans le vent, oiseau, autre…) et là, il y a un réel DANGER de projectile avec les modèles de grande dimension. C'est ainsi que j'ai changé l'hélice de mon Hamilton (bi-pale à l'origine de D = 1,65 m) pour un modèle à 5 pales plus petite (D = 0,80 m). Avec les vibrations, l'écrou unique de fixation s'était desserré et je l'ai retrouvée sur les berges du mouillage à 100m du bateau ! Une belle trouille rétrospective mes amis...

Conclusion…

     Sans vouloir décourager les plus audacieux, le plus facile sera de chercher dans le matériel d'occasion. En tout premier au moins en ce qui concerne l'alternateur double enroulement (mais pour l'hélice également, si possible, vous éviterez, bien des galères de mise au point). 

Qu'on se le dise …et bon vent !

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