Monthly Archives: mai 2015

La girouette

Définition

Une girouette est un dispositif généralement métallique, la plupart du temps installé sur un toit, constitué d’un élément rotatif monté sur un axe vertical fixe. Sa fonction est de montrer la provenance du vent.
Par exemple, si elle indique le nord, c’est que le vent vient du nord.
C’est pourquoi il faut, lors de la conception, prévoir une table d’orientation au pied de la girouette si elle est posée au sol ou bien des points cardinaux directement dessus si elle est fixée sur le toit.

Pour qu’une girouette puisse fonctionner, il faut respecter certains points :

• choisir une exposition aux vents suffisante ;
• la placer au moins à 3 m du sol ;
• fixer le motif de manière à avoir des surfaces de tailles différentes de part et d’autre de l’axe de rotation. Ainsi, lorsque le courant d’air passe sur la girouette, il exerce une pression plus importante sur la plus grande surface et fait pivoter la girouette. La surface plus petite, généralement une flèche, indique donc d’où vient le vent.

Conseil : une proportion de ¾ et ¼ de la surface pour le placement du motif sur l’axe garantit le bon fonctionnement de la girouette.

Étymologie

Le terme français est issu du dialecte de la Loire guiroie, réinterprété ultérieurement en « girouette » par étymologie populaire. Il s’agit d’un emprunt à l’ancien scandinave veðr-viti¹ (islandais moderne veðurviti) qui peut se traduire par « indicateur du temps », composé des éléments veðr « temps » (cf. anglais weather) et viti « indicateur, signal » (cf. allemand an + weisen > anweisen « indiquer, désigner »). Le mot est également attesté en normand sous les formes wirewire, wirewite, virevite (Rouen, 1474) au Moyen Âge à l’origine du terme dialectal verguillon « girouette »

Cette technologie a dû être importée par les Vikings avec le mot correspondant. En effet le sommet du mât de leurs navires en était souvent équipé sur le mât (flaug) et la proue (veðrviti).

Anecdotes

• La plus ancienne girouette connue est grecque et représente un triton. Elle se trouve sur la tour des Vents à Athènes.
• Au IX^e siècle, le pape Nicolas I^er décide de rappeler aux chrétiens la phrase de Jésus à Pierre : « Avant que le coq chante, tu m’auras renié trois fois » en installant un coq au sommet des clochers, qui étaient déjà souvent couronnés d’une girouette.
• La plus ancienne girouette en forme de coq du monde est le Gallo di Ramperto, datant du IX^e siècle et préservé au Musée de Santa Giulia à Brescia, en Italie.
• La plus grande girouette du monde serait située à Jerez en Espagne, selon le Livre Guinness des records. D’autres sources attribuent le record à une girouette de Montague dans le Michigan. Enfin, la plus « grosse » girouette du monde serait un avion Douglas DC-3 monté sur un mât et situé à l’aéroport de Whitehorse, au Yukon, Canada.
• Le terme de girouette désigne aussi une personne qui change très souvent d’avis.

• Ce terme a été jugé non parlementaire par l’Assemblée nationale du Québec en 2007 et est donc interdit dans cette enceinte parlementaire.
• Ce terme correspond également, dans le transport public, à un dispositif d’affichage de la destination du véhicule. En tête de train ou à l’avant d’un bus par exemple.
  ( Source : Wikipédia, ooreka.fr )

Les pales d’éolienne

Les pales de l’éolienne sont fixées en haut du mât, que l’éolienne soit verticale ou horizontale. Elles sont entraînées par le vent, et leur mouvement actionne le générateur qui produit ainsi de l’électricité.

Qualités des pales d’éolienne

La taille des pales varie d’une éolienne à l’autre. Elles mesurent généralement entre 2 et 10 mètres de diamètre. Les pales varient aussi selon que l’éolienne est verticale ou horizontale.
Leur conception doit donc permettre performance, afin qu’elles captent le plus de vent possible, et sécurité, pour ne pas créer de dommages en cas de chute.

Tous les détails comptent donc, de la taille au nombre de pales en passant par leur fixation. Les pales doivent allier plusieurs qualités : aérodynamisme, légèreté et équilibre.

Quel matériau ?

Il existe 3 principaux matériaux pour les pales d’éolienne :

• Fibre de verre : matériau le plus efficace. En effet, il est résistant et léger. Mais, le bois reste plus simple à mettre en œuvre et moins onéreux. Construire une pale en fibre de verre implique une certaine technicité, à commencer par la création d’un moule dans lequel elle sera coulée.
• Bois : une bonne alternative, car il est plus simple à mettre en œuvre. Par contre, si vous optez pour le bois, la vigilance est de mise. En effet, le bois est plus sensible à l’humidité et plus fragile s’il présente des défauts. Ainsi, pour des pales en bois, il faut :
  • choisir une essence adaptée,
  • un bois sec,
  • un bois sans nœuds,
  • un bois sans fissure.
• Aluminium : une bonne solidité ainsi qu’une longévité très appréciable. Mais, tout comme la fibre de verre, il est techniquement difficile à utiliser et nécessite un outillage adapté.

On peut aussi utiliser du PVC, mais cette solution est le plus souvent réservée aux éoliennes industrielles, car la mise en œuvre de ce matériau est techniquement compliquée.

La taille des pales d’éolienne

La taille des pales dépend du type d’éolienne pour particulier choisi : éolienne horizontale ou verticale. La puissance de l’éolienne, donc du générateur, doit aussi être prise en compte.

Pour estimer la taille des pales, il faut pouvoir évaluer l’effort à fournir. Chaque éolienne étant différente, il n’est pas possible de donner une taille type :

• Un descriptif précis, assorti de croquis détaillés, constitue donc une étape indispensable dans le calcul de la taille des pales.
• Ce calcul doit être réalisé minutieusement :
  • Des pales trop petites rencontreront des difficultés à entraîner le générateur et donc à produire de l’électricité.
  • Des pales trop grandes quant à elles, useront rapidement le reste du mécanisme.

Les pales pour une éolienne horizontale

Les pales d’une éolienne à axe horizontal doivent capter l’air, et ainsi tourner pour pouvoir mettre le générateur en mouvement. Pour cela, les modèles de pales sont le plus souvent calqués sur les ailes d’un avion :

• Un angle d’attaque doit être réalisé avec soin aux extrémités des pales. Au bout, il est généralement compris entre 3 et 6°. Au début, il est de 16 à 25°.
• Bien entendu, ces chiffres peuvent varier d’une éolienne à l’autre d’une part, et d’autre part en fonction de la force du vent à laquelle elle est soumise.

Il est aussi possible d’opter pour des pales de formes plates, en planches de bois légères ou en tôle fine d’aluminium, avec un angle d’attaque de 18 degrés. Cette solution, bien que beaucoup plus simple à mettre en œuvre car elle n’implique pas de sculpter les pales, est aussi moins performante.

Le nombre de pales pour une éolienne horizontale pour particulier est le plus souvent de trois. Mais, ce chiffre peut varier en fonction des conditions climatiques :

• En effet, moins il y a de pales et plus l’éolienne tourne vite.
• Par contre, plus il y en a, plus l’éolienne peut capter des vents faibles.

Bon à savoir : les pales d’éolienne doivent être fixées solidement pour éviter toute chute ou vibration.

Les pales pour une éolienne verticale

En matière de pales d’éolienne à axe vertical, il existe de nombreuses possibilités de formes. Les plus répandues :

• L’éolienne Savonius est la plus simple à réaliser :
  • Il s’agit de deux demi-cylindres fixés en quinconce l’un en face de l’autre, ou de deux profils semblables opposés qui font ensemble une forme de vague. Le vent s’y engouffre, produisant ainsi la rotation.
  • Ce type de pale est le plus souvent utilisé pour pomper de l’eau, car sa vitesse limitée pose encore actuellement des problèmes de performances en matière de production d’électricité.
  • Cependant, elle est entraînée par des vents très faibles et offre une bonne résistance aux vents violents.
• L’éolienne Darrieus est plus efficace mais aussi plus compliquée à réaliser :
  • Il s’agit de plaques verticales ayant un profil aérodynamique (type aile d’avion), et qui tournent grâce au vent.
  • Elle demande des connaissances plus poussées en aérodynamisme.

Fonctionnement

Le fonctionnement de l’énergie éolienne

D’où vient le vent ?

L’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire. L’absorption du rayonnement solaire dans l’atmosphère engendre des différences de température et de pression qui mettent les masses d’air en mouvement, et créent le vent.

Avec l’eau et le bois, le vent a été une des premières ressources naturelles à avoir été utilisée pour faciliter la vie de l’homme.
En maîtrisant la force du vent, l’homme a pu naviguer et découvrir de nouvelles terres ou encore moudre les grains avec des moulins à vent.
Aujourd’hui, l’énergie éolienne permet de produire de l’électricité.

Comment faire de l’électricité avec du vent ?

On utilise un aérogénérateur, plus communément appelé « éolienne ».
Son fonctionnement est simple et s’inspire de la technologie des moulins à vent.

La machine se compose de 3 pales (en général) portées par un rotor et installées au sommet d’un mât vertical. Cet ensemble est fixé par une nacelle qui abrite un générateur. Un moteur électrique permet d’orienter la partie supérieure afin qu’elle soit toujours face au vent.
Les pales permettent de transformer l’énergie cinétique (énergie que possède un corps du fait de son mouvement) du vent en énergie mécanique.
Le vent fait tourner les pales entre 10 et 25 tours par minute. La vitesse de rotation des pales est fonction de la taille de celles-ci. Plus les pales seront grandes, moins elles tourneront rapidement.
Le générateur transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. La plupart des générateurs ont besoin de tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour produire de l’électricité. Ainsi, le multiplicateur a pour rôle d’accélérer le mouvement lent des pales.

L’électricité produite par le générateur a une tension d’environ 690 volts. Ne pouvant pas être utilisée directement, elle est traitée grâce à un convertisseur, et sa tension est augmentée à 20 000 volts.
Elle est alors injectée dans le réseau électrique et peut être distribuée aux consommateurs.

Les éoliennes fonctionnent pour des vitesses de vent comprises entre 14 et 90 km/h. Au-delà, elles s’arrêtent pour des raisons de sécurité. La production électrique varie selon la vitesse du vent. C’est avec des vents de 45 à 90 km/h que l’éolienne produit sa puissance maximale.

Où placer une éolienne ?

Les éoliennes peuvent être placées sur terre (éolien terrestre). Ce sont les champs d’éoliennes (ou parc éolien) que tu peux voir quand tu voyages ou si tu habites près de l’un d’entre eux.
Mais elles peuvent aussi être placées en mer. On parle alors d’éolien maritime ou off-shore.

Installer un parc éolien implique les différents acteurs de la société : porteurs de projet, élus, pouvoirs publics et citoyens.

Avant de décider de l’installation d’un parc éolien, plusieurs études sont menées.
La première étape consiste à s’assurer que le site d’implantation envisagé convient à un tel projet.
Il doit en particulier :
– être suffisamment venté. Dans l’idéal, les vents doivent être réguliers et suffisamment forts, sans trop de turbulences, tout au long de l’année. Des études de vent sur le site sont donc indispensables ;
– être facile à relier au réseau électrique haute ou moyenne tension ;
– être facile d’accès ;
– ne pas être soumis à certaines contraintes (aéronautiques, radars, etc…) ;
– prendre en compte le patrimoine naturel, en particulier l’avifaune (faune animale des oiseaux) et la faune marine pour l’éolien maritime et éviter les zones protégées (telles que les réserves) ;
– ne pas prendre place dans des secteurs architecturaux ou paysagers sensibles (sites inscrits et classés, paysages remarquables…) ;
– être d’une taille suffisante pour accueillir le projet.

Cependant, il n’est pas interdit d’installer une éolienne hors de ces zones. Mais ces éoliennes ne seront pas forcément reliées au réseau électrique. Elles serviront par exemple à fournir de l’électricité à une exploitation agricole.

Les éoliennes en mer bénéficient de vents marins, donc plus forts et plus réguliers. Elles doivent être installées à plus de 30 km des côtes et à moins de 30 m de profondeur.
( Source :http://www.mtaterre.fr )

Batterie d’éolienne

Pourquoi une batterie avec une éolienne ?

Les batteries ont pour rôle de stocker l’électricité produite par l’éolienne pour particulier. Elles la redistribuent ensuite en fonction des besoins.

La batterie est ainsi ce qui sert de stock tampon entre l’éolienne et le circuit électrique de la maison, et qui assure un courant constant à la sortie malgré les variations du vent.

Le régulateur avec redresseur intégré

Les batteries ne peuvent stocker que du courant continu. Or, une éolienne pour particulier produit du courant alternatif, sauf dans de très rares cas où le générateur choisi n’est pas un alternateur mais une dynamo.

Le courant doit donc être converti. Cette opération est réalisée par un redresseur.

De plus, pour protéger les batteries contre les variations du vent, un régulateur est indispensable.

Le meilleur choix est d’opter pour un régulateur avec redresseur intégré. Il joue alors plusieurs rôles :

• transforme le courant alternatif en courant continu, pour qu’il puisse être stocké dans les batteries ;
• protège les batteries en leur injectant une charge constante.
  • Si l’éolienne pour particulier produit trop de courant, il évite une surtension dans les batteries en régulant l’apport.
  • Au contraire, si l’apport est trop faible, il interrompt la charge, voire compense le manque lorsqu’il est relié à un panneau solaire photovoltaïque. Le régulateur doit alors disposer d’une entrée photovoltaïque ;
• toujours dans l’objectif de protéger les batteries, le régulateur évite une surcharge en coupant l’apport quand elles sont chargées. Quand elles sont sur le point d’être totalement déchargées, il coupe le courant après les batteries pour éviter qu’elles ne soient entièrement vides.

Quelle batterie pour une éolienne ?

Vous avez le choix entre deux types de batteries pour votre installation éolienne pour particulier : batteries à charge constante et batteries à charge profonde.

Les batteries à charge constante

Les batteries à charge constante sont créées pour délivrer un maximum d’électricité en peu de temps. Mais, le problème majeur est qu’elles supportent très mal d’être déchargées :

• Pour qu’il n’y ait pas de dommages irréversibles, ce type de batteries ne doit pas être déchargé de plus de 2 à 5 %.
• Autrement dit, elles doivent être rechargées en continu, car les phases de charge et de décharge engendrent de gros dégâts.

Bon à savoir : afin de maintenir un taux de charge optimal, vous pouvez relier les batteries à charge constante à un petit panneau solaire photovoltaïque.

Dans les faits, cette solution est fortement déconseillée pour une éolienne pour particulier, car sa durée de vie excède rarement les trois mois.

Les batteries à charge profonde sont les plus indiquées pour une éolienne pour particulier. En effet, elles supportent parfaitement la multiplication des cycles de charge et de décharge. Il existe deux types de batteries à charge profonde :

• au plomb : moins onéreuses, mais qui présentent les inconvénients de se décharger si elles ne sont pas utilisées, et qui peuvent induire des risques de dégagements gazeux ou de fuites d’acide ;
• au gel : plus onéreuses, elles présentent toutefois plus d’avantages que les batteries à charge profonde au plomb. Plus étanches, elles présentent très peu de risque de fuite d’acide. De plus, leur composition n’engendre aucun danger de dégagements gazeux. Enfin, elles sont aussi efficaces en charge lente que rapide et le déchargement est plus rapide.

Important : quelle que soit la batterie pour laquelle vous optez, veillez bien à ce qu’elle dispose de la marque NF (norme française) ou NE (norme européenne), gage de fiabilité. De plus, une fois arrivées en fin de vie, les batteries doivent être apportées dans une décharge afin d’être recyclées pour éviter le rejet des substances toxiques quelles contiennent dans la nature.
( Source : http://eolienne.ooreka.fr )

L’onduleur de l’éolienne

À quoi sert l’onduleur d’une éolienne ?

Élément de l’éolienne domestique placé entre les batteries et le réseau électrique domestique, l’onduleur a pour fonction de convertir le courant continu stocké et distribué par les batteries en courant alternatif.

Cette étape est indispensable, car l’alimentation électrique d’une maison fonctionne en courant alternatif. Ainsi, lorsque vous branchez un appareil sur une prise, c’est du courant alternatif que vous utilisez.

Puissance de l’onduleur de l’éolienne

Pour une éolienne domestique, les modèles d’onduleur vont de 75 W à 5 kW. Lors du choix, optez pour une puissance un peu plus élevée que vos besoins afin de ne pas trop surcharger l’onduleur.
Par exemple, un onduleur de 750 W est idéal pour une consommation de 500 W.

Attention toutefois à la surchauffe. La puissance normale d’utilisation ainsi que la puissance de crête sont mentionnées sur l’emballage, veillez à ne pas les dépasser.

D’autre part, un onduleur consomme de l’électricité à l’utilisation mais aussi lorsqu’il est en veille. Optez donc pour un matériel légèrement au-dessus de vos besoins, avec un rendement autour de 90 %.

Bon à savoir : l’onduleur émet du bruit à cause de son ventilateur, mieux vaut donc ne pas le placer à proximité d’une chambre, et idéalement dans un local extérieur à la maison (garage, remise).

Les câbles reliant les batteries à l’onduleur doivent supporter le courant continu. En effet, il y a des risques de surchauffe avec ce type de courant. Pour les éviter, vous devez avoir recours à des câbles plus épais et adaptés au nombre d’ampères transportés.
( Source : http://eolienne.ooreka.fr )

Aérogénérateur

Définition

Le terme technique pour désigner une éolienne est aérogénérateur.
Un aérogénérateur comprend un système pour capter le vent couplé à un générateur d’électricité.
Produire de l’électricité en utilisant l’énergie du vent passe par l’installation d’un aérogénérateur. Et chaque élément de celui-ci est incontournable pour produire de l’électricité de manière efficace et sûre.

Les éléments principaux de l’aérogénérateur

• Les pales situées en haut du pylône sont actionnées par le vent.
• Ce mouvement entraîne le générateur, lui aussi placé en haut du mât, dans la nacelle ( structure soutenue par le mât abritant les différents éléments mécaniques ). C’est ce moteur qui fabrique l’électricité (courant électrique alternatif).
• Un mât porte les pales et le générateur. L’ensemble mât + pales + générateur est ce que l’on appelle aérogénérateur.

La production d’électricité par l’aérogénérateur

• L’électricité produite est convertie par un régulateur avec redresseur intégré (qui empêche aussi les surtensions et qui peut basculer vers des capteurs solaires photovoltaïques en cas de sous-tension) et acheminée dans les batteries. L’énergie est ainsi stockée pour pouvoir être restituée en fonction des besoins.
• Avant de pouvoir utiliser le courant continu redistribué par les batteries, il faut le transformer en courant alternatif 220 V grâce à un onduleur.

Un choix s’offrira à vous quant aux options de raccordement au réseau électrique (parallèle, temporaire ou autonome).

( Source : http://eolienne.ooreka.fr )

Le générateur de l’éolienne

Présentation du générateur de l’éolienne

Élément déterminant de l’éolienne domestique, c’est le générateur qui produit l’électricité. Le choix du générateur est donc crucial, car c’est lui qui détermine la future production d’électricité.

Le générateur d’une éolienne domestique est un alternateur. C’est-à-dire qu’il produit du courant électrique alternatif.

Bon à savoir : une dynamo, qui produit du courant continu, peut aussi être utilisée comme générateur. Mais cette solution n’est pas privilégiée, car transporter du courant continu implique de grosses déperditions.

Fonctionnement du générateur

Le générateur fonctionne en mettant un champ magnétique, créé par des aimants, en mouvement. Ce mouvement est créé par la rotation des pales.
Donc, plus le champ magnétique est fort et le mouvement rapide, plus il y aura d’électricité produite.

Il faut ensuite convertir le courant alternatif en courant continu avant les batteries avec un régulateur avec redresseur intégré. Il sera à nouveau converti en courant alternatif en sortie des batteries par un onduleur pour pouvoir être utilisé dans la maison.