Christian Couderc

Cette page est un complément de la page L'énergie du bord

, mise à jour et simplifiée de mon ancien site Voilelec qui n’est plus maintenu.

Au départ, cette page était exclusivement orientée voile, car nous utilisons les aérogénérateurs sur les voiliers de grande croisière, particulièrement aux Antilles sous l’Alizée constant. Je l’ai conservée car elle est le pendant des panneaux solaires, ce sont les deux sources d’énergie électrique douce du bord, les hélices traînées étant marginales.
Cela ne concerne pas vraiment le camping-car, bien que certains en montent sur pylône amovible, mais les vibrations insupportables annihilent tout l’intérêt du système.
Si le camping-car hiverne dans un hangar isolé à la campagne, sans raccordement secteur, il est intéressant de monter un petit aérogénérateur (ou un panneau solaire) sur le bâtiment pour assurer le maintien des batteries.

Curieusement, la France est extrêmement en retard sur l'éolien en général, les implantations de grosses machines sont très freinées. Les nordiques entre autres sont beaucoup plus avancés. Cet énorme retard ne pourra être rattrapé. Le lobby du pétrole est très puissant et bloque ces développements. Les grosses machines sont importées. La France est un des pays les moins équipés, alors que les régions Languedoc Roussillon et Provence sont très ventés et disposent de sites éloignés des habitations pour installer d'énormes parcs. Nous n'avons aucune installation offshore, nous sommes les sous-développés de l'éolien.

Des intégristes écologiques qui prônaient l'éolien contre le nucléaire, luttent maintenant contre la création de ces champs, prétextant que cela défigure le paysage et tue les oiseaux.
Il est évident qu'il faut éloigner les gros aérogénérateurs à quelques kilomètres des habitations, la pollution infra-sonique étant très importante, mais en zones ventées et désertes, c'est une bonne solution.

À force de naviguer entre les sacs plastiques et les plaques de mazout, vous devenez écologiste. Cette année vous équipez votre voilier en énergies douces. Vous allez investir quelques milliers d’euros pour vous acheter une conscience tranquille de vrai écologiste. Arrivé à ce stade une alternative vous apparaît : Soleil ou vent ?
Les deux exploitent les énergies douces, mais les problèmes sont très différents. Réfléchissez avant de vous lancer, voici les éléments de choix simplifiés au maximum :

En zone bien ventée, l’aérogénérateur fonctionnera quasiment toute l'année, jour et nuit, la moyenne peut être de 12 volts * 2 ampères = de l'ordre de 24 watts, soit en 24 heures, 24 W * 24 heures = environ 500 Whj.
Un demi kilowatt*heure par jour est alors possible en moyenne avec le meilleur matériel du marché. Le rendement est toujours optimal, l'aérogénérateur s'aligne sur le vent et demande peu d’entretien.

C'est beaucoup d'énergie en conditions optimales, de l'ordre de deux heures de marche au moteur (courant faible mais longtemps), toutefois sous le vent des îles et en périodes anticycloniques, l’énergie récoltée sera nulle.
Ce système a de gros défauts, avec un fort bruit généré, infrasons et vibrations très pénibles, ce qui explique le bout bloquant les pales sur les bateaux équipés, quand l'équipage est à bord.
En mouillage forain, on s'efforce toujours de trouver le coin le plus calme et le moins venté. Le rendement sera alors nul et le solaire sera beaucoup plus efficace.
Pendant l’hivernage, l’efficacité est excellente et les batteries seront chargées à bloc en arrivant au bateau.

L’aérogénérateur a toutefois un problème considérable. ! Les vibrations et le bruit sont extrêmement pénibles, et la nuit il faut bloquer les pales pour pouvoir dormir. En navigation, le bateau est bruyant, cela ne se sent pas trop, mais au mouillage, c’est insupportable.
Nous en avons fait l’expérience malheureuse sur Itzamma

, il n’a pas été possible de le laisser tourner la moitié du temps, ce qui réduisait beaucoup la charge.

Le rendement des panneaux est variable, suivant la saison et la latitude. L'été en Méditerranée c'est une bonne solution, sous les tropiques c'est incontournable.
Un simple petit panneau sous nos latitudes en été, fournira en moyenne autant d’énergie qu’un aérogénérateur, mais sans la moindre pollution !
Si le bateau le permet, en naviguant entre les cocotiers, la solution est de multiplier les panneaux sur un joli portique. C’est évidemment un gros investissement, mais vous aurez alors une énergie très abondante sans aucune nuisance, avec pour seule contrainte légère de rincer de temps en temps pour maintenir les panneaux propres.
Quelques mètres carrés de panneaux sur un portique dégradent évidemment la finesse du bateau et réduiront les performances au près serré, tout dépend si l’on navigue sur un Class America ou un catamaran de croisière.

C'est un vrai bonheur d'arriver à étaler sa consommation sans faire tourner le diesel dans un mouillage de rêve

C'est simple, pour un programme de voyage, il faut combiner toutes les énergies douces possibles. Ce n'est qu'une question de budget et de qualité d'installation. L'indépendance des sources complémentaires fiabilisera la gestion de l'énergie.
En vivant à bord, il n’y en aura jamais assez et le groupe électrogène et le chargeur secteur seront sollicités pour équilibrer le bilan.

Les aérogénérateurs et panneaux solaires souffrent du même problème. En conditions optimales, soleil tropical au midi perpendiculaire au panneau ou vent fort, le rendement est bon, l’énergie est maximale, proche de celle donnée sur la fiche du constructeur. En conditions normales, le rendement est faible et la tension trop basse pour charger efficacement.

Il existe un moyen évolué pour gonfler le flux d’énergie récupérable. Le principe d'un "booster" ou gonfleur est de monter un élévateur de tension piloté entre la source est la batterie.
Si la tension est trop basse, l’élévateur l’augmente peu à peu, le courant de charge augmente alors aussi. Evidemment cela charge d’avantage la source qui à tendance à s’écrouler en tension. Il est très simple de calculer le produit P = V source * I source et de moduler la tension de sortie de l’élévateur par une rampe lente autour de la valeur précédente afin de se maintenir en permanence au sommet de la courbe de Gauss du "rendement / Vsortie". Un petit microcontrôleur fait cela parfaitement.
Une diode Schottky à très faible seuil strappe le dispositif pour passer en direct quand les conditions sont optimales (au midi solaire, panneau perpendiculaire, cela ne sert à rien) ou en cas de panne. Un très bon montage a un rendement de l’ordre de 87% et peut doubler l’énergie fournie en conditions faibles. Voir le chapitre de l’alimentation du PC portable qui parle des pompes de charges, c’est exactement le même montage.
Sur de grosses installations, la basse tension sera transformée en 220 V alternatif par un convertisseur pour diminuer les pertes ohmiques, puis exploitée par un chargeur évolué (qui sert aussi à quai) afin d’optimiser la charge en fonction de l’énergie disponible.

Dans le cas d’un élévateur, l’électronique sera montée au plus près de la source pour compenser les pertes ohmiques de la ligne vers la batterie.
Pour le médiocre régulateur basique d’origine, le problème est inverse, il faudra le placer près de la batterie pour prendre en compte les pertes de ligne.

La démarche pour des énergies douces est intellectuellement satisfaisante, mais qu’en est t-il en terme de rentabilité ?
Pour une installation fixe à terre, il est raisonnable d’estimer que si tout se passe bien, en établissant un contrat EDF de rachat de l’énergie, l’équilibre financier risque d’être atteint au bout de 10 ou 15 ans, car pour le moment la revente d’énergie personnelle est largement sur payée.
En voyage, ce calcul ne tient pas, il ne faut pas considérer la valeur comptable de l’énergie au tarif EDF mais sa valeur d’agrément d’utilisation qui est beaucoup plus élevée. Le fait d’être autonome en énergie et de ne pas avoir à actionner le groupe électrogène est un luxe qui se paye très cher.
Il semble raisonnable de considérer que sur dix ans d’utilisation sur un voilier, pour quelques milliers d'Euros investis dans des énergies douces, seulement quelques dizaines de litres de gazole auront été économisés, mais le point très positif est de ne pas avoir pollué un coin tranquille par un groupe pétaradant et agressif.
Cela semble un prix exorbitant du litre économisé, mais ce n’est pas ainsi qu’il faut raisonner.

Lors du choix d’un aérogénérateur ou d'un panneau solaire, l’idée simpliste est de prendre un modèle à la tension de son parc à batteries. C’est un très mauvais choix, en particulier pour du 12 volts, car le courant sera très fort et imposera de grosses sections de cuivre pour limiter les pertes.
Il est préférable de partir de la tension le plus élevée possible pour qu’à puissance donnée, P=V*I, le courant soit le plus faible possible.
Les pertes par effet joule sont le produit du carré du courant par la résistance ohmique ! (Voir le chapitre sur le calcul des sections de cuivre)
Les installations de qualité ont des aérogénérateurs qui sortent une centaine de volts ou plus.
Il est facile ensuite, au plus près des batteries, de convertir par une pompe de charge, la tension trop élevée en basse tension de service, et ce, avec un très bon rendement.

Il existe deux familles basées sur des principes de construction très différents, celles à axe vertical et celles à axe horizontal. Nous allons considérer en premier les axes verticaux qui sont les matériels les plus anciens.
Ces machines ont été développées car elles présentaient un avantage, le moteur est placé en bas, c'est très pratique pour les installations lourdes à terre, et il n'y a pas à les orienter en fonction de la direction du vent. Cela n'a pas été un avantage pour les machines puissantes, car le poids et les contraintes de torsion sont énormes sur le palier inférieur.
Ces matériels ont été abandonnés comme petits aérogénérateurs sur les bateaux.
Les axes verticaux peuvent revenir d’actualité dans le cas de tours à vent qui seraient capables de fournir un solide palier supérieur.

Une très rare autre application de ces rotors est le remplacement de la voile, testée sur des petits catamarans de plage et sur les prototypes des bateaux de Cousteau Alcyone. La rotation de la voilure turbine peut entraîner un générateur électrique ou directement l'arbre d'hélice. De tels bateaux auraient l'extraordinaire propriété de remonter vent debout et de produire de l’énergie au mouillage !

Ce sont les seules machines possibles pour la plaisance et camping-car, certaines sont performantes et toujours en évolution. Le corps est une structure profilée, avec un empennage auto-directif et une hélice. Mais il existe des modèles de qualité très variable.

Les modèles les moins performants sont ceux qui tournent le plus vite. Ce sont des "moulins à vent ", avec un grand nombre de pales et un gros capot qui font plus de nuisances que de production d'énergie.
Ces bas de gammes sont rustiques et peu efficaces avec leurs multiples pales fixes en tôle emboutie au profil fantaisiste, et sont construits comme un ventilateur domestique ou un jouet d'enfant. Le bruit et le fardage sont très importants par vent fort.

Le choix du nombre de pales d’un matériel performant ne doit rien au hasard.
L’aérodynamique nous apprend qu’une monopale serait la plus efficace, car l’énergie récupérable dépend au premier degré de la surface balayée, mais l’expérience a montré qu’elle était inexploitable. Elle a été essayée en aéronautique, mais la nécessité du contrepoids à modifier suivant le régime ruine l’intérêt.
L’augmentation du nombre de pales a pour effet négatif d’augmenter les pertes par traînées de turbulences sans apporter de gain.
La bipale est la plus simple à réaliser et vibre beaucoup moins, elle a marqué les débuts de l’aviation.
La tripale ne vibre pas, elle a un rendement acceptable et les technologies actuelles en font le très bon choix. Les grands nombres de pales complexes adoptées sur les turbopropulseurs qui travaillent en flux guidés à grande vitesse ne sont pas adaptables sur un aérogénérateur.
Les pales sont étudiées comme celles des hélicoptères et des avions, avec des profils variables, et réalisées en matériaux composites. Ils sont évidemment bien plus efficaces et d'un bien meilleur rapport qualité/prix que les moulinettes.

Ces machines existent dans toutes les tailles, depuis quelques dizaines de watts par vent moyen pour nos petits bateaux jusqu'aux monstres de centaines de kilowatts avec les pales de plus en plus grandes, disposés par dizaines dans les champs de production.
Nous sommes bien loin des petites puissances des panneaux solaires, ces machines sont très efficaces mais malheureusement entachées de l'énorme défaut de la pollution sonore et vibratoire.
Le problème à terre est résolu en éloignant les grosses machines à plusieurs kilomètres de toute zone habitée, ou comme au Danemark en les installant en mer à plusieurs milles du rivage. Ce problème est catastrophique. A titre anecdotique divers modèles de très bons aérogénérateurs ont été installés sur l'île du Planier, en face de Marseille, pour alimenter le phare du temps où il était encore habité. Les machines de 3 mètres de diamètre produisaient avec le violent Mistral une énorme énergie, mais les vibrations transmises à toute l'île par le rocher étaient telles qu'aucun matériel n'a pu être conservé.

Le bruit émis par les turbines éoliennes peut être classé en deux catégories que l'oreille humaine perçoit différemment. Premièrement, il y a le bruit produit par le passage de l'air dans l'hélice et deuxièmement, il y a le bruit produit par la rotation des éléments mécaniques tels les boîtes d'engrenages et génératrices. Le premier bruit est un sifflement rythmique. Bien que ce soit généralement le plus bruyant des deux catégories de bruit quand on le mesure en décibels, c'est le moins perturbant et le moins sujet aux plaintes, à l'opposé du grincement aigu de la seconde source. L'impact du bruit est facilement minimisé par un choix judicieux de l'emplacement de l'éolienne par rapport aux caractéristiques topographiques et à la proximité d'habitations.
Plus les pales sont grandes, moins elles doivent tourner vite, afin d’éviter que le bout n’approche de la vitesse du son ce qui les détruirait.

Sur le bateau, la pollution la plus importante est vibratoire, les vibrations en basses fréquences et infrasons se propagent partout, le maximum est atteint avec les bateaux métalliques, mais évidemment bien plus faibles qu'avec les moulinettes précédente.

Une hélice (bi ou tripale) de 43 m de diamètre permet de fournir 750 kW. Sur nos bateaux nous utiliserons un diamètre légèrement inférieur...
N'oubliez pas que l'énergie maximale disponible est proportionnelle à la surface donc au carré du diamètre. Le facteur de proportionnalité est extrêmement variable suivant la machine:
Pour 43 m nous obtenons 750 kW, donc pour 43 cm, 100 fois moins en diamètre, 100² = 10.000 fois moins en surface balayée, donc en énergie soit 75 W, ne rêvons pas, ce n'est qu'un dixième de cheval (1 Cheval Vapeur = 736 watts), votre moteur diesel de 20 CV produit 200 fois plus d'énergie, mais l'alternateur n'en absorbe que très peu pour charger...

Les aérogénérateurs de qualité sont pourvus d'une hélice à pas variable, avec mise en drapeau dans la tempête. Dans ce cas, l'inclinaison des pales est contrôlée, permettant de conserver un rendement élevé quelles que soient la vitesse du vent et la vitesse de rotation. Les modèles à pas variable ont comme autre avantage de commencer à produire de l'énergie par vents faibles. Le pas est ajusté automatiquement en permanence pour optimiser le rendement. La vitesse de rotation est toujours maintenue faible en jouant sur l'excitation, donc le couple moteur, pour optimiser en permanence la puissance maximum. Ce contrôle évolué diminue considérablement la pollution et assure la meilleure efficacité. L'électronique n'est pas très compliquée, le microcontrôleur a dans sa mémoire les courbes relevées au tunnel pour toutes les vitesses de vent et de charge électrique, il lit la vitesse de rotation et les niveaux électriques et ajuste par découpage le courant d'excitation donc la puissance restituée.

En considérant les matériels de qualité :
Les modèles évolués, bi ou tripales tournent toujours lentement pour deux raisons.
L'excitation est pilotée suivant la vitesse du vent et la charge batterie.
Dans les petits airs, l'excitation est faible pour permettre de démarrer la rotation.
Dès que le vent monte, l'excitation est poussée afin de maintenir une vitesse régulière pour un rendement maximum. Un microcontrôleur qui possède la table de rendement de l'alternateur en fonction des courants de sortie pour les fcem (force contre-électromotrice liée à la tension de la batterie).
Si le vent est trop fort les pales s'effacent allant jusqu'à se mettre en drapeau pour faire ne pas emballer l'hélice.
Cela intervient par vent fort batterie chargée à bloc, L'énergie en excédent est basculée sur une résistance ballast
Avec ces dispositifs, l'hélice tournera toujours lentement, avec bruits et vibrations minimaux pour la puissance maximale. Il faut accepter de payer le produit plus cher pour éviter la médiocrité des moulinettes.

Je ne peux pas citer les marques qui offrent un matériel lamentable, cela me vaudrait des ennuis juridiques, mais à vous de regarder les bateaux qui vous entourent. Beaucoup de moulinettes sont bloquées par un bout dans les pales, elles sont tellement inefficaces et bruyantes qu’il n’est pas possible de les laisser tourner a équipage à bord. Quand le vent forcit, la vitesse s’emballe et les vibrations détruisent rapidement les roulements de pacotille.
Quand le vent souffle fort, regardez sur les bateaux les bi ou tripales à rotation lente et invitez le propriétaire à prendre l’apéritif pour qu’il vous parle de son matériel.

Sur nos bateaux les matériels de type "moulinettes " sont inacceptables, et il est regrettable qu'ils encombrent les catalogues.
L'incompétence des vendeurs et des clients fait qu'ils constituent l'offre la plus importante.
Curieusement le rapport qualité/prix intervient peu dans la décision d'achat du consommateur lambda, pour les produits techniques.
Si deux produits sont en compétition, un produit "A " médiocre, mais deux fois moins cher qu'un produit "B " de qualité dix fois meilleure, c'est le produit "A " qui sera vendu majoritairement. Un fabricant a donc intérêt à vendre un produit très médiocre, en investissant beaucoup plus dans la publicité que dans la recherche et la production, il gagnera beaucoup plus d'argent. De toutes manières, lorsque vous achèterez un objet, vous paierez de plus en plus la publicité et de moins en moins le produit.

Attention aux mauvaises copies, il y a sur le marché des cochonneries qui imitent de loin les bonnes machines, un peu moins chères, mais se sont des pièges à gogos. Regardez avec soin ce que vous achetez, c'est le type de petits matériels le plus difficile à sélectionner pour un plaisancier moyen.

Un (bon !!!!) aérogénérateur, surtout dans les Caraïbes à l'Alizé toujours soutenu, est un investissement durable et utile.

Il faut soigner le montage d'un aérogénérateur pour diminuer les vibrations transmises à la coque. Un montage sans précautions sur mât métallique rigide, fixé sur le pont ou sur l'arceau et une absurdité et fera vibrer le bateau. Il faut utiliser des liaisons souples et absorbantes, en privilégiant les tubes emboîtés sur manchon caoutchouc callé et les plaques de néoprène dur, fixées par collage sans transmission des vibrations par les boulons.

Il est possible de haubaner, mais seulement la base du pylône hors du champ de l'hélice, ne jamais utiliser de haubans inox, mais du kevlar ou du textile. Un morceau de mât de planche à voile absorbe mieux les vibrations qu'un tube en alliage léger ou en inox.

Un montage sur portique à l'arrière est délicat, il sera très difficile d'absorber les vibrations de l'arceau, l'antenne radar en particulier souffrira beaucoup. Dans ce cas les tubes inox doivent être surdimensionnés, mais l'esthétique en souffrira l'ensemble sera très lourd. Sur un 38 pieds, un diamètre de tube inox de 50 mm est minimum, et plus du double si le portique sert aussi de bossoir. Écartez les pieds au maximum longitudinalement. Prévoir de nombreux barreaux raidisseurs et montez l'ensemble sur plaques élastomères au niveau du serrage sur le pont avec entretoises caoutchouc.

Il faudra évidemment essayer de monter l'aérogénérateur en un endroit où ses remarquables propriétés de hachoir à viande ne se manifesteront pas trop. Prévoir du fil pour les sutures et la petite panoplie de chirurgien si l'équipage n'est pas casqué au voisinage de l'objet.

Une autre précaution à ne pas oublier est de soigner la régulation. Le problème n'est plus celui des panneaux solaires qui produisent peu, quelques heures par jour, un aérogénérateur produira beaucoup trop d'énergie pendant l'hivernage en particulier. Si l'équipage n'est pas à bord pour consommer de l'énergie, il faudra réguler avec un système très fiable pour ne pas détruire les batteries au premier coup de vent. En croisière, le problème ne se pose pas, il n'y aura jamais trop d'énergie. Je traiterai ce cas dans la page batteries et alternateurs.

Le vent produit l'énergie de rotation transmise à l'arbre. Cet arbre comporte un alternateur, ce matériel sera décrit dans une autre page. C'est toujours un aimant tournant, permanent pour les machines bas de gamme, électro-aimant pour les machines évoluées.
L'avantage de l'aimant fixe dur l'axe (comme sur les vélos) est la simplicité, pas de contact tournant, mais pas de régulation par l'excitation possible mais rendement plus faible.

L'électro-aimant c'est le contraire, comme l'aurait dit Monsieur de la Palisse.

La boîte d'engrenage des meilleures machines à un facteur multiplicateur très important, car l'hélice de l'aérogénérateur ne tourne qu'à quelques dizaines de tours/minute alors que l'alternateur tourne à plusieurs milliers pour un rendement optimal.
La puissance transmise étant importante, il est facile de comprendre que la qualité des roulements à rouleaux, les profils des pignons, la qualité de la lubrification, sont des éléments déterminants de la qualité de l'ensemble, pour la fiabilité, le rendement les vibrations et le bruit parasite.
Il est plus facile de réduire la vitesse (par vis sans fin) que de l'augmenter, le transfert de puissance n'est pas une fonction réversible.

Un bon aérogénérateur offre la possibilité de vidanger la boîte à pignons lors de la maintenance annuelle. Lors de cette maintenance, les bagues et frotteurs de rotation verticale seront nettoyés des dépôts de sel, les bagues et charbons de l'alternateur vérifiés, les paliers et embouts électriques graissés...
Si le constructeur vous promet que le graissage des pignons est à vie, méfiez-vous, cela ne peut pas être sérieux.

Vous serez surpris de ne pas trouver de courbes de rendement sur cette page, c'est voulu.
Regardez les courbes d'énergie fournies sur la fiche constructeur en fonction de la vitesse du vent, elles sont plus réalistes que les courbes des panneaux solaires, mais en vérifiant les valeurs à bord vous n'obtiendrez pas ces chiffres optimistes. Pensez que la vitesse lue sur l'anémomètre en tête de mât est très supérieure à celle au niveau de l'arceau arrière et que le gréement freine. Comparez les vitesses avec un anémomètre à main au niveau de l'axe pour tracer votre courbe, et pensez que le courant est souvent indiqué pour une tension de sortie de 12 volts au bornier de la machine. Si les batteries sont déjà chargées à 14 volts, avec en plus 2 volts de perte dans les câbles, ce qui est très courant à 20 ampères, la tension de sortie sera de l6 volts. Vous mesurerez donc au maximum les 12/16 soit 75% de la fiche constructeur, c'est normal, mais ce sera souvent beaucoup moins car il y a toujours une inflation publicitaire… Plus la machine est médiocre, plus les chiffres sont gonflés.
Les courbes des fabricants sont trop optimisées et ne reflètent pas une réalité, ce ne sont jamais des rapports de tunnels de soufflerie, mais des mesures non vérifiées. La réalité et inférieure sur plusieurs points, vous ne reproduirez jamais ces valeurs.
Les vitesses de début de charge sont plus basses que dans la réalité, je ne peux pas afficher des courbes annonçant un début de charge à 4 nœuds, c'est idiot, les meilleures machines démarrent à une dizaine de nœuds.
La puissance croit ensuite régulièrement jusqu'à 20 ou 30 nœuds, pour atteindre un maximum, ensuite vous trouverez souvent un palier constant sur la courbe.
Ce n'est pas réaliste, passé ce pic, les rendements baissent à cause des phénomènes d'écoulements turbulents, pour quelques nœuds de plus, l'énergie s'écroule. Comme ce n'est pas très flatteur, la courbe est truquée.
Les moulins à vent saturent vite, seuls les aérogénérateurs de haut de gamme à pales avec pas contrôlé démarrent à faible vitesse et ne s'écroulent pas à vent fort.

Avant l'achat, lisez bien avec beaucoup de perspicacité et de suspicion la fiche très optimiste jointe et le matériel avant de l'acheter.

L'aérogénérateur peut produire beaucoup d'énergie mais il génère des pollutions vibratoires et sonores très pénalisantes. Un montage d'amortisseurs soignés, par plaques et silentblocs, améliore toujours la situation.
Quand cela est possible, il faut remplacer les paliers ou roulements usés et médiocres par des roulements à rouleaux inox étanches et de qualité. Il est possible de faire encore beaucoup mieux en ralentissant encore les pales. Plus la rotation est rapide plus les vibrations sont intenses.
Les bas de gamme à grand nombre de pales, ou moulinettes déjà citées, sont sans espoir, ils comportent un aimant permanent, il n'y a rien à faire, sauf de ne pas les acheter.
Les tri ou bipales sont beaucoup moins polluants mais plus dangereux, car ce sont des lames de sabre dont le contact est à éviter, mais cela est simple en élevant suffisement le mât porteur. Ces matériels comportent un alternateur accéléré par boîte à pignons.
Il faut remplacer l'électronique trop rustique de régulation des premiers prix par un système intelligent qui augmente l'excitation quand le vent forcit, donc le couple moteur, empêchant les pales d'accélérer. Le dispositif est alors très peu bruyant, comme sur les grands systèmes de plusieurs dizaines de mètres de diamètre, optimisés à moins d'un tour par seconde. La limitation est qu'il y a beaucoup plus d'énergie produite donc plus d'échauffement. Il faut impérativement contrôler la température et diminuer la charge quand la limite est atteinte, mais les pales accélèrent alors à nouveau, le rendement tombe et les vibrations infra soniques reprennent. Un soin particulier sera porté au refroidissement pour gagner en puissance, c'est pour cela que les carénages des meilleurs ne sont jamais peints mais en aluminium anodise à ailettes.
Quand les batteries sont à pleine charge (cas fréquent ou mouillage sans équipage), l'énergie en excès est évacuée sur résistances et radiateur dans la cale moteur. Les ampoules sont à éviter à cause de la durée de vie trop faible. Attention à ne pas mettre le feu au bateau car la puissance dissipée est de plusieurs centaines de watts par vent fort, il faut bien ventiler naturellement, éloigner le radiateur des réservoirs de fuel et des parois, surtout si elles sont couvertes de mousse insonorisante, et prévoir des sécurités thermiques.

Beaucoup se souviennent d’un ancien produit, un petit rotor de Savonius qui couinait sur beaucoup de barres de flèches dans les années 80. Ce petit moulinet vibrait un peu et sifflait dans les rafales, mais avait l’avantage de maintenir les batteries chargées à l’hivernage. Le peu d’énergie produit suffisait à compenser les pertes d’autodécharge en hiver. Il déchirait un peu les génois lors des virements de bord ratés et les grand voiles au plein vent arrière, mais enfin…
Ce matériel n’est plus proposé à la vente, les tripales à axe horizontal étant bien plus efficaces, mais impossible à monter dans les barres de flèches.
C’était à ma connaissance la seule réalisation commerciale sur ce principe.

Nous ne parlerons pas des classiques roulements grippés ou qui prennent du jeu dans les logements, le diagnostic est évident.
Si le circuit électrique est coupé quelque part, le rotor s’emballe sans courant de charge. Il faut rechercher les causes les plus probables :

Dans tous les matériels, fil coupé à une soudure ou un serrage, gaine détruite par les UV et frottements, cuivre oxydé.

Sur les affreux systèmes à balais en charbon, usure et coincement. Tout cela se voit lors du démontage.

Sur les rotors magnétiques sans balais, claquage des diodes du pont de redressement. Un contrôleur universel facilite ce diagnostic.

La réalisation amateur d’un bon aéro ou hydro générateur n’est pas simple.
Il faut réaliser ou récupérer un bloc moteur performant (pales aériennes ou immergées) pour commencer le projet.
Le rendement de l’alternateur qui sera adapté dépendra étroitement des caractéristiques en fonction du couple et de la vitesse disponible sur son arbre.
Avec un vent moyen, il est essentiel qu’il soit entraîné à sa vitesse nominale, l’excitation réglant le couple réactif sur l’arbre, donc le courant utile fourni. Hors de cette vitesse, le rendement sera médiocre.

Il faut étudier très soigneusement deux points pour mettre le rotor à la bonne vitesse :
Aérodynamique classique pour calculer les pales aériennes ou de l’hydrodynamique pour l’hélice traînée, pour les différents paramètres de vitesse du fluide moteur (environ 6 courbes du minima à la mise en sécurité).
La partie motrice (hélice) est testée en premier sur frein de Prony et dynamomètre de couple (création des courbes de charge mécanique) soit au tunnel utilisé pour tester les profils d'ailes, soit monté sur une voiture comme évoqué pour l'étalonnage des anémomètres. Ce n'est pas à la portée de l'amateur.
Ensuite la boite à pignons accélératrice est calculée et testée pour obtenir les courbes des facteurs de perte, les échauffements, les régimes vibratoires critiques...
Ensuite l’alternateur est choisi après exploitation des courbes et des données constructeur de l’alternateur.

Il faut bien prendre en compte l’étanchéité, la lubrification, la mise en drapeau par vent fort, l’élimination des régimes critiques de résonance, …

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Dernière retouche le 18 Novembre 2024 à 16 h