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Eoliennes et hydroliennes marines

Eolienne marineComplément possible à un équipement de production électrique photovoltaïque à bord, les éoliennes marines et leur version sous-marine, les hydroliennes, pourront intéresser des propriétaires de bateaux situés dans des zones présentant des conditions de vents et/ou de courant stables et suffisamment forts.


L'éolienne de bord
Le marché propose actuellement des petites éoliennes (d'une puissance comprise entre 40 et 400 W) qui peuvent compléter un dispositif photovoltaïque à l'arrêt, si les conditions le permettent, et en navigation par le simple déplacement du navire (sauf au portant).

Principe
Sur une éolienne, le générateur électromagnétique est constitué d'un aimant qui tourne devant des bobines.
Dans le cas d'éoliennes classiques, ce sont des balais qui assurent le contact électrique sur les aimants, mais :
- ces balais sont des pièces d'usure,
- ils occasionnent des frottements qui pénalisent le rendement du générateur.

Sur les générateurs de type Brushless (sans balais) il n'y a plus de contact avec les aimants, d'où moins d'usure et moins de frottements.

Voici les éléments à prendre en compte pour les choisir :
– un alternateur sans charbons (brushless),
– capacité à délivrer un ampérage élevé avec de faibles vitesses de vent (alternateur haut rendement),
– fonctionnement silencieux et sans vibrations (souvent lié à un empennage avec un profil spécial anti-turbulences),
– un profil des pales permettant de produire en régime lent,
– une bonne qualité de fabrication (gage de durée dans le temps).

Exemple : la classique D400 d'ATMB
L'éolienne marine D400 C'est l'auxiliaire de charge des batteries des bateaux de voyage ; elle fournit 91 ampères par jour avec 9 noeuds de vent seulement !
Le kit de fixation (en sus) inclut :
– 1 tube de 2,60 m (Ø 42 mm)
– 1 embase inclinable/ réglable
– 2 anneaux pour haubanage.

Caractéristiques techniques
– puissance : 500 W à 40 nœuds (non limité),
– amorçage : 5 nœuds (9,26 km/h),
– voltage : 12 V (24 V en option),
– profil de pales Airflow, pas variable à faible Reynolds,
– alternateur 12 pôles Stator isolé dans l'époxy,
– carter en aluminium revêtu de peinture époxy,
– Ø hélice : 1,10 m,
– Ø de rotation : 0,59 m,
– poids : 15 kg,
– conformité CE,
– garantie : 2 ans,
Prix : environ 1 689 euros.
L'éolienne marine 504 de Rutland
Autre exemple : La Rutland de Marlec
La société anglaise Marlec produit des éoliennes Rutland depuis plus de 40 ans

La Rutland 504 est bien adaptée pour les petites unités jusqu'à 10 m en recharge d’un petit parc de batteries tout en étant relativement silencieuse
Son corps est traité anticorrosion et elle possède des fixations en inox :
- puissance : 90 Watts à 25 noeuds,
- démarrage par vent faible (5 noeuds),
- 5 kg,
- ø des pales : 510 mm,
- ø de l’axe de fixation : 41 mm (en sus).
Prix : environ 600 euros + mât Environ 180 €.
Distribuée dans la majorité des shipshandler.

MaJ : En 2022, la Rutland 1200 arrive dans une version 48 V (en plus des versions 12 et 24 V) et désormais toute la gamme (1200, 914i et 504) est compatible avec les batteries lithium.

Autre exemple : la Silentwind 400
L'éolienne marine Silentwind Dernière née de la filière, cette éolienne à 3 pales présente les caractéristiques suivantes :
- démarrage à partir de 2 m/seconde de vent (7,2 km/h),
- faible poids de 7 kg,
- générateur brushless,
- faible bruit,
- faibles vibrations,
- pales en carbone,
- production significative entre 10 et 30 noeuds de vent,
- en cas de surcharge (+32 A valeur réglable), un frein électrique intégré se déclenche pour ralentir la rotation.

Le gros plus de ce modèle - en plus de sa faible vitesse de démarrage - est d'être livré avec un contrôleur de charge MPPT (convertit le courant triphasé produit en courant continu) mais en respectant les mêmes phases de charge (Boost, absorbion, floating) que les chargeurs intelligents, ce qui protège le parc batteries.
A noter que ce contrôleur offre une entrée supplémentaire pour brancher des panneaux solaires (maxi 250 W en 12 V).
Enfin, ce contrôleur est connecté, il partage ses informations (charges, tension…) en Bluetooth via un mobile qui possède l'application, mais aussi certains paramétrages directement sur l'écran du smartphone.

Prix :
- Silentwind 12 V + régulateur Hybrid 600W Bluetooth : 1699 € TTC,
- Silentwind 24 V + régulateur Hybrid 600W Bluetooth : 1749 €,
- kit de montage avec passage de câble intégré : 399 €.


Eoliennes à axe vertical
D'autres éoliennes à axe vertical existent en usage terrestre, mais peu en version marine.
Elles ont pourtant potentiellement un meilleur rendement, grâce notamment à une vitesse de démarrage plus faible ainsi qu'une capacité à transformer les turbulences en énergie, ce qui n'est pas le cas des autres...

Exemple : l'ATMB D1000
L'éolienne à axe vertical ATMB Caractéristiques :
- Puissance maximale 48 W/ 5 A à 40 Nœuds - 12 V
- régulation automatique,
- rotor Aerofoil qui fait que tout excédent est consommé,
- fixation sur balcon ou portique,
- silencieuse et sans danger,
- roulements étanches sans entretien,
- construction en aluminium et peinture époxy,
- circuit électrique protégé et étanche.
un modèle D500 produit 18 W/ 1,6 A à 40 Noeuds - 12 V.

Prix : 1315 € pour le modèle "1000" et 1039 € pour le modèle "500".
notre avis : une trop faible production électrique pour le prix.

Existe également sous le nom de "Forgen 500 ou 1000", développée par Goodridge Engineering Limited - England.


Calcul de la puissance fournie d'une éolienne
La puissance électrique théorique délivrée par une éolienne se calcule selon la formule de Betz.
P (en Watt) = 0,37 x S (surface balayée par les pales en m²) x (vitesse du vent en m/s).

Il convient de pondérer ce résultat brut par un facteur de correction en rapport avec le nombre de pales :
2 pales = 45 %
3 pales = 30 %
5 pales = 25 %.

Enfin voici un petit graphique visualisant la production comparée de quelques éoliennes de bord courantes :
Schéma comparatif de production d'éoliennes de bord courantes

Les hydroliennes marines
L'hydrolienne est également une solution élégante adaptée plus particulièrement aux voiliers.
Il existe même un modèle novateur puisque à fonctionnement mixte éolien et hydrolien.

La « DuoGen »
L'hydrolienne Duogen Ce modèle combine à la fois une éolienne et un hydro-générateur en un seul appareil :
– silencieux en mode éolien,
– conversion rapide du mode aérien en mode hydrolien,
– installation facile,
– construction marinisée,
– disponible en 12 et 24 V,
– 3 hauteurs de mâts pour bateaux jusqu'à 70 pieds,
– hélice pour catamaran en option,
– faible entretien,
– garantie 2 ans.

Avantages
Partie éolienne :
– rotation lente, très silencieuse,
– arrêt facile, se dévente en tournant la poignée sur le mât,
– pales démontables rapidement pour le rangement,
– protégé contre les sur-vents.
Partie hydro-générateur :
– traînée minimum, environ 0,15 nœuds,
– compense les consommations du bord dès 5,5 nœuds (10,18 km/h).

Caractéristiques techniques
Partie éolienne :
– 3 A à 10 nœuds (40 W)
– 7 A à 15 nœuds (90 W)
– 12 A à 20 nœuds (150 W)
Partie hydro générateur
– 8 A à 6 nœuds (100 W)
– 11,5 A à 7 nœuds (150 W)
– 16 A à 8 nœuds (200 W)
Prix : environ 968 euros TTC.


L'hydrolienne de gouvernail
Le système consiste à placer une hydrolienne sur le gouvernail d'un voilier dépourvu de moteur thermique, un peu comme une dynamo sur un vélo.

Hydrolienne de gouvernail Verna
Cette hydrolienne recharge une batterie, et permet au voilier de produire son électricité.
La pose de ce générateur est très simple (trois trous dans le gouvernail, et deux boulons/ écrous).

Outre l'avantage de fournir de l'électricité à bord, notamment en mouillage sur une zone animée par des courants, ce système permet au bateau de se sortir de mauvais pas en cas de baisse de vent, contrairement à une éolienne classique, puisque l'hydrolienne peut se transformer en moteur par le basculement d'un contacteur et permet les manœuvres portuaires, etc.

Sur les embarcations fluviales en halte sur une rivière ou un fleuve, la fonction hydrolienne est également un appoint complémentaire pour produire de l'electricité par la seule force du courant.

Pour les gros voiliers, le principe reste le même, hormis la puissance de l'hydrolienne dotée d'une gestion plus fine de la charge, qui est régulée en fonction du ratio désiré "charge des batteries/ vitesse du navire".

L'électronique actuelle permet de gérer la prise de force antagoniste à la vitesse.

D'autre part, un système de relevage hydraulique permet de mettre hors d'eau l'hydrolienne : soit volontairement quand la vitesse est privilégiée, soit automatiquement lorsque les batteries sont chargées.
Hydrogénérateur chinois pour voilier
Cette innovation, montée sur un gros voilier, permet à celui-ci de s'affranchir d'un moteur thermique de propulsion, en cas de problème (manque de vent, dérive vers des écueils), et au cas où; les batteries seraient déchargées, un groupe électrogène est mis en route pour sauver la situation.

L'inventeur de ces brevets recherchait des industriels pour développer ces concepts.
Contact :
Christophe Verna
tel : 05.56.29.06.97

L'idée ne devait pas être si mauvaise car quelques années plus tard, les fabricants (souvent chinois) se sont mis à proposer des hydrogénérateurs que l'on rencontre de plus en plus sur les voiliers de croisière.


Propulsion électrique Pod Kaena AquamotL'hydro-génération combinée
L'intérêt de cette solution est de combiner l'avantage de posséder un moteur de type POD (particulièrement pratique pour les manoeuvres, mais pouvant servir de moteur secondaire) et un générateur hydraulique.
L'hydro-générateur permet, lorsque le moteur est stoppé, de générer à 5-7 noeuds de vitesse une puissance de recharge des batteries de 5 à 10 % de la puissance totale du moteur.
Par exemple : entre 500 W et 1000 W pour un moteur de 10 kW.
Cela est particulièrement pertinent dans le cas :
- d'une bi-motorisation,
- d'un voilier (hydro-génération lors de la navigation sous voile).



La production hybride
Nombreux sont ceux qui installent une combinaison mixte – éolienne + solaire – afin de toujours avoir une production de courant quelque soit l'état de la météo.
Installation de production électrique hybride photovoltaïque et éoliennes sur l'Ecotroll
Par exemple, un commercial vous dira volontiers qu'avec une éolienne et 4 panneaux de 100 Watts (soit 400 Watts), lors d'une journée ensoleillée d'été et un vent moyen de 25 km/h, la production théorique est de 2600 + 1350 = 3950 Wh/jour.
Mais vous n'aurez pour ainsi dire jamais ce genre de configuration !
A vous de prévoir large...

à noter : la présence indispensable d'un régulateur spécifique pour permettre le branchement mixte de l'éolienne et de panneaux solaires.

Le régulateur / chargeur/ convertisseur
Nous entrons là dans le domaine de la gestion intelligente de l'électricité du bateau.
Existe t-il un régulateur qui sache gérer la charge d'une éolienne et d'un panneau solaire en même temps (et qui ne se fasse pas « leurrer » par les panneaux solaires) ?
Le problème vient plutôt du fait que lorsqu'un régulateur type « shunt » est utilisé (régulation de la tension de charge à la tension de floating), comme c'est le cas pour les régulateurs d'alternateur et certains régulateurs de panneaux solaires ou d'éoliennes "basiques", ceci ne permet pas de recharger les batteries à plus de 80 % de leur capacité.

La tension de « floating » ou « charge d'entretien »
C'est la tension à laquelle on doit maintenir en permanence un accu pour être sûr qu'il soit chargé de façon optimale au moment où; l'on doit s'en servir : 2,25 à 2,28 V par élément (Elt) à 25 °C (rappelons que l'unité de base d'un accu plomb est de 2 V).
Cette valeur doit être corrigée de 0,005 V en + ou en – par degré centigrade, selon les variations de température.
Par exemple, pour une batterie de 12 V : 14,6 V à – 10 °C, 13,6 V à + 25 °C et 13,2 V à + 40 °C.
En effet, lorsque la batterie atteint la tension de 13,8 V, le régulateur coupe les sources d'énergie alors que la batterie n'est souvent chargée qu'à 70 %. Ensuite, la tension de la batterie oscille autour de 13,8 volts et permet d'obtenir un niveau de charge de 80 %, mais au bout d'un temps très long.
Ainsi, même si de l'énergie est produite – par des panneaux solaires ou une éolienne, par exemple – celle-ci ne sera pas emmagasinée par la batterie…
Au contraire, un régulateur de charge optimisé envoie toute l'énergie produite dans la batterie jusqu'à ce que celle-ci atteigne la tension d'absorption (14,1 volts pour une batterie AGM à une température de 25 °C). Ensuite, cette tension est conservée jusqu'à ce que la batterie soit chargée à 100 % avant de passer à la tension de floating.

La technologie MPPT
Quelques explications basiques
La majorité des panneaux solaires sont conçus pour produire, en théorie, un courant ayant une tension nominale de 12 Volts (ou 24 et méme 48 Volts pour certains) mais dans la réalité la plupart produisent un courant dont la tension varie entre 16 Volts et 36 Volts.
Les batteries fonctionnant généralement avec une tension nominale de 12 Volts (entre 10,5 Volts et 12,7 Volts en fonction de son état de charge), lorsqu’elles sont en charge il leur faut de 13,2 Volts à 14,2 Volts pour retrouver leur "pleine" capacité.

La technologie MPPT (« Maximum Power Point Tracking » signifiant « recherche du point de puissance maximale ») de ce type de contrôleur lui donne la capacité d'adapter la tension d'entrée du panneau solaire pour toujours le faire fonctionner au maximum de puissance (courbe de V-A).
Comparé à un contrôleur solaire de charge standard, il permet d'augmenter de 10 % à 30 % l'efficacité des panneaux.

Comment ça marche ?
La recherche du point de puissance maximum (MPPT) est réalisée électroniquement, sans autre dispositif ou système mécanique.
Le contrôleur ou régulateur MPPT mesure et compare en permanence la tension délivrée par le panneau avec celle du parc batterie.
Il calcule alors le niveau de puissance maximum que :
- le panneau peut délivrer à la batterie,
- le pack batteries est capable de recevoir,
A partir de cette puissance estimée, il détermine la tension (voltage) la plus adaptée afin d’emmagasiner le maximum d’Ampères dans la batterie.


Forum
Bravo et merci pour cette véritable encyclopédie de la navigation écologique.
J'aime beaucoup cogiter, imaginer autour de la technique. Je suis toujours enthousiasmé par leur évolution.
Une idée m'est venue en dévorant vos articles sur les différentes productions et propulsions électriques. Elle concerne plus particulièrement les bateaux au mouillage dans un courant (marin ou fluvial). Ne pourrait-on utiliser la force du courant sur l'hélice ou turbine pour faire tourner un générateur ou transformer le moteur de propulsion en générateur électrique? On navigue le jour, on recharge les batteries la nuit. Je n'ai jamais rien lu sur ce concept. Aurais-je eu une idée géniale ou utopiste ?

Philippe B.

Réponse
Bien entendu, la solution que vous proposez est valide, il s'agit d'un hydrogénérateur.
Et il en existe déjà dans le commerce, sous différentes formes et puissances.
Nous les évoquons déjà dans notre dossier.
L'intérêt est d'en mettre en oeuvre un modèle suffisamment sensible aux courants les plus faibles pour espérer une production significative.

Parfait comme d'habitude votre dossier sur les éoliennes et leurs petites soeurs les hydroliennes.
Par contre, vous auriez dû insister encore plus sur le fait que ces solutions, ont bien sûr le mérite d'exister, mais que leur production est vraiment très en dessous de leur puissance crète indiquée, avec des vents et courants normaux.

R.S


Autres liens connexes
- La gestion de l'électricité à bord
- Batteries marines
- Gestion du froid à bord
- Eclairage à bord
- Propulsion électrique
- Coordonnées des marques marines




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