7 Jours pour fabriquer une Mini-Éolienne Savonius version Licence Libre

Date : lundi 31 juillet 2017 @ 11:11:01 :: Sujet : La fabrique à projets

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https://www.asso-entropie.fr/media/filer_public/24/f6/24f6787b-f8ad-46f8-a471-0c59141619d0/atelier_mini_eolienne_entropie_juillet2013.pdf

Cette notice présente la construction d’une mini éolienne, sous la forme d’un atelier pédagogique de 2h à 3h avec le public. Elle s’adresse à la personne qui va encadrer l’atelier, mais aussi au particulier pour sa
construction personnelle. Selon l’âge et les connaissances des participants, nous laissons le soin au formateur de l’adapter à son public.


Cet atelier, d’une durée de 2 heures, permet de comprendre comment on va pouvoir capter l’énergie du vent pour l’exploiter et par exemple la transformer en énergie électrique. Il aborde des notions physiques comme la résistance à l’air et la génération d’un courant électrique et des notions politiques comme la place de l’énergie dans notre vie. Ces notions sont mises en application lors de la réalisation du petit prototype d’éolienne Savonius.

Introduction

L'atelier se divise en deux parties : une introduction théorique et une partie pratique. Les différents points abordés dans l'introduction théorique sont détaillés dans la partie conception de cette notice. Chaque point pouvant faire l'objet d'un atelier à lui tout seul, nous vous invitons à choisir parmi eux lesquels méritent d’être plus amplement traités.

La partie pratique consiste en la réalisation de l’éolienne. 

En tant qu'animateur-trice, vous devrez préparer certains éléments de l'atelier pour permettre sa tenue dans les temps : 2h sans la construction du générateur, 3h avec la construction du générateur. Le générateur étant difficile à réaliser, on réservera cette partie de l’atelier pour un public adolescent ou adulte.

Au début de l'atelier, on interroge les participants sur les différentes sources de production de l’électricité. Pour info, les principales sont le gaz, le pétrole, le charbon, l'uranium, le vent, le soleil, l'eau, la géothermie et la biomasse. Au fur et à mesure de leurs réponses, on range ces sources (on peut les représenter par des vignettes, des dessins...) dans les catégories « renouvelable » ou « périssable ». Ici, il faudra bien expliquer la différence entre les deux et insister sur le risque que crée notre dépendance aux sources périssables (vous trouverez des ressources très intéressantes en regardant la conférence gesticulée d'Anthony Braud, le lien est à la fin de la notice). On peut également expliquer, selon le temps et les connaissances dont on dispose, le mécanisme de production d’électricité qui va avec la ressource (centrale nucléaire pour l'uranium par exemple). L'objectif ici est bien de faire comprendre les différents mécanismes, pas de faire peur !

On se concentre ensuite sur le mécanisme de l’éolienne. 

Comment ça marche ?  Qu'est-ce que le vent ?

Le vent résulte d’une différence de pression entre deux points. Une masse d’air va alors se déplacer du point où résulte la plus forte pression vers le point de plus faible pression. 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 (on peut dire que l’énergie du vent est une énergie dérivée de l’énergie du soleil).
Il faut savoir que ce déplacement de l’air peut se faire de manière laminaire (régulière) ou turbulente. Cela dépend des obstacles que va rencontrer le vent et de la hauteur à laquelle on va placer l’éolienne. Plus on a d’obstacles et plus on est bas dans le ciel, plus le courant d’air va être perturbé (sur le toit d’une maison ou en montagne, par exemple). Inversement, moins il y a d’obstacles et plus on est haut dans le ciel, plus on aura un courant d’air laminaire (en plaine ou en haut d’un mât de 100m, par exempleq).

Conception

Comment produire de l’électricité avec le vent ? 

Cette masse d’air, lorsqu’elle se déplace assez rapidement, va entraîner le rotor (la partie qui tourne) de l’éolienne et permettre de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique de rotation. Une fois qu’on a transformé notre énergie cinétique du vent en énergie mécanique, on peut transformer celle-ci en énergie électrique via un générateur. Un générateur est constitué de bobines de fil de cuivre devant lesquelles on va faire passer des aimants. 
Le passage alternatif des aimants va créer un courant induit alternatif dans les bobines. Pour illustrer la création d’un courant induit lors du passage d’un aimant devant une bobine, on peut faire une petite expérimentation avec une bobine reliée à un voltmètre devant laquelle on va faire passer un aimant. Lorsque l’aimant s’approche de la bobine, on crée une tension, qui s’annule lorsque l’aimant est immobile, et lorsque l’aimant s’éloigne de la bobine, on créé une tension dont la polarité est opposée à la précédente. L’amplitude de cette variation de tension dépend de la vitesse de déplacement de l’aimant

Qu'est ce qu'une éolienne Savonius ?

Il existe deux types d’éoliennes, les éoliennes à axe horizontal (w) et les éoliennes à axe vertical (e). Les éoliennes à axe horizontal sont les plus utilisées car elles ont un bon rendement, ce qui leur permet de produire plus d’énergie qu’une éolienne à axe vertical. Par contre, elles sont plus complexes à fabriquer et nécessitent d’être placées haut dans le ciel (jusqu’à 100 m) pour bénéficier d’un courant d’air laminaire.En effet, si le courant d’air est turbulent, l’éolienne se casse. Les éoliennes à axe vertical ont un rendement moins élevé que leurs cousines à axe horizontal. Elles sont par contre plus simples à fabriquer et plus solides, ce qui leur permet de résister à des courants d’air turbulents. On va donc pouvoir les placer près du sol sans qu’elles ne se cassent.

Nous allons réaliser lors de cet atelier une éolienne à axe vertical de type Savonius (r). Cette éolienne a été inventée par l’ingénieur finnois Sigurd Savonius en 1924. Elle est constituée d’un rotor qui va transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique de rotation. Le fonctionnement
du rotor Savonius est basé sur un couple aérodynamique induit par la déflexion de l'écoulement (t) sur les pales. 
L'éolienne placée dans un écoulement d'air va dévier les lignes de courant arrivant sur la pale motrice vers la pale freinante. Ainsi, il se crée une différence de pression entre la partie concave et la partie convexe des pales et la machine est mise en rotation. Cela est aussi dû au fait que les parties concave et convexe n’ont pas la même résistance à l’air. Pour se rendre compte de cette différence, on pourra prendre une demi-bouteille par le bout des doigts et la faire bouger rapidement. Suivant le sens dans lequel on fait bouger la bouteille, on va ressentir plus ou moins de résistance à l’air. La partie concave présente plus de résistance que la partie convexe.

Ouvrages de référence 

• D. Le Gouriérès;Les éoliennes, Théorie, conception et calcul pratique, Éditions du Moulin Cadiou, Diffusion Eyrolles, 2008
• Dave Mussell;Build Your Own Wind Turbine, The Pembina Institute, 2006
• Pierre Le Chapellier;Éoliennes et habitat Revue L’Affranchi, numéro spécial 55, troisième édition
• Sur la crise énergétique et ses conséquences;Anthony Braud – SCOP Le Pavé http://www.scoplepave.org/4-le-plein-d-energie

• Concernant le fonctionnement du générateur électrique : vidéo: http://www.canal-u.tv/video/tele2sciences/principe_de_fonctionnement_d_un_generateur_electrique.8941








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