Guide
d'achat de petites éoliennes :
comment comparer ?
Guide
d'achat de petites éoliennes :
| Auteur: Mick Sagrillo, adaptation: Jacques Duchesne | Une exclusivité
mondiale en français présentée par l'Association
Canadienne d'Énergie Éolienne avec l'autorisation
de
Home
Power Magazine.
Et pour aller droit au but .................. : |
Un
catalogue illustré de 15 petites éoliennes
Les
éoliennes
Vergnet (France)
et Bornay
(Espagne)
Nos conseils
On trouve actuellement sur le marché des documents traitant en profondeur des différents aspects de l’énergie éolienne dans ses applications de petites puissances, ainsi que des guides d’installation des équipements. Ce petit guide vise plutôt à démystifier l’utilisation de l’énergie éolienne et à orienter l’acheteur vers un choix d’équipements appropriés à ses besoins. Il ne contient ni données techniques précises ni formules de calcul et ne pourra, par conséquent, servir de méthode d’installation des équipements. Afin de compléter son apprentissage, l’acheteur pourra se reporter aux ouvrages spécialisés et s’adresser à la personne la plus apte à lui recommander la méthode la plus adéquate, c'est à dire un fabricant ou un distributeur.
Guide d’achat
L’auteur de l'article original, Mick Sagrillo, dirige depuis 14 ans une petite entreprise spécialisée dans le réusinage d'éoliennes et dans la fabrication de pièces pour des dizaines de modèles qui ne sont plus offerts sur le marché. Afin de redonner un second souffle à ces appareils, il a analysé chaque modèle afin de déterminer quelles étaient la nature du problème et les corrections à y apporter. Pour ce faire, Lake Michigan Wind & Sun a installé tous les modèles présentés dans ce guide. Nous présentons donc ici un point de vue de praticien.
Vous trouverez plus loin dans ce document un tableau comparatif des caractéristiques dont vous devrez tenir compte au moment de choisir un système éolien.
En raison de l'importance de ces caractéristiques pour l'éventuel acheteur d'un système éolien, la première partie de ce document s'attache plus particulièrement à définir le " jargon " éolien pour aider le consommateur à faire un choix avisé.
Puissance nominale (rated output)
Une éolienne ne produit pas toujours la même quantité de courant. Elle atteint son maximum de performance à une certaine vitesse de vent et donc de rotation de son hélice et de son générateur. Cette vitesse est appelée puissance nominale, exprimée en watts (W). Il s'agit donc de la puissance maximale produite par l'éolienne. En principe, plus il vente fort, plus la production augmente. La puissance disponible est proportionnelle au cube de la vitesse du vent. Mais si on ne contrôle pas la vitesse du rotor, on peut gravement endommager l’éolienne. Bien entendu, les fabricants règlent la vitesse maximale de leurs rotors à une valeur sécuritaire (voir dispositifs de régulation).
Vitesse nominale du vent (rated wind speed)
C'est la vitesse du vent (exprimée en m/s, km/h ou mi/h), à laquelle l’éolienne atteint sa puissance nominale. Bien que la plupart des fabricants fixent la vitesse nominale de vent autour de 40 à 50 km/h (25 à 30 mi/h), il n’y a pas de standard établi. Certains d’entre eux ont abusé du concept de vitesse nominale du vent. Ainsi, la fiche technique de leurs éoliennes indiquait que les appareils atteignaient leur puissance nominale à des vitesses de vent nettement plus élevées. Cette façon de faire est un piège que le consommateur avisé prendra soin d'éviter, d’autant plus qu’il y a peu d’heures dans l’année où on observe des vents de forte intensité. On ne peut en effet comparer la production de ces éoliennes artificiellement "gonflées" à d’autres qui fourniraient la même puissance à 50 km/h. Ce genre de piège est facilement "éventé" en comparant l'énergie que chacune produit dans un vent moyen donné et sur une période déterminée. (Voir la section sur l'énergie mensuelle et le coût par unité de puissance).
Vitesse nominale de rotation (rated RPM)
Nombre de tours par minute (tr/min) effectué par le rotor à sa puissance nominale. N’oublions pas qu'en général, plus le rotor est petit, plus il tourne vite.
Vitesse d'amorçage (cut in wind speed)
Vitesse du vent à laquelle l’éolienne commence à produire de l’énergie. Il n’y a pratiquement pas de puissance utilisable pour des vents soufflant à moins de 10 km/h. Si l’on veut capter cette énergie, ce que l’on fait pour les éoliennes reliées à une pompe (à eau), il faut surdimensionner le rotor, ce qui exige par le fait même des mécanismes de régulation fiables pour protéger l’éolienne par vents forts.
Diamètre du rotor
Le rotor (l’hélice) sert à transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. La puissance fournie par une éolienne est toujours proportionnelle à la surface balayée par les pales. Plus le diamètre du rotor est grand, et plus la surface balayée sera importante (exprimée en mètres/carrés)
Nombre de pales
Sur un rotor de diamètre donné, le nombre de pales influence directement l’efficacité de conversion du rotor. C’est un élément essentiel dans la conception d’une éolienne. Pour un type de pales donné, plus le nombre de pales est élevé, plus le couple transmis à l’arbre du rotor sera grand. Il faut évidemment avoir un couple minimal afin de lancer le rotor. La conception du rotor dépend de l'application. Les éoliennes qui actionnent directement une pompe comportent plusieurs pales parce qu’elles ont besoin d’un couple de démarrage plus élevé que celui d'une éolienne reliée à un générateur.
Par ailleurs, la théorie aérodynamique nous dit que plus le nombre de pales est réduit, plus grande est l’efficacité de conversion du rotor. L’idéal serait de ne monter qu’une seule pale, mais cela pourrait entraîner des problèmes de vibration, surtout en conditions de verglas. La plupart des éoliennes offertes sur le marché possèdent deux ou trois pales. Mais pourquoi utiliser une éolienne à trois pales, si celle à deux pales est plus efficace? Voici pourquoi.
Le rotor et le générateur d’une éolienne sont montés sur la tour de manière à suivre continuellement le changement de direction du vent. Dans le cas des éoliennes à deux pales, on observe des vibrations cycliques importantes lorsque le rotor cherche à suivre le vent. Ces vibrations se répercutent sur toutes les composantes mécaniques de l’éolienne, elles sont créées par le changement cyclique de la position des pales à chaque tour. Quand les pales sont à la verticale, elles n’opposent qu’une faible résistance au changement d’orientation de la nacelle mais, à l’horizontale, elles opposent une résistance maximale. Il en résulte un mouvement d’orientation saccadé du système, à une fréquence double de la vitesse de rotation. L’utilisation d’un rotor à trois pales permet d’éliminer ce problème. Il faut, bien sûr, que le rotor soit bien équilibré.
En montant les deux pales de son éolienne sur une plaque à ressorts, la compagnie World Power Technologies a permis d’atténuer une partie des vibrations propagées au système et, ce faisant, de prolonger de façon marquée la durée de vie de ce système.
Matériaux utilisés dans la fabrication des pales
Après avoir fait l’essai de nombreux matériaux, les manufacturiers ont, en grande majorité, opté pour le bois et le fibre de verre dans la fabrication des pales. Par sa légèreté, le bois s’avère encore le choix le plus judicieux. L’épinette de Sitka et le tilleul d’Amérique offrent une grande légèreté et une grande flexibilité. Ces essences ont d’ailleurs déjà fait leurs preuves dans le secteur de l’aéronautique et de la marine. Le fibre de verre est également un excellent matériau (souvent combinée maintenant à de la fibre de carbonne, par exemple chez AtoutVent, France). La compagnie Bergey est passée maître dans la technique d’extrusion du fibre de verre pour les petites éoliennes, et elle utilise des pales de plastique moulées par injection.
Profil aérodynamique de la pale
Le profil aérodynamique, c'est la forme que possède une pale vue en coupe. Les fabricants utilisent deux types de profils : l’un traditionnel et l’autre qu’on dira, pour faciliter la lecture, cambré. Un profil traditionnel ressemble à celui d'une aile d’avion vue en coupe : courbé sur un côté et plus ou moins plat sur l’autre. Le profil cambré se caractérise par le fait que ses deux côtés suivent une ligne plus ou moins parallèle : il est facilement formé par extrusion. Les différences entre les deux types de pales sont de trois ordres et touchent la performance, le bruit et le coût de fabrication. Le profil traditionnel a un rendement supérieur et un fonctionnement plus silencieux que le profil cambré, mais la production de ce dernier profil est moins coûteuse.
Poussée latérale
Poussée horizontale maximale exercée au sommet de la structure par l'effet du vent sur le rotor. Elle s’exprime en livres (lb) ou en Newtons (N). Elle croît en fonction de la surface balayée par le rotor. Cette donnée sera précieuse au moment de choisir la structure, le système de haubanage et la conception des ancrages de la tour.
Ce sont les dispositifs qui protègent l’éolienne contre les vents forts et la survitesse du rotor. Ces dispositifs s’avèrent nécessaires pour deux raisons : d’abord pour protéger le générateur contre la surproduction et la surchauffe, ensuite pour éviter que l’éolienne ne vole en pièces par vents forts. Ces mécanismes de régulation sont classés en trois catégories :
Pour réduire la surface balayée par le rotor, il s'agit d'augmenter l'angle formé par l'axe de rotation des pales et la direction du vent dominant, soit en faisant basculer l'hélice vers le haut (pour les modèles Wind Baron 750, Windseeker et Whisper) soit en le faisant pivoter sur le côté (pour les modèles Ruthland et Bergey). Ce mode de régulation utilise la pression du vent sur le rotor pour " effacer " le rotor. Cette méthode éprouvée s’avère très efficace pour le contrôle de la vitesse. Lorsque le rotor est effacé ainsi vers le haut ou sur le côté, le rendement du rotor diminue considérablement et la puissance produite chute rapidement.
La troisième méthode consiste à modifier l’angle de calage des pales. Au moment des variations de vitesse, on utilise la force centrifuge produite par la rotation du rotor pour changer l’angle de calage des pales. Plus les pales tournent vite, plus leur angle de calage augmente et elles entrent éventuellement en décrochage. Ce dispositif permet de maintenir la vitesse de rotation à une valeur sécuritaire au cours des tempêtes. Ce mécanisme de régulation, qui possède de nombreuses pièces mobiles, est plus complexe mais, bien conçu, il permet d’obtenir une meilleure performance du système.
Les caractéristiques de régulation dépendent donc des mécanismes sélectionnés par chaque constructeurr: ressorts, amortisseurs et effets de levier (voir figure 1).
Vitesse de régulation
C'est la vitesse du vent à laquelle le mécanisme de régulation est pleinement activé.
Mécanismes d’arrêt
Dispositif permettant d’immobiliser le rotor. Il est très pratique dans les cas où l’on veut effectuer des réparations, des travaux de maintenance, ou toute autre manoeuvre sur la machine.
Une des méthodes les plus couramment utilisées consiste à actionner un treuil, situé au bas de la structure, pour ramener le safran (le "gouvernail" de l’éolienne) perpendiculairement au rotor.
La compagnie Wind Turbine Industries se sert également d’un treuil, mais celui-ci applique un frein mécanique sur le rotor dans le cas des modèles de 10 et de 20 kW.
Enfin, dans le cas de l’alternateur à aimants permanents, il existe un autre dispositif, le freinage dynamique, qui consiste à court-circuiter les trois phases, ce qui a pour effet de ralentir puis d’arrêter le rotor. Bien sûr, cette opération, électrique, peut être faite à distance.
Masse nette au sommet de la tour de support
Masse totale (en kg) supportée par la tour : il s’agit donc de la masse de la nacelle complète qui comprend alors le rotor, le générateur, le safran, l’arbre de transmission et les mécanismes de régulation.
Dimensions et surfaces balayées d’hélices de petites éoliennes
Option maritime
Option que le fabricant offre pour certains modèles et qui permet de protéger l’éolienne contre les effets d’un climat marin. L’utilisation de matériaux et de traitements spéciaux protège l’équipement contre l’air salin, source d’une corrosion rapide des pièces. Cette option est recommandée dans le cas d’installations sur un voilier, une île ou près d’un plan d’eau.
Types de machines électriques
On peut retrouver trois types de machines électriques sur une éolienne : l’alternateur à aimants permanents, la génératrice à courant continu (c.c.) et l’alternateur sans balai. Nous verrons un peu plus loin les avantages et les inconvénients de chacun de ces modèles, mais rappelons tout d’abord quelques notions de base sur le fonctionnement des machines électriques.
Il y a production d’électricité lorsqu’on fait tourner un ou des conducteurs dans un champ magnétique. Le mouvement du conducteur dans ce champ magnétique induit un courant dans ce conducteur. C’est ce courant qui alimentera la charge désirée : batteries, onduleurs, éléments chauffants, etc.
Dans les alternateurs à aimants permanents, les aimants créent un champ magnétique permanent et constant. Ces alternateurs sont beaucoup plus légers que les autres types de générateurs, qui utilisent un enroulement de cuivre autour d’un noyau en fer pour créer le champ magnétique. Les alternateurs à aimants permanents produisent un courant et une tension de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation (qui varie elle-même selon les vents). Ce qui veut dire qu’on ne peut pas y connecter directement des appareils électriques fonctionnant sur le 60 Hz. Pour les utiliser, il faudra redresser ce courant en courant continu (par exemple pour d’abord charger des batteries), puis transformer le courant continu en courant alternatif de 60 Hz (ou 50 Hz pour l'Europe) à l’aide d’un onduleur.
Certains fabricants affirment que les alternateurs à aimants permanents sont, en raison de leur entretien minime, les meilleurs types de machines à monter sur des éoliennes. L’entretien d’une génératrice à courant conrinu est plus fréquent puisqu'il faut remplacer ses balais tous les 6 ou 10 ans ; toutefois, ce remplacement ne pose pas de difficultés particulières. Pour le fabricant, l’avantage réel des alternateurs à aimants permanents réside dans leur coût relativement faible. En effet, les aimants étant beaucoup moins chers que les bobinages de cuivre, le fabricant de ce type de machines peut donc demeurer plus concurrentiel. Ce type de machines comporte aussi des avantages pour l'utilisateur : le freinage dynamique (décrit ci-dessus) et la production d’un courant alternatif, qui, par rapport au courant continu, peut représenter des économies à l’achat du câble électrique reliant l’éolienne au panneau d’alimentation électrique.
Cependant, contrairement aux générateurs alternateurs à inducteur bobiné, les alternateurs à aimants permanents ont le désavantage de toujours produire la même densité de flux magnétique, alors que l’intensité du champ magnétique produit par un générateur à inducteur bobiné est proportionnelle au courant qui y circule et à la tension à ses bornes. En d’autres mots (et en très simplifié...), plus la tension est élevée aux bornes de l’inducteur, plus le courant augmente et plus l’inducteur développe un flux magnétique élevé. De façon pratique, cela signifie que le flux magnétique s’intensifie à mesure que la vitesse du rotor augmente.
L’avantage des alternateurs à inducteur bobiné est leur facilité de démarrage par vents faibles. Ceci s’explique par le fait qu’il n’y a presque pas de flux magnétique développé par l’inducteur, donc une très faible résistance au mouvement pour l’armature en rotation. Le flux magnétique augmentera au fur et à mesure que les vents augmentent et ce jusqu’à ce que le rotor atteigne sa vitesse nominale. Si on se reporte à la figure 1, on remarque que la génératrice à c.c. suit la loi cubique de la puissance contenue dans le vent : toutes les fois qu’on double la vitesse du vent, on multiplie par 8 (huit) la puissance de sortie de la génératrice. Par contre, les alternateurs à aimants permanents développent un flux magnétique constant quelle que soit la vitesse de rotation du rotor. Le rotor est donc plus difficile à démarrer et l’alternateur n’est performant qu’à un seul point de la courbe de puissance. Tous les autres points de la courbe ne sont qu’un compromis, particulièrement pénalisant dans les cas où les vents sont moyens ou faibles, ce qui constitue effectivement la majeure partie de la plage d’opération d’une éolienne.
Afin de résoudre ce problème, les fabricants qui utilisent des alternateurs à aimants permanents ont conçu leurs pales de façon à obtenir plus de couple au démarrage pour que le rotor puisse démarrer par vents faibles. Ce design d’hélice a cependant un impact sur le rendement aérodynamique par vents plus forts.
Aussi, même si les alternateurs à aimants permanents sont de fabrication simple (pas de balais) et coûtent moins chers à produire que les génératrices à c.c., leur simplicité a un " prix ". Par ailleurs, il est vrai également que les génératrices à c.c. coûtent plus cher que les alternateurs à aimants permanents.
Quant aux alternateurs sans balais, ils possèdent les avantages des deux autres types de machines. Ils ont un inducteur bobiné et n’ont pas de balais. Leur courbe de puissance est similaire à celle d’une génératrice c.c. Cependant, comparativement aux génératrices c.c. et aux alternateurs à aimants permanents, les alternateurs sans balais sont plus compliqués. Ils coûtent donc plus cher à l’achat et au moment des réparations.
Coût de l’éolienne
C’est le prix de vente de la machine éolienne proprement dite, sans la tour. Dans la plupart des cas, le coût des contrôleurs n’est pas compris, à moins d’indication contraire (voir notes du tableau). Chaque application éolienne requiert un système de commande approprié. Certaines applications n’en requièrent aucun.
Prix au Watt produit par une petite éolienne (Coût par unité de puissance)
Il s’agit du prix de l’éolienne divisé par sa puissance nominale en watts. Mais ce chiffre ne dit pas tout et peut parfois porter à confusion : c’est certainement une donnée utile pour comparer par exemple le prix d'un modèle d’éolienne à celui de piles photovoltaïques pour une application donnée.
Par ailleurs, et en plus des remarques faites dans la section sur la vitesse nominale, il faut éviter de comparer des pommes avec des oranges lorsqu’on utilise ce paramètre. Par exemple l’achat d’un groupe électrogène pourrait sembler à première vue très avantageux... jusqu’à ce que le budget de carburant n’entre en ligne de compte dans les frais d’exploitation. Le carburant de tous les renouvelables est en effet " gratuit ", pour toute la durée de vie de l’équipement.
De façon générale, tous les projets d’énergie renouvelable demandent une capitalisation plus élevée que celle qu’on retrouve dans des projets à base de combustibles. Il est important de faire l’analyse économique complète des options en présence et de bien tenir compte du coût de capital, de la durée de vie de l’équipement et du coût d’exploitation des options en comparaison.
Usages spécifiques
Il est important de clarifier à quelle fin servira l’éolienne. Un système de contrôle spécifique est nécessaire pour chaque application.
La production annuelle du système divisée par le coût de financement de l’installation fournit un élément essentiel de comparaison des options énergétiques possibles. Cette donnée détermine en grande partie la valeur de l’investissement. Dans le tableau comparatif, ces deux estimations d’énergie mensuelle produite donneront une idée de la capacité d’un système éolien à répondre à vos besoins. À titre de comparaison, une maison très bien isolée ou un petit chalet consomment en moyenne de 75 à 200 kWh par mois, une maison de type bungalow utilise 600 kWh et une grande maison chauffée entièrement à l’électricité peut consommer de 1200 à 2000 kWh par mois. Dans le tableau comparatif, la production d’énergie estimée a été fournie par les fabricants et les chiffres indiqués entre parenthèses donnent le facteur d’utilisation du système.
Le facteur d’utilisation (F.U., en %) représente la quantité de kWh que la machine électrique peut produire pendant une période donnée, comparativement à ce qu’elle produirait si elle fonctionnait à pleine puissance pendant toute cette période. Pour un type de rotor donné, le facteur d’utilisation d’une éolienne de puissance nominale donnée dépend de la vitesse moyenne des vents au site (à la hauteur de la nacelle), de la surface balayée par le rotor et, surtout, de la vitesse nominale de la machine. Généralement pour un site donné, plus la surface balayée est grande et la vitesse nominale basse, plus le facteur d’utilisation sera élevé.
Garantie
Les fabricants garantissent leurs produits contre tout défaut de fabrication ou de main-d’oeuvre. Cela signifie que vous devez retourner la pièce défectueuse au fabricant afin qu’il en fasse l’évaluation, et la réparation ou le remplacement, selon le cas. Les frais d’expédition sont assumés par l’acheteur. La garantie ne couvre pas les dommages causés en raison d’une mauvaise installation, de l’utilisation de pièces non conformes, d’usage abusif, de négligence d’entretien et de catastrophes naturelles. C’est pourquoi il est préférable de vous munir d’une police d’assurance couvrant les situations extraordinaires, les accidents ou les cas de responsabilité.
Expérience du fabricant
Le tableau indique le nombre d’années d’expérience des fabricants. À noter que la compagnie Wind Baron, qui fabrique et vend des éoliennes depuis seulement quatre ans, possède dix-neuf ans d’expérience dans le domaine. Et les éoliennes Whisper sont offertes sur le marché depuis douze ans, mais leur fabricant a accumulé plus de dix-neuf années d’expérience. Connu auparavant sous le nom de Whirlwind, il a produit une nouvelle gamme d’éoliennes.
Entretien
Une vérification périodique est recommandée par le fabricant afin de garder le système en bon état de fonctionnement tout au long de sa vie. La durée de vie d’un système dépend de plusieurs facteurs. On a déjà vu une Jacobs fonctionner pendant près de soixante-dix ans. Les vieilles éoliennes Jacobs étaient très robustes, conçues avec de très forts coefficients de sécurité mécanique. Cela ne signifie pas qu’il n’y aura pas de pièces à remplacer ni de réparations majeures à effectuer sur ce type d’appareils. Les pales devront être repeintes, le ruban protecteur de leur bord d’attaque, remplacé ; les roulements à billes, changés ; les systèmes devront être lubrifiés et la boîte de vitesse vidangée annuellement. Il faudra resserrer les boulons et les écrous et effectuer les réglages nécessaires. Il serait illusoire de croire qu’une machine aussi complexe, fonctionnant continuellement et dans un environnement difficile, n’exigera aucune maintenance.
Certains fabricants recommandent une simple inspection visuelle au moment de la maintenance. Ainsi, l’entreprise Bergey Windpower Co. suggère une inspection annuelle au pied de la structure afin de s’assurer qu’elle fonctionne toujours...
La plupart des bris majeurs survenus aux systèmes éoliens ont été causés par de petits détails aussi simples qu’un boulon mal serré ou desserré par exemple. Le propriétaire devrait inspecter minutieusement son système deux fois par année, soit lors des premières belles journées de printemps et une autre fois à l’automne, juste avant la période des grands vents. L’entretien préventif est important et il le devient davantage à mesure que l’investissement de votre système croît. Mieux vaut prévenir que guérir !
Évolution technologique
La conception des éoliennes modernes ne date pas d’hier. Le dispositif de régulation de Bergey Windpower Company et de Wind Turbine Industries — qui permet au rotor de s’effacer du vent dominant en rabattant le rotor sur le côté — a été breveté en 1898 et a servi à l’origine pour les éoliennes utilisées pour le pompage de l’eau. Le dispositif de régulation de la Wind Baron 750, de la Windseeker et de la Whisper (rotor basculant vers l’arrière) a été breveté en 1931. Le pas variable de la Jacobs a été breveté en 1949.
Mais la plupart des grands progrès qui ont été réalisés au niveau de l’entretien des appareils proviennent des nouveaux matériaux qui sont apparus sur le marché. Aujourd’hui, on utilise des coussinets de nylon imprégnés de graphite, du ruban à base de résine aliphatique pour protéger le bord d’attaque des pales. Ces produits, plus légers et plus résistants, n’existaient pas il y a dix ans. La fabrication d’éoliennes avec ces nouveaux matériaux aide à réduire l’intervention humaine. Il n’y a pas d’économie à faire pour un manufacturier qui nierait ces progrès dans le domaine des matériaux.
Dans la comparaison des options, il faut tenir compte des coûts d’entretien puisqu’ils ont une influence sur le coût de l’énergie produite (voir la section " Estimation de l’énergie mensuelle... " et la section " Prix des petites éoliennes au watt produit ").
Courbes puissance-vitesse
Les courbes puissance-vitesse du vent des éoliennes répertoriées dans le tableau ont été classées par catégorie afin de faciliter la comparaison entre les différents systèmes. Elles sont présentées à la figure 1. Les courbes indiquent la puissance fournie en fonction de la vitesse du vent et chaque manufacturier doit être en mesure de les fournir.
Bruit
L’intensité du bruit acoustique causé par une éolienne suscite souvent beaucoup d’inquiétudes. Pourtant, la majorité des aérogénérateurs sont conçus pour fonctionner de façon relativement silencieuse. Il faut se garder également d’associer bruit et danger en matière d’éoliennes. Lorsque le vent souffle, le rotor émet une sorte de sifflement, un peu comme le fait le vent à travers les arbres et les bâtiments.
Le bruit émis par l’éolienne peut être d’origine mécanique ou aérodynamique. Par exemple, un bruit mécanique peut être celui d’un multiplicateur, comme c’est le cas sur les Jacobs. (La majorité des autres machines présentées dans le tableau ne possèdent pas de multiplicateur de vitesse). Il est possible d’éliminer une très grande partie du bruit mécanique par une conception adaptée (montage sur amortisseurs, etc.). Le bruit aérodynamique est causé essentiellement par la pale en mouvement et provient surtout du bout de la pale. Il s’intensifiera à mesure que la vitesse de rotation augmentera. Il faut souligner par ailleurs que le bruit de fond causé par le vent sur les arbres, les bâtiments, augmente aussi avec l’intensité du vent. La forme de la pale a aussi une incidence sur le bruit. Une pale de profil traditionnel est plus silencieuse qu’une de profil cambré.
Finalement, quant le rotor entre dans sa plage de régulation, le décrochage aérodynamique cause l’émission de bruits caractéristiques à chaque type de système de régulation.
Au moment de calculer votre projet, il vous faudra tenir compte du prix de la structure qui portera l’éolienne. Le prix dépendra du type d’éolienne et de la hauteur envisagés. Il y a trois types de structures : celle retenue par des haubans ; la structure autoportante, qui peut requérir passablement de béton aux ancrages ; et la tour à bascule, qui permet d’effectuer les réparations au sol. L’installation sur le toit d’un bâtiment est fortement déconseillée en raison des vibrations qui sont transmises à la structure du bâtiment.
L’installation
d’une éolienne au sommet d’une tour s’effectue à l’aide d’une
grue ou d’une perche de montage. Dans le cas des installations de petite
puissance, on installe une poutre de levage au sommet de la tour, et on
y passe un câble qui permettra de hisser la nacelle et ses composantes.
Pour les systèmes de 10 kW et plus, on recommande l’utilisation
d’une grue, ou encore, pour une tour montée sur charnière,
l’installation d’une chèvre (voir figure
2). Ainsi, l’utilisateur peut, à son gré, monter
ou descendre la tour à l’aide d’un treuil et effectuer les vérifications
et les réparations nécessaires à partir du sol. Ce
type de tour coûte cependant plus cher que les tours haubanées
et que celles de type pylône (voir figure 3).
Figure 3 : Une perche de montage est attachée à la première section de la tour. Cette perche est utilisée pour monter la seconde section de la tour. La perche est ensuite transférée sur la seconde section de la tour pour monter la prochaine section, etc. . .
Figure 4
La hauteur de la structure de support est un élément très important à considérer dans tout projet éolien. Une des règles à suivre est de positionner l’éolienne à au moins 10 m (30 pi) au-dessus de tout obstacle, et ce, dans un rayon de 100 m (300 pi), figure 4. La majorité des petites éoliennes (< 300 W) sont installées sur des tours de 10 à 15 m (30 à 50 pi), et les éoliennes de plus de 10 kW sont montées sur des tours de 27 m (80 pi), voire de 40 m (120 pi).
N.B. : Les grandes éoliennes modernes, regroupées en centrales ou reliées au grand réseau électrique ont des rotors de 60 m (180 pi) de diamètre et sont montées sur des tours de 60 m (180 pi) de hauteur.
Emplacement
Au-delà des remarques déjà faites sur le régime des vents au site où sera installée l’éolienne, il vous faudra franchir plusieurs étapes administratives. La première démarche à faire consiste à rencontrer le service d’urbanisme de votre municipalité afin de lui soumettre votre projet et de connaître les restrictions et les règlements en vigueur. Si vous demeurez en milieu urbain, il est fort possible qu’on vous refuse l’émission d’un permis à cause de la dimension des terrains. Au Québec, les municipalités qui ont adopté un règlement sur les installations d’éoliennes sont rarissimes. Celles qui l’ont fait semblent surtout exiger un seuil de bruit maximal de 50 dB à la limite du terrain. La plupart des fabricants vous fourniront aujourd'hui un tableau indiquant le niveau de bruit émis par l’éolienne en fonction de la distance et certains documentent la fiabilité mécanique de leur produit.
L’emplacement de votre éolienne devra répondre à toutes les normes de sécurité. Ainsi, la tour devra être éloignée de tout câble électrique ou téléphonique et se trouver à une distance minimale des bâtiments par rapport à la hauteur de la structure.
Le choix
Après avoir étudié tous les modèles d’éoliennes et leurs caractéristiques, vous devez maintenant faire votre choix. Vous savez que ces modèles, qui possèdent chacun leur style et leurs particularités, vous permettront de produire de l’électricité pendant de nombreuses années. Laquelle est la meilleure ? C’est à vous de décider et le but de ce document est de vous aider à discuter avec vos fournisseurs éventuels. Comme dans le cas d’une automobile, les éoliennes sont offertes dans une variété de modèles et de prix, et il vous faudra choisir votre éolienne en fonction de vos besoins, de vos goûts, de votre budget et peut-être aussi en fonction du service après vente.
L’achat d’une éolienne d'occasion
L’acquisition d’une éolienne usagée (ou d'occasion) demande de la vigilance de la part de l’acheteur. L’idéal serait, bien sûr, d’acheter un système dont le fabricant est encore en opération afin de pouvoir facilement commander le manuel d’instruction ou les pièces de rechange, mais c'est malheureusement très rare. Il est un peu plus risqué d’acheter une éolienne d’une entreprise qui a fermé ses portes, mais on trouve encore aux É.-U. quelques endroits spécialisés dans le recyclage d’éoliennes et de pièces de rechange . En France, TRAVERE Aérogénérateurs reconditionne et construit des éoliennes de 1 à 10 kW (souvent des Vergnet) - Tel/fax : +33(0)493 837 897- Pour les personnes qui possèdent des notions d’électricité et de mécanique et une certaine dose de débrouillardise, l’achat d’une éolienne usagée peut être une bonne affaire. L’historique d’utilisation de la machine devrait être documenté.
La fabrication d’une éolienne
La construction d’un système éolien s’avère un défi de taille. Il faut que le concepteur possède des connaissances en mécanique, en électricité, en soudure, en aérodynamique et qu’il soit un mécanicien avisé. Il doit être habile à travailler le bois ou le fibre de verre afin de concevoir les pales, à moins qu’il ne les achète toutes faites. Le rotor est la partie la plus importante de l’éolienne ; il puise l’énergie du vent et détermine l’efficacité de votre système. Il faut munir l’éolienne d’un dispositif de protection contre la survitesse. Il ne faudrait pas oublier que l’aérogénérateur sera soumis à des conditions difficiles, donc à beaucoup de contraintes mécaniques. On ne s’improvise pas fabricant d’éoliennes. Une éolienne doit être bien conçue et bien installée, sinon... Pour l’amateur qui désire construire une éolienne, des plans de différents types sont disponibles. On peut fabriquer une éolienne de type Savonius à l’aide de tonneaux ou barils ou une éolienne de 2000 W à l’aide de pièces d’automobile usagées. Aux USA, Windstream Power Systems Inc. offre des générateurs à basse vitesse ainsi qu’une gamme complète de pièces permettant de fabriquer soi-même une éolienne de 100 W. Pour des éoliennes de plus grande capacité, il est sans doute plus avantageux de recourir aux fabricants existants. Dans tous les cas, il faut prendre toutes les mesures de sécurité possibles afin d’éviter les incidents malheureux. Le travail en hauteur nécessite en particulier de suivre des mesures de sécurité bien rodées.
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575-24 V |
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de fibre de verre |
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Éoliennes - Tableau comparatif (suite 2)
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permanents 3 Æ |
permanents 3 Æ |
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Éoliennes - Tableau comparatif (suite 3)
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1400-32 V à 48 V |
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Éoliennes - Tableau comparatif (suite 4)
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