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Introduction
En Afrique, près de 600 millions
de ruraux n’ont pas accès
à l’électricité.
CONTEXTE :
L’accès à l’énergie, et plus particulièrement l’accès à l’électricité, est une condition indispensable pour le développement économique et sanitaire d’un pays.
Or, si la consommation d’énergie mondiale a presque doublé depuis les années 1970, la part des pays pauvres n’a cessé d’augmenter. Aujourd’hui, on estime à 2 milliards le nombre de personnes qui ne disposent pas d’un accès à l’énergie suffisant pour vivre dans des conditions correctes, et à 1,6 milliards le nombre de personnes n’ayant pas accès à l’électricité. Ce qui a des conséquences sanitaires et environnementales dramatiques. Les énergies renouvelables, comme l’éolien pourraient être une solution : Une éolienne converti l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.
L'EOLIENNE INDUSTRIELLE :
Une éolienne industrielle d'une puissance de 2 Mégawatt produit annuellement environ 4400 mégawatt/heures, soit la consommation électrique d'environ 2000 personnes.
Les éoliennes industrielles sont remplies de capteurs, de pièces mobiles, de régulateurs et de pièces mécaniques en tout genre. Elles sont complexes de fabrication et leur impact environnemental à la construction est loin d'être neutre. De plus il n’est aujourd’hui pas possible de réparer ces éoliennes avec des moyens locaux.
L'EOLIENNE LOW-TECH :
Une Éolienne low-tech à moins de 10€, très simple à fabriquer à partir de matériaux de récupération, c’est possible ! De plus faible puissance que les éoliennes industrielles elle peut être utilisée pour des applications locales : charger un téléphone, allumer des LED, actionner une petite pompe… Pour de telles applications, quelques watts seulement suffisent.
Cette éolienne peut donc être très utile pour les régions reculée n’ayant pas accès à l’électricité du réseau et bénéficiant de vents favorables. Au Sénégal, par exemple, seuls 40% de la population sont reliée au réseau électrique en zone urbaine et seulement 10% en zone rurale. La possibilité pour les populations de pouvoir générer de l’électricité à partir d’une éolienne auto-construite serait une belle opportunité.
Matériaux
Eolienne :
1 - Une planche de bois (au moins 10 mm d’épaisseur)
2 - Une plaque de fer plate (au moins 2 mm d’épaisseur)
3 - Un moteur pas à pas d’imprimante (avec sa broche de connexion)
4 - Un tube PVC (55 mm < diamètre < 100 mm ; et au moins 3 mm d’épaisseur)
5 - Une chambre à air de vélo
6 - Des vis à bois
Circuit électrique :
3 - Le moteur pas à pas d’imprimante
8 - Un support en plastique pour accueillir les différents éléments du système
9 - Deux redresseurs de tension
10 - Un condensateur
11 - Un régulateur de tension LM7805 pour fixer la tension
à 5V, on peut aussi utiliser le LM7812 pour fixer la tension à 12V
12 - Un connecteur USB
13 - De l’étain pour la soudure
14 - Du fil électrique
Outils
Eolienne :
a - Un étau
b - Une scie à bois et à métaux
c - Une règle
d - Une visseuse
e - Un voltmètre
f - Des pinces crocodile
Circuit électrique :
g - Une pince coupante
h - Un fer à souder
Étape 1 - Fonctionnement
Ce tutoriel montre comment fabriquer une petite éolienne à partir de vieux moteurs pas à pas d’imprimantes ou de photocopieurs. Elle permettra par exemple de recharger un téléphoneportable.
1 - La rotation des pales
Sous l’effet du vent, l’hélice, aussi appelée rotor, se met en marche.
Ses pales tournent.
Le rotor à 4 pales est placé en haut d’un mât pour prendre plus de vent.
2 - La production d’électricité
L’hélice entraîne un moteur pas à pas d’imprimante.
Grâce à l’énergie fournie par la rotation des pales le moteur pas à pas produit
un courant électrique alternatif.
3 - Le circuit électrique
Le circuit sert à « traiter » le courant en sortie du moteur, afin qu’il puisse être
utilisé pour charger de téléphone, ou autre appareil à partir d’un port USB.
Il est composé :
- De redresseurs qui « redressent » la tension à la sortie du moteur afin
de récupérer un courant continu.
- D’un condensateur permettant de redistribuer l’électricité de façon constante, car le vent fournit une énergie non continue.
- D’un régulateur de tension qui élève
la tension du courant électrique produit par le moteur au voltage voulu, ici 5V.
La rotation de l’éolienne nécessite une vitesse de vent minimale d’environ 10 à 15 km/h pour démarrer.
1 - Couper les 6 fils sortant du moteur pas à pas, les dénuder et les torsader.
Afin de savoir lesquels des 6 fils ont
la tension de sortie la plus haute, il faut tester tous les couples possibles
de sortie du moteur, et sélectionner
les deux plus élevés.
2 - à l’aide d’une visseuse, d’un voltmètre réglé sur « alternatif » et de pinces
crocodiles, tester les couples de fils.
Noter la tension pour chacun des couples. (image 1)
3 - Sélectionner les deux couples de fil ayant la tension de sortie la plus élevée (ici 10V, cela peut varier en fonction
du moteur). Ceux sont eux qui seront ensuite connectés au circuit électrique de l’éolienne.
* Astuce : Marquer d’un scotch de couleur les deux couples retenus pour ne plus les mélanger aux autres.
Étape 4 - L'éolienne - Axe du moteur
1 - Découper une plaque métallique
de 80x30 cm. La percer de 5 trous de diamètre 4.
* Astuce : Vous pouvez vous aider
du schéma 1 ci-dessus pour découper et percer la plaque.
2 - Souder la plaque de métal au niveau de son trou central à l’axe du moteur.
(image 2)
Étape 5 - L'éolienne – Préparation des Pales
1 - Dessiner et découper les pales dans un tube PVC. (image 3)
* Astuce : Vous pouvez vous aider
du schéma 2 ci-dessus pour dessiner
la forme des pales.
2 - Poncer les bords de chacune des pales : le bord d’attaque doit être arrondi, et le bord de fuite aiguisé.
3 - Percer les pales : le perçage
s’effectue au plus proche du bord
de fuite afin que ce dernier puisse être
fixé à plat sur la plaque qui porte
les pales. (image 4)
Vos pales sont prêtes !
Étape 6 - L'éolienne - Aileron et base des pales
1 - Dans une planche de bois, dessiner
et découper l’aileron. (image 5)
* Astuce : Vous pouvez vous aider du
schéma 3 ci-dessus pour dessiner
la forme de l’aileron.
2 - Dans cette même planche découper un carré de la taille de votre moteur
(ici 80x80cm) qui servira à accueillir
les pales précédemment découpées
afin de les solidariser entre elles.
(schéma 3 - base des pales)
3 - Sur l’aileron, marquer l’emplacement du moteur de façon à ce qu’il puisse s’encastrer de force dans la forme.
(schéma 3 - moteur)
* Remarque : Les dimensions de cette
partie dépendent de la taille de votre moteur.
4 - Poncer les rebords de l’aileron pour un meilleur aérodynamisme et un
meilleur rendu. (image 5)
Étape 7 - L'éolienne - Assemblage
1 - Visser les pâles (découpées à l'étape 3) sur leur base (découpée à l'étape 4).
2 - Visser la base des pales sur la plaque en métal.
3 - Vérifier que l’on ai le même angle entre chacune des pales.
Étape 8 - Le circuit électrique - Redresseurs
Le circuit électrique est celui du schéma ci-contre. Il sert à « traiter » le courant sortant du moteur, afin qu'il puisse être utilisé pour charger de téléphone, ou autre appareil à partir d'un port USB.
En sortie du moteur, on obtient du courant alternatif. Or, pour charger une batterie ou allumer une lampe, il est nécessaire d'avoir du courant continu. Pour transformer du courant alternatif en courant continue on utilise deux redresseur : ils « redressent » la tension à la sortie du moteur.
Chaque redresseur dispose de 4 pattes :
Les deux pattes centrales sont les pôles alternatifs du condensateur
Les deux pattes extérieurs sont les pôles positifs et négatifs du condensateur
Astuce : sur la tête du redresseur chacun de ces 4 pôles sont indiqués.
1 - Souder les sorties tension du moteur pas à pas (précédemment sélectionnés) aux entrées alternatives de chaque redresseur. Le premier couple avec les pôles alternatifs du premier redresseur, et le deuxième couple avec les pôles alternatifs du deuxième redresseur.
Astuce : Il est possible d'utiliser de la gaine thermorétractable pour couvrir les connections et protéger le système.
2 – Souder les sorties moins des deux redresseurs entre elles, puis relier les sorties plus des deux redresseurs entre elles également.
Étape 9 - Le circuit électrique – Condensateur
L'énergie fournie par l'éolienne n'est pas constante car la vitesse du vent varie en permanence. Il faut donc stocker provisoirement le trop plein, la surcharge, afin de pouvoir la redistribuer de façon constante. On utilise pour cela un condensateur.
Le condensateur est un composant polarisé :
La borne plus est la tige la plus longue
La borne moins est la tige la plus courte
Il est également possible de se référer au symbole “-” inscrit sur la borne moins.
1 - Souder les moins en sortie de redresseur au moins du condensateur. Puis souder les plus en sortie de redresseur au plus du condensateur.
Astuce : si les tiges de vos différents composants sont trop courtes pour se souder entre elles, vous pouvez les relier à l'aide d'un fil électrique.
Étape 10 - Le circuit électrique – Régulateur de tension
Le régulateur de tension permet de récupérer un courant 5V en sortie.
Remarque : Chaque régulateur est différent, si vous voulez une sortie en 12V, par exemple, achetez votre régulateur en conséquence. Ici pour connecter un port USB nous prendrons du 5V.
Le régulateur de tension à 3 tiges différentes :
1 entrée
1 commun
1 sortie
1 - Souder le moins du condensateur avec le commun du régulateur de tension. Souder le plus du condensateur à l'entrée du régulateur de tension.
Étape 11 - Le circuit électrique – Raccordement du port USB
Lorsque vous posez votre connecteur sur une table avec la lamelle plastique vers le dessus, la patte de droite est votre borne plus, et la patte de gauche votre borne moins.
1 – Relier un fil rouge à la borne plus et un fil noir à la borne moins. Ce seront les fils de sortie de votre éolienne, auxquels vous pouvez connecter une batterie, une ampoule... et dans le cas présent un port USB.
2 – Souder le fil rouge avec la sortie du régulateur et le fil noir avec le commun du régulateur.
Votre circuit est prêt à fonctionner vous pouvez y brancher un téléphone, à condition qu'il y ai du vent bien sûr.
Étape 12 - Protection du moteur
Couvrir le moteur et le circuit électrique de chambre à air : cela permettra de les protéger de la pluie ou des embruns.
Étape 13 - Utilisation
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