Licence : Attribution - Partage dans les Mêmes Conditions (CC BY-SA)
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.
Étape 2 - Etapes de fabrication
L'éolienne
1 - Préparation du moteur
2 - Axe du moteur
3 - Préparation des Pales
4 - Aileron et base des pales
5 - Assemblage
Le circuit électrique
1 - Redresseurs
2 - Condensateur
3 - Régulateur de tension
4 - Raccordement du port USB
Protection du moteur
Étape 3 - L'éolienne - Préparation du moteur
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 pales (découpées
à l’étape 3) sur leur base (découpée
à l’étape 4).
2 - Visser la base des pales sur la plaque en métal. Utiliser les trous percés dans la plaque métallique à l’étape 2. (image 6)
3 - Vérifier qu’il y ait le même angle entre chacune des pales.
Étape 8 - Le circuit électrique - Redresseurs
Le circuit électrique est celui du schéma 4.
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 continu on utilise deux redresseurs : 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 sélectionnées) 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.
(image 7)
* Astuce : Il est possible d’utiliser de la gaine thermorétractable pour couvrir les connections afin de protéger le système.
2 – Souder les sorties négatives des
deux redresseurs entre elles, puis souder les sorties positives des deux redresseurs entre elles. (image 8)
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 la surcharge,afin de
pouvoir la redistribuer de façon constante. On utilise pour cela
un condensateur.
Le condensateur est un composant polarisé :
La borne positive est la tige la plus longue
La borne négative est la tige la plus courte
* Astuce : Il est également possible
de se référer au symbole “-” inscrit sur
la borne moins.
1 - Souder les pôles négatifs entre eux puis les pôles positifs entre eux en sortie de redresseur. (image 9)
* Astuce : si les tiges de vos différents
composants sont trop courtes pour
se souder entre elles, vous pouvez les relier à l’aide de 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 pôle négatif du condensateur avec le commun du régulateur de
tension. Souder le plus du condensateur
à l’entrée du régulateur de tension.
(image 10)
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 positive, et la patte de gauche votre borne négative.
1 – Souder un fil rouge à la borne positive et un fil noir à la borne négative. Ce seront les fils de sortie de votre éolienne, auxquels vous pouvez connecter une batterie, une ampoule, etc,et dans le cas présent un port USB. (image 11)
2 – Souder le fil rouge avec la sortie du régulateur et le fil noir avec le commun du régulateur. (image 12)
Votre circuit est prêt à fonctionner vous pouvez y brancher un téléphone, à condition qu’il y ait du vent bien sûr.
(image 13)
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.
(image 14)
Étape 13 - Utilisation
Brancher un téléphone portable ou autre appareil comportant une connexion USB
au circuit électrique et laisser recharger quelques heures.
Par vent moyen compter 5 heures de charge pour une batterie de téléphone.
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