Eolienne et habitat : Différence entre versions

Version du 3 avril 2009 à 22:57

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Contrairement à d'autres systèmes de transformation de l'énergie, comme les capteurs solaires par exemple, les éoliennes, pour la plupart du temps, ne sont pas intégrées directement au bâti. Les différents systèmes éoliens existants aujourd'hui s'ajoutent à la structure de l'habitat, sans être une partie intégrante de celui ci.

C'est pour cette raison que l'on parlera donc d'adaptation au bâti, et non d'intégration.

Néanmoins, on s'aperçoit de nos jours que beaucoup de projets d'envergure à travers le monde mettant en jeu des bâtiments qui possèderont des structures et des géométries travaillées pour créer et optimiser les vents qui le traversent, on peut imaginer que la notion d'intégration de l'éolien au bâti est pour bientôt. Fichier:Mohammad nabil rais- Anara Tower.jpg

Description

Lieu d'installation

Eolienne à axe horizontal sur un immeuble

Il existe trois différentes solutions pour adaptée l'éolienne au bâti :

• le toit :

Dans ce cas, on cherche à prendre de la hauteur pour aller chercher des vents plus forts. Aussi, l'obstacle que représente le bâtiment pour le vent, oblige les courants d'air à contourner l'obstacle, et par effet Venturi, augmente la vitesse de ceux ci au sommet du bâtiment.

L'avantage de ce mode d'installation est qu'il utilise la structure du bâtiment comme support et surtout de ne pas occuper de la surface supplémentaire au sol.

• la façade :

Étant donné que l'angle formé par le bâtiment avec le sol est bien souvent de 90°, des turbulences apparaissent contre les façades. Des turbines sont spécialement étudiées et conçues pour capter l'énergie de ce type de mouvements d'air induits par l'architecture urbaine. Fichier:World-trade-center-Barhein.jpg

• le sol :

Dans le jardin, dans la rue ou dans les parcs publics, il est possible d'installer une éolienne sur un mât. Une astuce pour ne pas rajouter de structures supplémentaires à l'environnement urbain est d'utiliser des mâts communs pour l'éclairage public et les éoliennes. ^[1] Fichier:Windela.jpg

Type d'installation

éolienne à axe horizontal

• les éoliennes classiques à trois pâles et à axe parallèle au vent. Elles possèdent un bon rendement, et de ce fait sont très répandues ;
• les éoliennes multi-pâles : quasiment uniquement utilisées pour le pompage de l'eau ;
• les éoliennes à axe perpendiculaire au vent : elles sont plus spécialement dédiées à l'environnement urbain, et en particulier les toits d'immeubles. En revanche, elles ne sont pas orientable suivant la direction du vent, d'où la nécessité de procéder à une étude très précise des vents sur le lieu d'installation ;

Voir un article sur la première éolienne de ce type installée en France!

éolienne à axe vertical

Eolienne à axe vertical sur une maison

• type Savonius : constituée schématiquement de deux ou plusieurs godets entraînés par le vent. Ce sont des éoliennes développant que de faibles puissances et qui ont un rendement assez faible.

• • Ce type d'éolienne permet d'utiliser des vents de 1-3 m/s (ou 4-10 Km/h), soit des vitesses de vent insuffisantes pour beaucoup d'autres types d'éoliennes.
  • Il fonctionne aussi par tempête, certaines ont été testées à 60 m/s (ce qui donne 216 Km/h !!! - on est très très loin des éoliennes classiques qui elles sont arrêtées aux alentours de 90 Km/h).
  • Certaine de ces éoliennes produisent, quand d'autres sont arrêtées par une petite brise estivale ou durant une dure tempête hivernale, voir quand d'autres sont gelées.
  • Sur l'année, ce type d'éolienne peut produire au moins 50% plus d'électricité que des éoliennes conventionnelles à hélices.
  • Plus de pales, hauteur 1,5 m, diam 0,70 m^[2]
  • encombrement réduit, discrète, sans bruit, sans vibration, ^[3]
  • s’installe en ville sur des toits terrasses ou sur de petits mats,

• axe vertical à géométrie variables ou fixes ^[4]
  • Un concept révolutionnaire d'éolienne à axe vertical. Il se compose d'un stator fixe qui canalise de manière optimale le vent sur un rotor mobile.
  • ...

Eolienne à axe vertical à 2 aubes

• type Darrieus : repose sur l'effet de portance subi par un profil soumis à l'action du vent. Elle est plus sophistiquée que le type Savonius, elles développent de plus grandes puissances, mais leur utilisation reste limité puisqu'elles ne démarrent pas à faible vent.

Avantages/ Inconvénients de l'adaptation de l'éolien à l'habitat

On retrouve ici en plus des avantages de l'éolien en général

• La diminution de la distance séparant le lieu de production et le lieu de consommation. En effet, beaucoup de pertes sont occasionnées par le transport de l'énergie électrique dans le réseau : environ 30% de l'énergie produite ! Produisant cette énergie électrique en ville, on produit là où on consomme, les pertes en lignes disparaissent.
• Optimisation de certains espaces tel que les toits, les lampadaires, et autres structures déjà existantes ;
• Permet de phrofiter de vents créés par effets venturi entre les bâtiments ;
• Gisement d'implantation énorme !

En terme d'inconvénients, on peut noter

• Les perturbations électro-magnétiques induites par les générateurs sur certains radars, météorologiques par exemple;
• La pollution acoustique engendrées par des systèmes situés très près des lieux de vies des personnes ;
• Les perturbations visuelles liées aux ombrages « stroboscopiques » des pâles tournantes des éoliennes pouvant être réfléchis à l'intérieur des les habitations ;

La démarche à suivre pour un projet éolien en milieu urbain

Bien s'assurer du potentiel de vent de la zone

Il est très important de connaître parfaitement le potentiel éolien du site où l'on souhaite produire de l'énergie : la vitesse moyenne, la régularité, vitesse maximale, la direction des vents dominants, etc. Pour cela vous possédez des données à partir d'un aérodrome le plus proche ou de Météo France, mais il est également fortement conseillé d'effectuer des mesures sur le site même. Si les conditions de vents ne sont pas suffisantes, votre éolienne ne produira donc peu d'électricité et le temps de retour sur investissement sera d'autant plus long.

Quelques valeurs clés :

• • 4,5m/s (16,2Km/h) : assure l'amorçage de l'éolienne
  • 7m/s (25,2Km/h) : une vitesse moyenne annuelle convenable
  • 25m/s (90Km/h)  : le vent est trop fort l'éolienne s'arrête et se met en drapeau pour les éolienne à axe horizontal ;

Ces valeurs sont données à titre indicatif car elles varient en fonction du type d'éolienne choisie pour le projet.

Type d'éolienne déterminée par le lieu d'installation

Il s'agit de bien choisir la technologie adéquate en fonction du lieu de l'installation, de la place disponible, des besoins, etc.

S'informer des dispositions légales

C'est en général en mairie du lieu concerné par le projet que l'on doit se présenter pour demander si aucunes interdictions n'a été prises contre l'installation d'éoliennes sur la zone géographique du projet. En effet, par exemple, les sites classés, les sites historiques et les couloirs aériens interdisent souvent l'implantation d'éoliennes. Le Plan Local d'Urbanisme (PLU) contient ces informations.

Déclaration de travaux

Il est nécessaire de faire une déclaration de travaux pour toutes construction et installation d'éolienne dans sa propriétés. Pour les éoliennes supérieurs à 12 mètres de haut, il est demandé un permis de construire en plus de la déclaration. Ce permis est délivré par le maire pour une production d'électricité destinée à votre maison seule, et par le préfet lorsque le courant produit est introduit sur le réseau électrique national. Des plans de construction de l'installation complète sont aussi à fournir à la direction de l'équipement, ainsi que de nombreux dossiers destinés à direction régionale de l'industrie de la recherche et de l'environnement (DRIRE), direction des affaires sanitaires et sociales (DASS), Direction de l’aviation civile, armée de terre, gendarmerie, etc.

Coût d'une installation éolien

Il existe trois différents coûts :

• • coût d'achat
  • coût d'installation
  • coût d'exploitation et d'entretien

A l'achat, on trouve beaucoup de prix en fonction de la puissance. On notera néanmoins dans une première approche cet ordre de grandeur :

• • 500 W : environ 2000 €
  • 2 kW : environ 6 000 €
  • 10 kW et plus : à partir de 15 000 €

Le coût d'installation comprend le génie civil et le ralliement électrique au réseau ou à votre maison. Le coût lié à l'installation d'une éolienne varie fortement suivant la technologie choisie et du mode d'adaptation au bâtiment. En effet, une éolienne à axe vertical peut nécessiter quelques changements d'ordre architectural de votre toit, ce qui engendrera, en plus du coût de l'éolienne, un sur-coût lié au génie civil.

La durée de vie d'une éolienne est d'environ une vingtaine d'années ou l'équivalent de plus de 100 000 heures. Une valeur de 0,01€/kWh est en moyenne pris pour les coûts d'exploitation.

Aides financières et Tarifs de rachat

Lorsque vous démarrez un projet éolien sachez que vous pouvez bénéficier de crédits d'impôts de 50% et de la TVA à 5,5 %. Cependant, ces aides s'appliquent sous les conditions que l'installation soit réalisée sur votre résidence principale et par un professionnel.

La direction régionale de l'industrie de la recherche et de l'environnement (DRIRE) ne délivre actuellement plus de certificat ouvrant droit à une obligation d'achat hors des Zones de Développement de l'Eolien (ZDE). Seul recours possible : demander à sa commune d'engager les démarches nécessaires pour créer une ZDE. Pour les ZDE le tarif de rachat est garanti pendant 15 ans par EDF à 0,084€/kWh.

L'auto-construction, l'alternative économique !

pour en savoir d'avantage

Le générateur

Le générateur est le cœur de toute turbine. Rien ne sert de disposer d’un formidable dispositif d’entrainement si la conversion en énergie électrique ne suit pas. Le générateur peut être de deux types, soit un alternateur qui produit un courant alternatif, soit une dynamo qui produit un courant continu. Si l’éolienne doit servir à alimenter des batteries situées au pied du mât, le choix de la dynamo peut avoir son intérêt puisque ces dernières seront forcément rechargées en courant continue. On évitera ainsi une transformation ultérieure du courant. Pour toutes les autres situations, le choix de l’alternateur sera préférable. En effet, le courant continue subit beaucoup plus de déperditions en ligne et les conducteurs surchauffant entraine l’installation de plus grosse section de câble. Il existe trois types d’alternateur plus ou moins simple à se procurer voir à fabriquer :

• le générateur à aimants permanents (le plus présent dans les solutions vendues)
• l’alternateur de voiture modifié (limité à une production de 1kWh)
• le moteur synchrone ou asynchrone converti en générateur

Si ce n’est pas déjà le cas de l’alternateur que vous avez, pensez à le protéger de la pluie dans un caisson étanche et à prévoir un système de refroidissement si il a tendance à chauffer. A l’aide d’une perceuse et d’un voltmètre/ampèremètre, vous pouvez vérifier l’état de votre alternateur. Entrainer votre alternateur avec la vitesse minimale de la perceuse et relever le courant aux bornes de votre alternateur. Profitez en pour vous assurer qu’il s’agit bien d’un alternateur ou d’une dynamo. Si la perceuse possède un compte tour, vous pouvez mesurer la puissance fournit par votre alternateur à différente vitesse. Attention aux surchauffes.

les pales

La seconde pièce maitresse est le dispositif d’entrainement : les pales. A la différence des grandes éoliennes, toute tripale, l’éolien dans l’habitat possède une très grande variété de forme de pale et dans de multiples matériaux. Le bois reste tout de même le matériau le plus aisé à manipuler. Pale à axe horizontale : La taille des pales dépendra totalement de l’alternateur choisit. En cas de manque d’expérience, un bon croquis du projet accompagné de tous les renseignements sur l’alternateur (puissance/vitesse…) vous permettront d’obtenir une réponse sur les forums dédié sur internet. Le nombre de pale idéale est de trois mais l’important est que ce soit bien équilibré. Plus il y en a, plus l’éolienne démarrera à faible vent mais moins elle pourra aller vite à fort vent. C’est un compromis. En fonction de l’alternateur utilisé, de sa vitesse maximale accepté, on augmentera le nombre de pale afin d’améliorer le démarrage sans limiter la vitesse max. Construire ses pales :

• • En sculptant : nécessite beaucoup de maitrise dans ce domaine, de temps et de rigueur. Il y a beaucoup de difficulté d’équilibrage mais le résultat est souvent très robuste.
  • En moulant : On sculpte un seul négatif de la pale souhaité puis, on moule les pales en résine ou fibre. Demande à connaître les techniques de moulage des fibres.
  • Par lamellé collé : On découpe des tranches du profil dans du contre plaqué qui vont servir au squelette puis on les recouvre de fine taule d’aluminium ou de fibre de verre.

L’assemblage se fera par en découpant des encoches dans les pales (60° de part et d’autre du milieu dans le cas de trois pale). Pale à axe verticale :

• Types Savonius : très facile à réaliser, ce sont les panneaux en tôle qui tournent sur eux même. Pour ce faire la main sur une première construction d’éolienne, c’est l’idéale.

Fichier:Savonius.jpg

• Types Darrieus : Nécessite de très fortes connaissances en aérodynamisme.

Régulateur, Batteries et Onduleur

Ensuite, il faudra se préoccuper du dimensionnement du régulateur, des batteries et de l’onduleur. Pour cela, il faut s’assurer que votre éolienne produit bien 12Volts en tension. Il faudra veiller à ce que le régulateur, les batteries et l’onduleur soit à la même tension. Le régulateur est de l’électronique très pointue. Il devra fonctionner en permanence pendant très longtemps, alors n’hésitez pas à demander conseils lors de l’achat. Vérifiez qu’il supportera toutes les intensités que votre générateur fournira à 12 Volts de tension (toutes les puissances que le générateur fournira : Puissance = Tension * Intensité). Votre régulateur devra cesser de charger la batterie quand celle-ci sera pleine. Les batteries à charge profonde appelées parfois « batteries solaire »s ou encore « batteries de chantiers » seront celles qui nous intéresse, laissez de coté les batteries dites à charges constantes (batteries de voitures). Les batteries au gel seront préférées aux batteries au plomb. Elles son certes plus chers mais elles tiennent bien mieux la charge, n’ont pas de risque d’explosion et le cycle de charges et de décharges est augmenté de 50%. La puissance de vos batteries (une ou plusieurs reliées par un coupleur) dépend de vos besoins. L’onduleur permet de convertir vos 12 Volts continus de votre ou vos batteries en 230V et 50 Hertz. Il faut absolument prévoir un élément qui coupe l’alimentation de l’onduleur si la batterie arrive au seuil de sa décharge ; parfois, l’onduleur assure lui même cette fonction. Prévoyez une petite marge supérieur de puissance par rapport à celle de vos batteries.

Voir aussi

Liens internes

• Éolienne
• Énergie éolienne
• Petit éolien

Liens externes

• Une éolienne sur le toit !
• Article du 6 février 2007 : Une éolienne urbaine britannique (Le site de « Quiet Revolution »^[5])
• Une tour éolienne !

Livres

On conseil vivement de se référer à de la lecture plus précise à toutes personnes songeant se lancer dans l'aventure de l'autoconstruction. "Le mini-éolien" de Emmanuel Riolet est très bien fait mais sans doute beaucoup d'autres pourront vous aider.

Références

1. ↑ http://www.windela.fr/, éclairage jumelant éolien et photovoltaique
2. ↑ http://www.ene-sarl.fr/Eolienaxevertical.html
3. ↑ http://hydro-nrj.fr/
4. ↑ http://www.gual-industrie.com/
5. ↑ http://www.quietrevolution.co.uk « Quiet Revolution » (en anglais)