Modifier Tutorial : Eolienne 200W/fr

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Introduction (facultatif)

'''Retrouvez [https://youtu.be/e_sZ3tH_15E Ici] la vidéo tutoriel''' Basé sur les travaux de l'écossais [http://scoraigwind.co.uk/ Hugh Piggott], ce tutoriel a été réalisé en collaboration avec Aurélie Guibert, membre du réseau [http://www.tripalium.org/ Tripalium], au sein du [http://vatelier.fr/ V.A.L] à Valence. Il s'agit de la fabrication d’une éolienne de puissance maximum de 200W en 12V pour une envergure d’1 m 20. Elle est dimensionnée pour de faibles besoins en électricité comme un réseau d'éclairage LED ou l’alimentation d’ordinateurs portables. La partie distribution de l’électricité ainsi que le matage ne sont pas détaillés ici. '''Le vent''' La puissance que le vent fourni est proportionnelle au cube de sa vitesse. A titre d’exemple, l’éolienne de ce tutoriel reçoit dans son hélice 0,7W quand le vent souffle à 1m/s et mille fois plus à 10m/s. Pour la calculer: '''P= 1/2 x Rho x S x v^3''' avec P: puissance (W), Rho: masse volumique de l'air (environ 1,23 kg/m^3), S: Surface balayée par l’hélice (m²), v: vitesse du vent (m/s) Il est donc indispensable d’étudier le terrain où l’on souhaite installer une éolienne pour voir si le vent souffle relativement constamment et avec une vitesse suffisante pour produire un minimum d’énergie. Comme tout système, une partie de l'énergie est perdu par l'éolienne. En théorie, une éolienne ne pourra jamais transformer plus de 60% de l'énergie que le vent lui fournit, c'est la limite de Betz. Dans la pratique, sur le type d'éolienne développé dans ce tutoriel, le rendement peut atteindre jusqu'à 35%. '''L'emplacement''' En règle générale, il vaut mieux un terrain dégagé de tout arbre et toute habitation. Les éoliennes de mêmes tailles placées en villes ou sur des pignons de maisons produisent beaucoup moins à cause des turbulences du vent. De même, le vent est plus constant et puissant en altitude, il sera donc préférable d'installer une petite éolienne en hauteur, qu'une grande éolienne à faible altitude. '''Coût''' Bien que Low-tech, le coût de construction de cette éolienne avoisine les 350€ si tous les matériaux sont achetés. En comprenant le matage et l'électronique, le coût avoisine les 2000€. Il peut être intéressant de l’installer dans des zones hors-réseau dans une optique d’autonomie. Dans le cas d’un raccordement au réseau, ce n’est pas financièrement intéressant.

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Matériaux

'''Liste indicative de matériaux pour l'hélice, se référer aux chapitres pour précisions'''. * Chutes de contreplaqué. * Bastaing section minimum 95mm x 35mm, longueur 1m80. (cèdre rouge ou douglas ou mélèze ou épicea). * Contreplaqué 9mm. * Lots de vis diamètre 5mm, longueur 30mm. '''Liste indicative de matériaux pour la génératrice, se référer aux chapitres pour précisions'''. * Disque métallique épaisseur 8mm diamètre 140mm. * Moyeu arrière de golf, corsa, polo ou Ibiza. * 25cm de tiges filetées diamètre 12mm. * Lot écrous 12mm. * 30 cm tiges filetées de diamètre 10mm, 4 écrous de 10mm. * Chutes de tube métallique et de cornière. * 4 clous diamètre 6mm. * 1,5kg de fil de cuivre émaillé, diamètre 1,4mm. * Scotch électricien. * Gaine thermorétractable. * Contreplaqué 9mm et 16mm. * Tissu de fibre de verre (environ 300g/m²). * Résine polyester, catalyseur associé. * Talc. * Cire de démoulage. * 8 aimants en néodyme. * Disque acier diamètre 230mm, épaisseur 6mm. * Boulons 12mm. '''Liste indicative des matériaux pour la structure acier, se référer aux chapitres pour précisions'''. * Cornière de 206mm (50x50x6mm). * Tube diamètre ext 42,2mm, longueur 100mm. * Tube diamètre ext 33,4mm, longueur 150mm. * Tube diamètre ext 42,2mm, longueur 130mm. * Fer plat 50 x 50 x 6mm. * Tube diamètre ext 33,4mm, longueur 700mm. * Cornière 30 x 30 x 5, longueur 250mm. * 60 cm de tiges filetées diamètre 12mm.

Outils

'''Liste indicative de l'outillage, se référer aux chapitres pour précision'''. * Scies (à main, sauteuse, circulaire). * Crayons, marqueurs. * Mètres, règles, réglets, équerre, compas. * Serres-joints. * Rabot, ciseaux à bois, wastringue, planes. * Perceuse, visseuse, forets métal et bois jusqu'à 14mm, scie cloche diamètre 60mm. * Meuleuse, disques à couper, disques à meuler, gants et lunettes de protection. * Poste à souder. * Fer à souder, étain. * balance électronique. * seringues graduées. * Gants latex. * Barquettes plastiques. * Paire de ciseaux. * Voltmètre.

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Étapes

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* Choisir un bastaing de section minimum 95mm x 35mm

'''Remarques''':

1) Le bois sélectionné doit être imputrescible, relativement léger et facile à travailler. Le cèdre rouge, le pin d'Oregon, l’épicéa, le mélèze, le douglas peuvent par exemple convenir.

2) Pour ce tutoriel, la section du bastaing en cèdre rouge fait 150mm x 45mm.

3) Le paramètre qui détermine l'énergie transmise par le vent à l'hélice est la longueur de la pale et non sa largeur. La section du bastaing peut donc varier.

*A l'aide du patron, '''face intrados visible''', tracer l'emplacement de la première pale.

'''Remarques''':

1) Placer les nœuds et défauts du bois plutôt en pied de pale, afin de ne pas fragiliser la partie la plus fine (milieu-bout de pale).

2) Sélectionner l'arête du bord d'attaque la plus propre possible. Cette arête ne sera pas modifiée durant la sculpture de la pale.

3) Prolonger le tracer du bout de pale de 4 à 5 cm afin de conserver une marge en cas de bris.

* Faire de même pour les 2 autres pales et couper les pales.

'''Remarque''': en cas d'utilisation d'une scie circulaire pour la découpe, prendre garde à placer la largeur de la lame toujours du coté extérieur au trait.

* Rectifier le gauche des pales si nécessaire à l'aide d'un rabot.

* Fixer les trois pales ensemble à l'aide de serre-joints et égaliser les plans de fuite. Les 3 trois pales doivent être rigoureusement identiques.

* Tracer au marqueur l'arête du bord d'attaque qui restera telle quelle. C'est un repère.

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* Positionner la pale, face '''extrados''' visible.

* Selon schéma, tracer le point '''A'''. Il se situe au 2/3 de la largeur du pied de pale depuis le bord de fuite. Ce point est le centre de rotation de l'hélice.

* Tracer ensuite le point '''B''' sur le bord d'attaque en reportant à l'aide d'un compas centré en '''A''' les 2/3 du pied de pale. Puis relier '''AB'''.

'''Remarque''': Le segment '''AB''' forme un angle de 120° avec le pied de pale, qui sera nécessaire par la suite pour l’emboîtement des pales.

* Selon schéma, tracer un cercle de rayon 100mm centré en A. La surface de cette portion de disque est à laisser intacte et bien plane jusqu'à la fin pour le bon assemblage des pales.

'''Remarque''': Dans le cas de ce tutoriel, le point '''B''' se situe sur le périmètre du cercle. Ce n'est pas toujours le cas en fonction de la largeur du bastaing.

*Selon schéma, tracer l'épaisseur de la pale sur le plan de fuite.

'''Remarque''': Selon l'épaisseur du bastaing, il peut arriver qu'il n'y ait pas 17mm d'épaisseur en section 3. Tracer tout de même l'épaisseur en imaginant un point dans l'espace à 17mm du bord de fuite sur cette section 3.

* Nommer '''C''' l'intersection entre le tracer de l'épaisseur et le bord de la pale.

* Selon schéma, tracer ensuite l'épaisseur de la pale sur la face d'attaque en respectant les mêmes épaisseurs que pour le plan de fuite. Relier le point de la section 3 au point '''B'''.

* Sur la face extrados, relier '''B''' et '''C''' afin de fermer la zone à sculpter.

* Pour faciliter les repères, hachurer la zone de bois à éliminer.

* A l'aide d'une plane, de ciseaux de charpentier et d'une wastringue pour les finitions, enlever le bois dans la partie hachurée.

'''Remarque''': Pour garantir de bonnes cotes, la sculpture doit venir au plus près du trait de crayon sans l'effacer.

* A l'aide d'une règle, vérifier la planéité en toute section de l'extrados sculpté.

* Une fois les 3 pales terminées, vérifier l'égalité des cotes en plusieurs points sur les 4 sections tracées auparavant.

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* Sur la face '''extrados''', tracer sur toute la longueur, à partir du bord d'attaque un trait représentant 30% de la largeur de la pale et un trait représentant 50% de la largeur de la pale.

* Vérifier, à l’aide d’un compas d’épaisseur, l’épaisseur à chaque section sur la ligne de 30%. Comparer les 3 pales et ajuster les plus épaisses si elles ne sont pas rigoureusement identiques.

'''Remarque''': La ligne des 30% correspond à l’épaisseur finale de la pale, c’est pourquoi on vérifie les cotes à cet endroit précis.

* De la ligne des 50% au bord de fuite, sculpter une surface bien plane en laissant une épaisseur de moins d'1 mm sur le bord de fuite.

'''Remarque''': Attention à ne pas faire d'éclat sur le bord de fuite, c'est une zone très délicate.

* Du bord d'attaque à la ligne des 30%, sculpter un bel arrondi à l'aide d'une plane, d'une wastringue ou d'un rabot. L'angle d'attaque doit être d'environ 60°.

* Lorsque ces deux zones sont terminées, casser l’arrête restante de la ligne à 50% afin de réaliser un profil continu du bord d'attaque jusqu'au bord de fuite. La seule ligne encore visible au crayon doit être celle à 30%.

Une fois ce travail terminé sur les 3 pales:

* Scier les pales à 600mm pour supprimer la marge laissée au début en bout de pale à l'aide d'une scie japonaise.

* Scier la section définie par '''AB''' en pied de pale pour pouvoir emboîter les 3 pales à 120°.

'''Remarque''': On préférera avoir un angle légèrement inférieur à 120° pour pouvoir pivoter légèrement les pales lors de l’assemblage.

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* Positionner les pales en hélice, face extrados visible, sur une surface bien plane.

* Centrer le disque en contreplaqué, à l'aide d'un foret en guise de pion de centrage par exemple.

* A l'aide de 3 mètres et de 3 personnes, positionner le cercle de tel sorte que chaque bout de pale soit à équidistance du pion centreur. La référence en bout de pale est le bout de bord d'attaque.

* Une fois bien centré, maintenir le cercle en position et visser '''une seule vis par pale''' pour qu'elles puissent encore pivoter.

* Régler ensuite la distance entre chaque bout de pale à l'aide de 3 mètres.

* Maintenir en position puis visser toutes les vis.

* Visser le triangle sur la face intrados en prenant soin de placer le triangle du bon coté pour que les pré-perçages soient bien en face du pied de pale.

* Prolonger, à travers toute l'hélice, les 4 trous de 12mm présent sur le disque de contreplaqué. S'aider d'une équerre afin d'assurer des trous bien verticaux.

'''Remarque''': pour aider à l’emboîtement de l’hélice sur le reste de l'éolienne, il est possible d'agrandir les trous de 12mm en 14mm sur l'épaisseur du triangle et des pales, '''sans toucher au diamètre 12mm du disque'''.

* A l'aide d'une scie cloche de 60mm de diamètre, éliminer un cylindre de 30mm de profondeur depuis la face extrados.

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* Se munir d'un disque en métal de diamètre 140mm et  d'épaisseur 8mm.

* Selon schéma, réaliser les perçages à 12mm.

'''Remarque''': Pour un perçage précis, pointer le centre à l'aide d'un pointeau, pré-percer avec un foret de petit diamètre et ensuite à 12mm. Choisir [http://www.usinages.com/threads/vitesse-de-rotation-pour-percage.4390/ une vitesse de rotation adaptée] au matériau et au diamètre du foret. Bien lubrifier durant le perçage.

* Se munir d'un moyeu arrière de Golf, de Corsa, de Polo ou d'Ibiza, récupérable en casse automobile. Séparer la partie qui se fixe à la voiture (fusée) et la partie tournante (cloche) en prenant soin de mettre écrous et roulements à billes de coté.

* Tracer sur le disque en métal un cercle de rayon légèrement supérieur à 40mm pour centrer le socle de la fusée sur le berceau. 
Fixer temporairement les deux pièces avec quelques points de soudure. Réaliser les 4 perçages à travers le socle de la fusée et le berceau.

'''Remarque''': Si les 4 vis initiales de la fusée sont en bon état, il est possible de les récupérer en perçant uniquement le berceau et en vissant dans le socle directement. Dans ce cas, il faut faire attention à ne pas abîmer le filetage d’origine (qui est un filetage mécanique, ne peut pas être utilisé avec d’autres vis). Il est parfois nécessaire de raccourcir ces vis pour ne pas gêner lors de l’assemblage.

* Percer le centre du berceau avec un petit foret (environ 3mm). Ce perçage servira lors du moulage du stator.

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* Fabriquer le bobineur à l'aide de cornière, tube métallique, tige filetée/écrous de 10mm de diamètre, 4 gros clous de diamètre 6 et chutes de contreplaqué. Respecter les dimensions du schéma pour les découpes de contreplaqué: le rectangle défini par les bords extérieurs des 4 gros clous doit faire 46mm x 30mm.

'''Remarque''': Les bobines seront enroulées entre les deux disques de contreplaqué (épaisseur minimale 15mm), qu’on appelle les « oreilles ». Le petit rectangle de contreplaqué situé entre les deux oreilles est l’espaceur : c’est lui qui détermine l’épaisseur de la bobine. La forme intérieure des bobines est déterminée par les bords extérieurs des 4 gros clous, formant un rectangle de 46mm x 30mm. Ce rectangle correspond aux dimensions des aimants qui passeront devant.

* Après avoir réalisé la structure en métal « socle » du bobineur, découper les deux oreilles et l’espaceur selon le schéma. Réaliser les perçages avec précision. Découper une petite entaille sur une des deux oreilles pour coincer le fil de cuivre au moment du bobinage.

'''Remarque''': Pour faciliter le glissement du fil lors du bobinage, il est possible de chanfreiner la tranche intérieure des oreilles. Faire une marque au feutre sur la tranche des deux oreilles pour compter les tours plus facilement.

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* Réaliser dans une chute de contreplaqué le gabarit en schéma. Tracer l'emplacement qui accueillera les 3 tiges filetées au centre ainsi que l'emplacement du centre de chacune des bobines. Il y a 6 bobines, l'écart entre chaque est de 60°.

* A l'aide de 6 chutes de contreplaqué d'environ 50mm x 25mm, fixer chaque bobine à son emplacement sur le gabarit. Numéroter chaque bobine de 1 à 6 comme sur le gabarit.

'''Remarque''': Il est '''impératif''' que toutes les bobines soient positionnées avec '''les spires tournant dans le même sens''', soit horaire soit anti-horaire. Si ce point n'est pas respecté, la génératrice ne fonctionnera pas comme prévu.

* Relier les bobines selon le schéma en prenant soin de laisser libre le centre et les emplacements des tiges filetées.

1) Relier les entrées des bobines 1,2 et 3: c'est le point neutre.

2) Relier la sortie de 1 à l'entrée de 4.

3) Relier la sortie de 2 à l'entrée de 5.

4) Relier la sortie de 3 à l'entrée de 6.

* Couper le surplus des fils de chaque bobine.

* A l'aide d'un cutter, enlever l'émail sur 3 cm sur chaque extrémité de fils. La surface du fil doit devenir plus claire et mat.

* Torsader les fils de chaque connexion.

* Souder les connexions avec un fer à souder et de l'étain. Pour une belle soudure, faire chauffer la zone à souder puis déposer l'étain sur le fil pour qu'il fonde et migre dans les interstices.

* Protéger chaque soudure avec de la gaine thermorétractable.

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* Verser la seringue associée dans un des bacs de 150g de résine et mélanger énergiquement.

* Verser un peu de cette résine dans le fond du moule.

* Plaquer au fond du moule un des deux disques de fibre de verre et bien l'imbiber de résine.

* Placer soigneusement le montage des bobines dans le moule. Chaque bobine doit être bien à sa place et aucun fil ne doit dépasser du moule. '''C'est une étape délicate'''. finir de verser le premier bac de résine.

* Verser la seringue associée dans le bac de 300g de résine + talc. Mélanger énergiquement.

* Verser le contenu sur le montage.

'''Remarque''': le talc permet non seulement de charger la résine avec un matériau peu cher mais également de diffuser la chaleur lors du séchage de la résine et durant le fonctionnement futur de l'éolienne afin de ne pas endommager le stator.

* Positionner le second disque de fibre de verre et bien l'imbiber.

* Préparer et verser le dernier bac de résine. Il vaut mieux avoir un surplus de résine que pas assez.

* Positionner le couvercle grâce aux détrompeurs et le brider grace aux vis cirées.

* Positionner délicatement les tiges filetées  liées au berceau, la partie fendue dans la résine. S'aider d'un foret comme centreur entre l’îlot et le berceau.

* Au besoin, attacher à l'aide d'un colson le câble triphasé pour qu'il sorte correctement du stator.

* Laisser durcir (cela peut prendre plusieurs heures). puis démouler, ébavurer et vernir ou peindre.

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'''Remarque''': Cette étape consiste à coller des aimants très puissants sur le disque en acier en '''alternant les pôles des aimants'''. Si l'alternance n'est pas respectée, la génératrice ne fonctionnera pas et risque des dommages.

* Se munir de  [https://www.supermagnete.fr/aimants-bloc-neodyme/parallelepipede-magnetique-46mm-x-30mm-x-10mm-neodyme-n40-nickele_Q-46-30-10-N 8 aimants néodymes] 46mm x 30mm x 10mm.

'''Remarque''': Faire très attention durant la manipulation de ces aimants. Etant très puissants, ils peuvent endommager les appareils électroniques, attirer des objets métalliques en tout genre et pincer très fort. Ils sont également fragiles et peuvent se casser durant les chocs.

* Poser un point de super glue dans une première encoche et coller le premier aimant. Faire attention à ce que l'aimant soit parfaitement calé dans l'encoche.

* Prendre un deuxième aimant dans son poing, le positionner au dessus du premier.

1) S'il y a répulsion, le coller dans l'encoche adjacente en conservant bien ce sens: les 2 aimants ont les polarités positionnées de manière opposée.

2) S'il y a attraction, le retourner dans sa main, vérifier qu'il y a maintenant répulsion, et le coller dans l'encoche adjacente.

* Appliquer la même procédure avec tous les aimants. Une fois terminé, les faces visibles des aimants sont alternées comme suit: 1) Nord , 2) Sud, 3) Nord, 4) Sud, 5) Nord, 6) Sud, 7) Nord, 8) Sud ou inversement.

* Laisser sécher puis retirer le gabarit.

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* Se munir de:

1) Une cornière de 206mm (50x50x6mm).

2) Un tube diamètre ext 42,2mm, longueur 100mm: '''Pivot éolienne'''.

3) Un tube diamètre ext 33,4mm, longueur 150mm: '''Pivot Safran'''.

4) Le '''berceau''' précédemment réalisé.

* Préparer la cornière selon schéma.

* Souder le tube pivot éolienne sous la cornière, bien centré avec le trou de 14mm et bien perpendiculaire à la cornière.

* Souder le tube pivot safran à l'arrière de la cornière (cf photo).

* Souder le berceau en bout de cornière en centrant le centre du berceau sur le point A. Pour la soudure, il est nécessaire de sacrifier un des 4 trous permettant la fixation de la fusée. Ce n'est pas un problème tant que tous les autres restent bien accessible.

'''Remarque''': La chaleur dégagée par la soudure peut avoir tendance à faire travailler le métal, déformer les pièces et les positions choisies. Pour éviter ce problème, réaliser quelques points de soudure à quelques endroits stratégiques sur le périmètre de la soudure puis tirer le cordon soudure.

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* Se munir de:

1) Un tube diamètre ext 42,2mm, longueur 130mm: '''Pivot safran'''.

2) Un fer plat 50 x 50 x 6mm: '''Couvercle du pivot safran'''.

3) Un tube diamètre ext 33,4mm, longueur 700mm: '''Queue du safran'''.

4) Une cornière 30 x 30 x 5, longueur 250mm: '''Support safran'''.

5) Un contreplaqué taillé selon les envies de chacun, d'épaisseur 6mm et de '''0,1m² de surface'''. (par exemple un triangle rectangle de hauteur 300mm et base 600mm): le '''Safran'''.

* Sur le '''pivot safran''' ouvrir une encoche selon schéma.

* Souder le '''couvercle''' sur l'extrémité opposé à l'encoche du '''pivot safran'''.

* Sur le tube '''queue de safran''', réaliser une [https://www.youtube.com/watch?v=iDD-EVj7zIc gueule de loup] en s'aidant d'un patron permettant une soudure à 110° du '''pivot safran'''.

* Percer la cornière '''support''' en 3 points permettant l'attache du '''Safran''' avec des boulons de diamètre 6mm.

* Souder perpendiculairement la cornière '''support''' en bout de '''queue de safran'''.

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Notes et références

*Pack tutoriel réalisé par Camille Duband et Pierre-Alain Lévêque, équipe Low-tech Lab, Septembre 2017. *Les éoliennes développées par Hugh Piggott vont de 200W à 2000W. *Site de [http://scoraigwind.co.uk/ Hugh Piggott], inventeur de l'éolienne, informations en Anglais. *Site [https://pureselfmade.com/ PureSelfMade] de Jonathan Schreiber, co-auteur du livre "[https://www.indiegogo.com/projects/wind-turbine-do-it-yourself-book-by-pureselfmade#/ New plans for building the Ferrite Generator Wind Turbines]" avec Hugh Piggott. *Site de [http://www.tripalium.org/ Tripalium], pour y trouver informations et stages de construction, en Français. *[http://www.tripalium.org/manuel Lien pour l'achat du manuel tripalium] pour une construction complète de l'éolienne à la distribution électrique sur toute la gamme d'éoliennes. *[https://eolienne.f4jr.org/eolienne_etude_theorique Etude théorique sur l'éolien] *[https://alizes.jimdo.com/monter-un-projet/eolienne-piggott/ Mesure rendement d'éolienne Piggott]

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