Eolienne et habitat

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

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

Néanmoins, on s'aperçoit qu'aujourd'hui, beaucoup de projets d'envergure à travers le monde mettent en jeu des bâtiments à structures et géométries travaillées et cela dans le but de créer et optimiser les vents qui le traversent.

On peut dès lors imaginer que la notion d'intégration de l'éolien au bâti est pour bientôt.

Fichier:Mohammad nabil rais- Anara Tower.jpg


Description[modifier]

Lieu d'installation[modifier]

Il existe trois différentes solutions pour adapter 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. Ainsi, il n'y a pas de surface supplémentaire occupée au sol.

Éolienne à axe horizontal sur un immeuble
  • 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 à l'éclairage public et aux éoliennes. [1] Fichier:Windela.jpg

Type d'installation[modifier]

éolienne à axe horizontal[modifier]

  • 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 : presque 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 aux 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[modifier]

Éolienne à axe vertical sur une maison
Éolienne à axe vertical à 2 aubes
  • type Savonius : constituée schématiquement de deux ou plusieurs godets entraînés par le vent. Cette éolienne, qui ne développe que de faibles puissances, a 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.
    • ...
  • 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, elle développe de plus grandes puissances, mais son utilisation reste limitée puisqu'elle ne démarre pas à faible vent.

Avantages/ Inconvénients de l'adaptation de l'éolien à l'habitat[modifier]

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

  • 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 ! Si on produit cette énergie électrique en ville, on produit là où on consomme, les pertes en lignes disparaissent.
  • Optimisation de certains espaces tels que les toits, les lampadaires, et autres structures déjà existantes ;
  • Permet de profiter de vents créés par effet venturi entre les bâtiments ;
  • Gisement d'implantation énorme !

En termes d'inconvénients, on peut noter[modifier]

  • Les perturbations électro-magnétiques induites par les générateurs sur certains radars, météorologiques par exemple;
  • La pollution acoustique engendré 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 habitations ;

La démarche à suivre pour un projet éolien en milieu urbain[modifier]

Bien s'assurer du potentiel de vent de la zone[modifier]

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 produira peu d'électricité et le temps de retour sur investissement sera d'autant plus long.

Quelques valeurs clés concernant les éoliennes classiques (hélice à axe horizontal) :

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

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

Type d'éolienne déterminé par le lieu d'installation[modifier]

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[modifier]

C'est en général en mairie du lieu concerné par le projet que l'on doit se présenter pour demander si aucunes interdictions n'ont été prises contre l'installation d'éoliennes sur ce lieu. 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[modifier]

Il est nécessaire de faire une déclaration de travaux pour toutes construction et installation d'éolienne dans sa propriétés. Pour les éoliennes supérieures à 12 mètres de haut, il vous sera demandé un permis de construire en plus de la déclaration. Ce permis est délivré par le maire pour une production d'électricité destinée uniquement à une consommation personnelle, ou par le préfet lorsque l'on souhaite introduire le courant 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 la direction régionale de l'industrie de la recherche et de l'environnement (DRIRE), à la direction des affaires sanitaires et sociales (DASS), à la Direction de l’aviation civile, l'armée de terre, la gendarmerie, etc.

Coût d'une installation éolien[modifier]

Il existe trois coûts différents :

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

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

  • 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 le mode d'adaptation au bâtiment. En effet, une éolienne à axe vertical peut nécessiter quelques changements architectural de votre toit, ce qui engendrera, en plus du coût de l'éolienne, un sur-coût de génie civil.

La durée de vie d'une éolienne est d'environ 100.000 heures de fonctionnement (une vingtaine d'années). Une valeur de 0,01€/kWh est en moyenne pris pour les coûts d'exploitation.

Aides financières et Tarifs de rachat[modifier]

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

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 de rachat de l'électricité (de la part d'EDF) 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 par EDF pendant 15 ans à 0,084€/kWh.


L'auto-construction, l'alternative économique ![modifier]

pour en savoir d'avantage

Le générateur[modifier]

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 continu subit beaucoup plus de déperditions en ligne et les conducteurs surchauffant entraînent l’installation d'une 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 puissance de 1kW)
  • le moteur synchrone ou asynchrone converti en générateur

Si ce n’est pas déjà le cas du générateur que vous avez, pensez à le protéger de la pluie dans un caisson étanche et à prévoir un système de refroidissement s'il a tendance à chauffer. A l’aide d’une perceuse et d’un voltmètre/ampèremètre, vous pouvez vérifier l’état de votre générateur. Entraînez votre générateur avec la vitesse minimale de la perceuse et relevez le courant aux bornes de votre générateur. 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 générateur à différentes vitesses. Attention aux surchauffes!!

Les pales[modifier]

La seconde pièce maîtresse est le dispositif d’entrainement : les pales. A la différence des grandes éoliennes, toutes tripales, l’éolien dans l’habitat possède une très grande variété de forme de pale et dans des matériaux multiples. 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 choisi. 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 des forums spécifiques trouvés 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 fonctionner avec un vent fort. 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 difficultés liées à l'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 en fibre. Ce dispositif nécessite la connaissance des 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 recouvre d'une fine taule d’aluminium ou de fibre de verre.

Fichier:Lamelle-collee.jpg

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 se faire la main sur une première construction d’éolienne, c’est l’idéal.
  • Types Darrieus : nécessite de très fortes connaissances en aérodynamique.

Fichier:Savonius.jpg

Régulateur, Batteries et Onduleur[modifier]

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 solaires » ou encore « batteries de chantier » seront celles qui nous intéressent. Laissez de coté les batteries dites à charges constantes (batteries de voiture). Les batteries au gel seront préférées aux batteries au plomb. Elles sont 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 supérieure de puissance par rapport à celle de vos batteries.

Matériel libre[modifier]

Il existe des éoliennes en matériel libre ou open source :

  • DIY and Open Source Wind Turbines[5]
  • éolienne à axe vertical[6]
  • Small Wind Turbine( howto)[7]

Voir aussi[modifier]

Liens internes[modifier]

Liens externes[modifier]

Livres[modifier]

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[modifier]

  1. http://www.windela.fr/, éclairage jumelant éolien et photovoltaïque
  2. http://www.ene-sarl.fr/Eolienaxevertical.html
  3. http://hydro-nrj.fr/
  4. http://www.gual-industrie.com/
  5. DIY and Open Source Wind Turbines
  6. Construire une éolienne à axe vertical(onpeutlefaire)
  7. How to Build a Small Wind Turbine
  8. http://www.quietrevolution.co.uk « Quiet Revolution » (en anglais)