Poinca-environnement

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Place Stanislas Nancy
Projet : fabrication d’une mini éolienne et
stockage de l’énergie générée par celle-ci.
Un projet totalement écolo.
Lycée Henri Poincaré
Nancy
2015 – 2016
Projet préparé par
- Florian Labarrière
- Virgile Rouffeteau
- Roche Hugo
- Pierre Teyssier
Encadrés par M. rachid Zaid
(Professeur de sciences physiques)

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Introduction :
De nos jours, notre société a tendance à
devenir de plus en plus énergivore, ainsi pour
répondre à cette demande on doit accroître notre
production énergétiques par le biais
d'implantations de nouvelles usines fonctionnant
généralement aux énergies fossiles. Cependant la
pollution entraînée par ces dernières devient de
plus en plus alarmante comme le témoigne
l'importance qu'à pris les rassemblement sur la
question du climat comme la COP21 récemment.
Ainsi entrent en jeu les énergie renouvelables,
en effet on parle généralement d'elles comme un moyen efficace de sortir de la dépendance
des énergies fossiles. Les énergies renouvelables alors s'offrent à nous comme une réserve
partielle d'énergie à notre disposition tout en respectant notre environnement grâce à un rejet
de CO2 faible. Cependant lorsque l'on s'intéresse à la production électrique des ces énergie
renouvelables, on constate que ces dernières possèdent une production dépendant des
conditions météorologiques et ne fonctionnent pas en continu, il en devient alors impossible
d'utiliser ces moyen de production alors avantageux car notre mode de vie nécessite une
production énergétique stable et continue. On a alors formulé le point de départ de notre sujet :
pourquoi ne pas plutôt stocker l'énergie produite en excès par les énergies renouvelables pour
pouvoir les réutiliser en fonction de la demande des consommateurs.
Problématique
Comment stocker durablement de l'énergie afin de valoriser les énergies renouvelables ?
Dans le cadre de notre projet nous avons choisi de nous
focaliser sur les énergies éoliennes, du fait que le vent est une
source d’énergie cinétique renouvelable présentant un potentiel
non négligeable dans de nombreuses régions du monde tout en
restant facilement accessible.
Il faut cependant savoir que le rendement maximal que l’on peut
obtenir pour une éolienne est de 59,3% selon la loi de Betz :
Nous avons conçu une mini éolienne pour nous intéresser particulièrement au stockage de
l'énergie générée par celle-ci sous forme électrique même si d'autres moyens sont possibles.
L’enjeu de notre démarche est donc de savoir s'il est physiquement possible de stocker
l'énergie électrique produite par notre mini – éolienne
I - De la théorie à la conception et de la production au stockage
Description d’une éolienne :

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Principaux organes d’une éolienne
• Le moyeu : c’est lui qui supporte les pales. Il comporte un mécanisme complexe
permettant de faire varier l’angle d’attaque des pales quand celles-ci sont à pas
variables.
• Le rotor et les pales : éléments clés de l’éolienne. Le rotor est composé de plusieurs
pales. Les pales transforment l’énergie du vent en mouvement rotatif et ainsi
détermineront la force faisant tourner le rotor selon la force du vent. Plus il y a de
pales, plus la force exercée est importante.
• L’arbre : pièce imposante due aux forces qu’il doit supporter. Il est composé de 2
parties : L’arbre lent qui fait le lien entre le rotor et la boite de vitesse ou
multiplicateur et l’arbre rapide qui transmet la puissance du multiplicateur à
l’alternateur
Figure de
l’arbre

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• Le multiplicateur ou boîte de vitesse : il permet d’augmenter ou de réduire la
vitesse de rotation d’un mécanisme. Il consiste souvent en une série
d’engrenages.
• Le générateur : il s’agit en fait d’un alternateur, composé de deux parties, un
rotor et un stator. Le rotor (un électroaimant) est lié à l’arbre rapide et tourne à
l’intérieur du stator (des bobines de cuivres), leur interaction
électromagnétique crée un courant électrique alternatif dans les bobines.
Fonctionnement de l’alternateur :
On peut comparer le fonctionnement d’un alternateur à un aimant tournant à l’intérieur
d’une bobine de fil de cuivre. La rotation de l’aimant provoque dans la bobine fixe une
variation du flux et l’apparition d’une force électromotrice (changeant de sens à chaque demi-
tour)
Schéma d’un alternateur composé d’un rotor et d’un stator
Le principe de fonctionnement de la dynamo est basé sur la production de courant par une
bobine tournant dans le champ magnétique uniforme d’un aimant. Si celle-ci tourne à 50 tr/s,
on observe, sur un oscilloscope une courbe sinusoïdale traduisant la variation de la tension en
fonction du temps.
Problème !
Le courant fourni par l’alternateur est alternatif, cependant un accumulateur nécessite
un courant continu afin d’emmagasiner l’énergie produite.
Ainsi une deuxième problématique s’est imposée à nous : comment transformer un
courant alternatif en courant continu ?
Nous avons ainsi cherché à « lisser » le courant produit par notre alternateur afin de
faciliter son stockage dans l’accumulateur : nous avons d’abord redresser le courant alternatif
avec des diodes à jonction puis filtrer le signal obtenu avec un filtre passe bas afin de le
rendre continu. Le redressement se fait à l’aide du pont Graëtz puis le filtrage par un

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condensateur dont la capacité est adaptée au type de courant qu’il va recevoir. Finalement, à
la sortie de ce montage nous avons réussi à obtenir un signal continu.
Nous avons conçu une mini – éolienne qui prévoit trois types de fonctionnement :
 L’éolienne tourne
et débite sur la
résistance de charge ou alimente des diodes (fonctionnement normal)
 L’éolienne tourne et charge une batterie lorsque la demande en consommation
électrique est faible
 L’éolienne ne tourne pas (conditions climatiques défavorables), la batterie prend le
relais pour débiter dans la résistance de charge ou alimente des diodes
le schéma n’est pas encore finalisé mais la maquette
expérimentale marche bien (voir petite
démonstration associée à la vidéo)
Nous avons conçue une
deuxième mini – éolienne avec soufflerie pour une démonstration
pédagogique, avec le système trois fonctions plus accessible.