Conception d’une mini éolienne

Bonjour à tous, nous sommes 4 étudiants en seconde année de cycle préparatoire à Polytech Angers et allons vous présenter le projet réalisé pendant ces 6 derniers mois pour clôturer notre année.

Le sujet que nous avons choisi est la construction d’une mini-éolienne. Le but de ce projet est donc d’imaginer une conception d’une éolienne en respectant les conditions du cahier des charges et différentes contraintes. Parmi celle-ci se trouvent :

  • l’éolienne doit être facilement transportable et autonome
  • une conception CAO doit être réalisée
  • les choix des éléments mécaniques doivent être justifiés
  • le budget accordé pour la réalisation de cette mini éolienne est de 100€
  • une puissance de sortie (à l’alternateur): 900 W

    Tout d’abord nous avons dû choisir quel type d’éolienne nous correspondrait le mieux. En effet, il existe différentes formes d’éoliennes telles que les éoliennes à axe horizontal ou vertical. Nous avons donc décidé de nous focaliser sur les éoliennes à axe horizontal (modèle classique). En effet, étant le modèle éolien le plus utilisé dans le monde aussi bien au niveau domestique qu’à grande échelle, les données et les études en accès libre au sujet de ce type d’éolienne étaient bien plus nombreuses.

    Après recherches, il nous est impossible de réussir à proposer une éolienne avec une puissance de sortie de 900 W ne dépassant pas les 100€ comme demandé dans le cahier des charges. En effet, nous nous sommes renseignés à plusieurs professeurs de Polytech spécialisés dans ce domaine et dans tous les cas, un moteur avec cette puissance de sortie coûte dans tous les cas une centaine d’euros et il est difficile de trouver des alternatives moins chères.

    Nous avons donc choisi de faire un compromis et donc de proposer 2 éoliennes différentes afin que l’entreprise ait le choix. La grosse différence entre ces 2 éoliennes se trouve au niveau du prix et de la puissance de sortie, l’une est plus chère mais respecte la puissance demandée dans le cahier des charges, tandis que l’autre respecte le prix de 100€ mais a une puissance de sortie nettement inférieure. Au niveau des pales, moyeu et couvre moyeu, nous avons gardé les mêmes pièces pour les 2 éoliennes.

    Notre travail :

    La première étape de notre projet a été de réaliser une étude dimensionnelle d’une mini-éolienne.
    Voici les différents éléments de notre étude :

    Les pales (idem pour les 2 éoliennes)

    pale

    Nombre : 3 car nombre impair pour assurer la stabilité
    Longueur : 50cm car Angers puissance de vent faible + contrainte du mat respectée
    Profil : profil traditionnel des pales d’éoliennes : courbées sur un côté et plates de l’autre.
    Matériau : plastique car inertie faible + peu cher à réaliser (impression 3D)

    Le moyeu et le couvre moyeu (idem pour les 2 éoliennes)

    moyeu

    Dimensions : 12 cm de diamètre et 3 cm de profondeur
    Matériau : plastique car peu cher et facile de réalisation sur mesure (impression 3D)

    Le mât (idem pour les 2 éoliennes)

    mât

    Structure : en treillis car travaille à la compression donc les gros poids ne posent pas de soucis (donc marche pour les 2 éoliennes) et très économique

    Composants :

  • barres métalliques en L car économique
  • barres métalliques plates en bas pour assurer une stabilité.

    Matériau : acier car résistant

    Dimensions :

  • longueur totale : 1m car choisis en fonction des pales
  • barres métalliques en L mesurent 20x20x1,5mmx1m de hauteur (choisies en fonction des prix les moins chers disponibles)
  • barres métalliques plates mesure L.1m x l.3cm x H.0,2cm (choisies en fonction des prix les moins chers disponibles)

    La nacelle

    nacelle

    Matériau : plastique car sur mesure (impression 3D) et résistant (extérieur)
    Dimensions mini éolienne 1 : 30x25x20 cm de hauteur (pour abriter moteur, multiplicateur ainsi qu’une partie de l’arbre)
    Dimensions mini éolienne 2 : 600x30x25 cm de hauteur

    Les vis

    vis

    Matériau : acier zingué car nous devons les utiliser sur du PVC ou pour fixer des huisseries.
    Dimensions : Longueur 40 mm/ Diamètre 4 mm (têtes cylindriques)

    La deuxième étape a été de choisir les différents éléments mécaniques en fonction de notre étude. Ainsi, les différents éléments que nous avons choisi sont :

    Le moteur

    Moteur mini-éolienne n°1 (contrainte prix respectée)

  • Type de courant : continu
  • Puissance de sortie : 800W
  • Tension nominale : 36 V
  • Prix : 42€
  • Dimensions : ⌀13 cm x 20 cm
  • Vitesse nominale : 2800 tr/min
  • Couple : 2,73 Nm

    Moteur mini-éolienne n°2 (contrainte puissance respectée)

  • Type de courant : alternatif
  • Puissance de sortie : 1000W
  • Tension nominale : 220 V
  • Prix : 115€
  • Dimensions : inconnues mais très grosse par rapport au moteur n°1
  • Vitesse nominale : 1500 tr/min
  • Couple : 6,36 Nm

    Le système poulie-courroie

    Le système poulie-courroie est composé successivement d’une poulie de 125mm de diamètre primitif, une de 20mm, une de 100mm et une dernière de 20. Il permet d’atteindre un rapport de transmission de 14. On utilisera deux courroies trapézoïdales, ce qui permettra d’éviter les pertes de couples liées aux courroies plates.

    Enfin, la dernière étape a été la conception CAO de notre projet des ces 2 mini-éoliennes :

    Mini éolienne n°1 :

    Mini éolienne n°1

    Mini éolienne n°2 :

    Capture2

    Conclusion

    Ce travail d’équipe nous a apporté énormément de connaissances et de nouvelles compétences (aérodynamique, conception assistée par ordinateur, mécanique des fluides…). Ces compétences ne sont pas négligeables car ces dernières pourront être très utiles pour nos années à venir. De plus, le fait de travailler entre élèves et équipe, et de notre propre gré est beaucoup plus motivant pour l’avancement de notre travail. Ainsi ce fut une expérience captivante et enrichissante.

    Projet réalisé par une équipe de PEIP2 : Emma Le Franc, Julian Ledaim, Capucine Sauve et Camille Jean