Comment capter la force du vent ?
- Quel capteur utiliser pour évaluer la force du vent ?
- Les capteurs existants répondent-ils parfaitement aux attentes du public ?
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Nous avons vu, lors de l’étude des anémomètres présents sur le marché de la planche à voile, que la plupart des constructeurs réalisent la fonction « capter la force du vent » à l’aide de 2 types de capteurs : les moulinets à coupelles ou les capteurs à hélices.
Peut – on innover et utiliser un autre type de capteur permettant de satisfaire les contraintes du cahier des charges fonctionnel ?
Le capteur à hélice (avec axe horizontal) ne peut pas satisfaire à la fonction « être facile d’utilisation ». La mesure de la vitesse du vent nécessitent une orientation précise de l’appareil dans l’axe d’écoulement du vent, ce qui complique son utilisation. Ce type de capteur est écarté de notre étude.
Le second type le moulinet à trois coupelles dont l’axe est positionné perpendiculairement n’a pas besoin d’être dirigé face au vent. Toutefois ce genre d’éolienne a comme inconvénients majeurs ses grandes dimensions et sa fragilité. Les investigations débutent par l’analyse de ce moulinet.
Principe du moulinet à coupelles et mécanique des fluides…
Placé dans un écoulement, l’anémomètre à coupelles tourne du fait que le coefficient de trainée (cx) n’a pas la même valeur selon que le fluide arrive d’un côté ou de l’autre d’une demi-sphère creuse. Le capteur peut tourner grâce à la différence de trainée et d’aérodynamisme.
Nous nous sommes d’abord fixés les objectifs suivants :
- Réduire l’encombrement du capteur à axe vertical.
- Assurer la protection de l’éolienne.
Boîtier rectangulaire
L’objectif de réduire l’encombrement du capteur peut se limiter à la diminution du diamètre du capteur à coupelles de telle sorte que lors du transport, celui-ci ne dépasse pas l’encombrement du boîtier de lecture. Ce détail de construction apporte une protection efficace au capteur, mais réduit d’une façon notoire sa sensibilité (le couple moteur C diminue).
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Boîtier Cylindrique
L’idée de trouver un compromis entre le transport facile de l’anémomètre et d’avoir un couple suffisant mérite d’être creusée. La proposition du boîtier de lecture cylindrique sera écartée, par contre celle du boîtier de forme rectangulaire n’est pas sans intérêt car il est possible d’envisager un capteur de diamètre et un couple acceptables en procédant à quelques modifications…
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Les deux formes proposées ont des points morts (ou points d’équilibre). Il faut « lancer » les capteurs en leur communicant une impulsion en bout de pale. La rotation est irrégulière (à-coups). Quand le vent devient faible, les profils étudiés retrouvent leur position d’équilibre.
Étude du capteur bipale (2 demi-cylindres)
En s’inspirant du rotor de Savonius, nous avons décalé les deux demi-cylindres par rapport à l’axe de rotation. Cette modification améliore les performance du capteur est diminue l’effet de point mort car le vent peut passer d’une aube à l’autre. Il y a moins de discontinuité dans le mouvement de rotation. L’équilibre s’établit dans un écoulement laminaire (type soufflerie) mais n’existe pratiquement plus en milieu naturel quand le capteur est placé dans un vent de type tourbillonnaire.
Autre trouvaille; quand on souffle par dessus, le capteur se met en mouvement. Si le capteur se bloque sur son point d’équilibre, le fait d’incliner le rotor bipale a pour conséquence de le remettre en mouvement.
Suppression définitive du point mort
Nous avons analysé pourquoi le capteur restait parfois bloqué sur sa position d’équilibre. Nous nous sommes aperçus que c’était parce que le vent ne pouvait pas atteindre la pale motrice (A). Pour y remédier, nous avons enlevé de la matière en bout de pale. Les essais sont co
ncluants : le rotor n’a plus de point mort. Le fait d’avoir enlevé de la matière aux extrémités des deux demi-cylindre améliore l’équilibrage du capteur. La masse est répartie plus judicieusement autour de l’axe de rotation. En comparant le rotor non retouché et ce nouveau profil, nous nous sommes aperçus que ce dernier mettait plus de temps pour s’arrêter. En enlevant de la matière, nous avions en même temps amélioré l’aérodynamisme des pales…
Vers une innovation technologique… pour équiper l’anémomètre Eole
Après quelques corrections, c’est ce rotor bipale à profil spécial qui est finalement utilisé pour répondre à la fonction « capter la force du vent ». Ce capteur innovant répond pleinement aux exigences du cahier des charges fonctionnel, à savoir :
- Être peu encombrant
- Résister aux chocs (le capteur se loge dans le prolongement du boîtier)
- Être facile d’utilisation
- Être sensible (détecter des vitesses de vent très faibles)
Ce capteur est-il valable pour équiper un tel type d’appareil ?
Sa rotation est-elle exploitable pour indiquer la vitesse du vent?
Ce n’est pas parce que le capteur tourne bien, qu’il est performant… C’est seulement après des essais plus poussés en soufflerie que nous pourrons répondre à ces interrogations.
Avant les expériences en soufflerie, nous avons déposé une enveloppe Soleau à l’INPI dans laquelle nous avons développé en détail les caractéristiques de notre invention. Celle-ci atteste la paternité de l’idée et nous permet de poursuivre les recherches avec un peu moins de craintes… Si les tests en laboratoire sont positifs, une demande de Brevet d’invention pourra être envisagée.
