MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉESbibliotheque.uqat.ca/documents/rapportsa/04.pdf · 2010. 9. 9. · MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES LA CONCEPTION D’UNE ÉOLIENNE DE 7.5 KW PROJET

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

LA CONCEPTION D’UNE ÉOLIENNE DE 7.5 KW

PROJET D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE

BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE

Présenté par : M. Yan GERMAIN

Superviseurs : M. Marin ÉNÉ dr. ing., ing. stag. , professeur, UQAT

Représentants industriels : M. Émile GERMAIN, ing., Professeur Cégep de Sherbrooke

Hiver 2008

PFE Conception d’une éolienne

Yan Germain Session hiver 2008 Domaine de l'Érablière

iii

Remerciements

Ce rapport est le résultat de multiples efforts déployés durant ces derniers mois pour

déterminer le coût d’investissement d’une éolienne capable de répondre au besoin énergétique

du client du Domaine de l'Érablière. Plusieurs intervenants ont été sollicités dans

l’organisation d’un rapport et nous désirons témoigner notre reconnaissance à toutes ces

personnes.

Il est important de souligner l’appui d’Émile Germain l’ingénieur du projet qui à

comblé le titre en raison de l’absence d’ingénieur dans l’entreprise. L’ingénieur du projet m’a

permis de bien comprendre la problématique des éoliennes avec sa grande expérience sur le

sujet. M. Yves Ruel, ing. M.Sc, Pl. Fin. a également grandement contribué au projet en

donnant son expertise et corrigeant l’analyse économique du projet.

Nous désirons également remercier Brian Lavigne consultant en machine d’extraction

qui a permis de prendre contact avec les fournisseurs d’éoliennes et d’onduleurs aux États-

Unis. Sa contribution a permis d’avoir de l’information technique essentielle sur les produits

touchant les éoliennes. Louis Germain, technicien en machine d'extraction, mécanisation et

automatisation minière du Laboratoire des mines et des sciences minérales de CANMET de

Val-d’Or a également été d’une aide précieuse pour le développement du projet avec sa

collaboration technique et son aide administratif pour le prêt d’équipements essentiels pour le

projet.

J’aimerai également souligner l’aide que Batterie Expert a apportée au projet en

donnant des conseils sur leurs produits et le don d’outil permettant d’évaluer la consommation

énergétique.



iv

Résumé

L’énergie a connu de grands changements depuis les dernières années. Le coût des

combustibles augmente rapidement rendant du même fait les consommateurs électriques qui

produisent leur électricité à base de combustible très vulnérable. Le Domaine de l'Érablière de

Rémigny, et l’un de ces consommateurs d’électricité à base de combustible. Suite à

l’augmentation du prix des combustibles, le client voit ses états financiers.

Le but de ce projet final en génie électromécanique à l’Université du Québec en

Abitibi-Témiscamingue est d’améliorer le coût associé à la consommation électrique d’un

client possédant une auberge (Domaine de l'Érablière de Rémigny). Comme le client n’a pas

de réseau électrique disponible sur son site, il subvient à ces besoins énergétiques avec l’aide

de génératrice ce qui le rend sensible à l’augmentation du prix de l’énergie. Pour répondre à

sa problématique, le client désire installer une éolienne. Ce rapport explique en détail tous les

aspects de l’éolienne que devra prendre le client ainsi que l’étude de rentabilité d’un tel projet.

L’éolienne rendra les dépenses du client moins sensibles à l’augmentation du prix de

l’énergie et cela lui permettra d’améliorer son état financier et de pouvoir se développer

convenablement. Afin d’effectuer les premiers pas vers ce but, l’éolienne en question a été

déterminée avec un ensemble de composantes déjà disponible sur le marché.



v

Abstract

Energy has known great changes throughout the last years. The cost of fossil fuel has

risen considerably; which leaves consumers who are dependant of electricity produced by

fuels, financially vulnerable to those augmentations. Furthermore, as a result of the increase

of fossil fuels prices, the client sees his financial status weaken considerably.

The aim of this final project in Electromechanical Engineering at University of

Quebec in Abitibi-Temiscamigue is to improve the cost linked to the consummation of

electricity for the client who owns a hostel (Domaine de l'Érablière de Rémigny). Since this

client does not have any access to current electricity on his domain he needs to employ

generators. This problematic obviously makes the customer very exposed to important raise

of fossil fuels prices.

Nevertheless, to solve the issues, the client desires to install a windmill. This report

will explain in details all the aspects of the windmill which the client has chosen himself, and

the beneficial studies of such a project.

A windmill will shield, the client from any other important rise of fuel prices in a near

future and at the same time, it will also improve his financial status. In the long run, it will

allow the domain to develop itself fully without additional costs. In order to take the first

steps into accomplishing the main goal, the windmill in question has been determined with

the available composites already established on the marketplace.



vi

Table des matières

Remerciements .......................................................................................................................... iii

Résumé ...................................................................................................................................... iv

Abstract ...................................................................................................................................... v

Liste des tableaux ....................................................................................................................... 1

Liste des symboles et des abréviations ....................................................................................... 2

Liste des figures ......................................................................................................................... 3

1 L’entreprise ........................................................................................................................ 5

1.1 Problématique ............................................................................................................. 6

1.2 Système électrique déjà en place ................................................................................ 7

1.3 Étude de consommation électrique ............................................................................ 8

1.4 Étude des vents ......................................................................................................... 12

1.4.1 Étude des vents ................................................................................................. 13

2 Normes ............................................................................................................................. 14

2.1 Code électrique sur les parafoudres ......................................................................... 14

2.2 Norme SCA standard sur les structures .................................................................... 14

2.3 Norme sur le branchement de batterie ...................................................................... 14

2.4 Norme sur la charge maximale des poutres ............................................................. 14

3 Choix de l’éolienne et des composantes électriques ........................................................ 15

3.1 Courbe caractéristique de l’éolienne utilisée ........................................................... 18

3.1.1 Conclusion ........................................................................................................ 20

3.2 Onduleur de l’éolienne ............................................................................................. 20

3.2.1 Onduleur proposé ............................................................................................. 22

3.2.2 Modification de l’éolienne de WindTurbine .................................................... 23

3.2.3 Schéma électrique des modifications de l’éolienne WindTurbine ................... 25

3.3 Réserve de batteries .................................................................................................. 27

3.3.1 Exemple de calcul ............................................................................................ 28

4 Ancrages ........................................................................................................................... 29

4.1 Disposition des ancrages .......................................................................................... 29

4.2 Force exercée sur les câbles des haubans ................................................................. 30



vii

5 Mât et structure de l’éolienne ........................................................................................... 33

5.1 Mât de l’éolienne ...................................................................................................... 33

5.1.1 DCL de la membrure 1 ..................................................................................... 34

5.1.2 DCL de la membrure 2 ..................................................................................... 35

5.1.3 Simulation d’une levée ..................................................................................... 37

5.1.4 Étude du flambement sur le mât et bras de levier ............................................ 40

5.1.5 Exemple d’application pour le mât de diamètre de 8’’ .................................... 42

5.1.6 Calcul de la flèche maximale du mât ............................................................... 43

5.1.7 Exemple d’application pour un mât de 8 pouces de diamètre .......................... 43

5.2 Pivot du mât ............................................................................................................. 44

5.2.1 Facteur de sécurité au niveau du pivot ............................................................. 44

5.2.2 Différentes forces appliquées sur le pivot ........................................................ 45

5.2.3 Analyse de la membrure 1 ................................................................................ 47

5.2.4 Analyse de la membrure 2 ................................................................................ 48

5.2.5 Analyse du profilé en L .................................................................................... 49

6 Procédure de levage sécuritaire ........................................................................................ 50

6.1 Procédure avant la montée ....................................................................................... 50

6.2 Procédure de montée ................................................................................................ 50

6.3 Ajustement du mât ................................................................................................... 51

6.4 Recommandation pendant la levée ........................................................................... 51

7 Prix et analyse économique .............................................................................................. 54

7.1 Prix des composantes de l’éolienne ......................................................................... 55

7.2 Analyse économique du projet ................................................................................. 56

7.2.1 Mensualité de paiement du projet .................................................................... 56

7.2.2 Valeur actuelle nette du projet (VAN(ER)) ..................................................... 57

7.2.3 Vent minimal nécessaire pour respecter la VAN(ER) ..................................... 58

8 Discussion ........................................................................................................................ 60

9 Recommandation .............................................................................................................. 62

10 Notions acquise ............................................................................................................ 63

11 Bibliographie ................................................................................................................ 64



1

Liste des tableaux

Tableau 1Appareils électriques du client ................................................................................... 7

Tableau 2 Comparaison entre différentes éoliennes de moyenne puissance ........................... 15

Tableau 3 Vent moyen requis des éoliennes ............................................................................ 20

Tableau 4 Nombre d'ampère heure d'une batterie en fonction du temps de décharge ............. 27

Tableau 5 Force résultant des différentes membrures sur le pivot ........................................... 47

Tableau 6 Prix des différentes composantes de l'éolienne proposée ........................................ 55



2

Liste des symboles et des abréviations

DCL : Diagramme des corps libres

α : alpha

AC : courant alternatif

CC : Courant continu

AH : ampère heure

Chaîne de batteries : une chaîne de batterie est composée de 8 batteries de 6 V branchés en

série de 8Vchacune

VAN : Valeur actuelle nette

VAN(ER) : Valeur actuelle nette utilisant la méthode d’ « Equity Residual »

TRAM : Taux de rendement acceptable minimum

UREM : L’Unité de recherche en électromécanique

PFE : Projet de fin d’études en ingénierie

UQAR : Université du Québec à Rimouski



3

Liste des figures

Figure 1 L’auberge de l’érablière ............................................................................................... 5

Figure 2 Enregistreuse Dash 8x ................................................................................................. 8

Figure 3 Sondes inductive utilisée pour l’étude de la consommation ........................................ 9

Figure 4 Consommation électrique pendant une journée ........................................................... 9

Figure 5 Montage de l’étude de la consommation du client .................................................... 11

Figure 6 Emplacement du site .................................................................................................. 12

Figure 7 Appareils utilisés pour l'étude des vents .................................................................... 13

Figure 8 Support des instruments pour l'étude des vents ......................................................... 13

Figure 9 Puissance de l'éolienne de Bergey en fonction de la vitesse du vent (10kW et

7.5kW) .............................................................................................................................. 18

Figure 10 Puissance de l'éolienne WindTurbine en fonction de la vitesse du vent (20kW) .... 19

Figure 11 Représentation simplifiée d’un réseau électrique fonctionnant avec un

accumulateur .................................................................................................................... 21

Figure 12 Entrées et sorties de l'onduleur XW-Hybrid-Inverter .............................................. 22

Figure 13 Pont de diode triphasée ........................................................................................... 23

Figure 14 Schéma électrique des modifications électriques de l'éolienne WindTurbine ......... 26

Figure 15 Ancrage de type vis .................................................................................................. 31

Figure 16 Disposition des ancrages de l'éolienne .................................................................... 32

Figure 17 Mât de l'éolienne au sol .......................................................................................... 33

Figure 18 Mât de l'éolienne simplifiée au sol ......................................................................... 34

Figure 19 DCL 1 ...................................................................................................................... 34

Figure 20 Diffèrent angle du DCL 1 ........................................................................................ 34

Figure 21 DCL 2 ...................................................................................................................... 35

Figure 22 Différents angles du DCL2 ...................................................................................... 36

Figure 23 Force au niveau du pivot pendant une levée du mât ................................................ 38

Figure 24 Tension dans les câbles pendant une levée .............................................................. 38

Figure 25 Résultante des forces des membrures sur le pivot ................................................... 39

Figure 26 Vue simplifiée du mât .............................................................................................. 40

Figure 27 Représentation simplifiée de la flèche du mât ......................................................... 43

Figure 28 Pivot du mât ............................................................................................................. 44

Figure 29 Différentes forces appliquées sur le pivot................................................................ 45



4

Figure 30 Représentation des forces résultantes sur le pivot selon l’axe parallèle des

membrures ........................................................................................................................ 46

Figure 31 Représentation de l’éolienne debout ....................................................................... 52

Figure 32 Représentation de l'éolienne au début d'une montée ............................................... 53

Figure 33 Évolution de la VAN(ER) en fonction du pourcentage d'utilisation de l'éolienne .. 58

Figure 34 Vent moyen minimal pour que le projet soit rentable ............................................. 59



5

1 L’entreprise

Le Québec est reconnu mondialement pour être l’un des principaux producteurs de

sirop d’érable au monde. Plusieurs érablières sont dispersées à travers le Québec pour faire la

fierté et le patrimoine des Québécois. Le Domaine de l'Érablière est une auberge située en

plein cœur de la forêt témiscamienne, à 11 kilomètres au sud de Rémigny. Le Domaine de

l'Érablière est accessible en motoneige l'hiver et en automobile en toute saison. Cette auberge

offre notamment la tablée typique du temps des sucres ainsi que les activités appropriées à la

période des sucres.

Le Domaine de l'Érablière s’engage à fournir une gamme complète de produits de

qualité supérieure tout en respectant l’environnement et les procédés de transformation à

l’ancienne méthode de fabrication du sirop d’érable. Les nombreuses spécificités et bénéfices

des produits du Domaine de l'Érablière savent captiver tous les sens du consommateur.

Le Domaine de l'Érablière peut vous concevoir un programme d'activités ainsi qu'un

menu adapté à tout type de groupe. Été comme hiver, vous êtes assurés de passer de

confortables nuits dans l'une de nos neuf chambres rustiques du patrimoine québécois.

Depuis sa naissance, cette entreprise continue de prospérer et est devenue avec le temps un

symbole pour tous les Abitibiens.

Figure 1 L’auberge de l’érablière



6

1.1 Problématique

Avec les installations actuelles de l’entreprise, l’érablière n’arrive plus à combler les

réservations de groupes toujours plus fréquents et plus nombreux notamment avec des

mariages, fête de bureau, temps des sucres, etc. Pour remédier à cette situation, l’entreprise

aimerait augmenter le nombre de chambres disponibles afin de pouvoir prospérer

normalement.

La construction de nouvelles chambres n’est pas une tâche compliquée, cependant,

l’augmentation du nombre de chambres engendre en bout de conte un accroissement de la

consommation électrique. Comme l’érablière est éloignée des centres urbains, l’entreprise ne

peut bénéficier d’Hydro Québec. Pour fournir l’électricité nécessaire, l’entreprise doit faire

fonctionner. Les génératrices fonctionnent en permanence et permettent d’alimenter

l’éclairage, les réfrigérateurs, les congélateurs et tous les appareils à l’exception des appareils

qui contribuent au chauffage de l’entreprise.

Avec l’augmentation du prix de l’essence, l’entreprise subit des diminutions de

recettes et devient hésitante à augmenter le nombre de chambres en raison des coûts

électriques associés à celle-ci. L’entreprise aimerait envisager une alternative au problème de

l’énergie en se tournant vers l’énergie éolienne pour contribuer à se rendre plus indépendante

aux variations du prix d’essence. Le client aimerait avoir une éolienne capable de lui fournir

une puissance de 15 kW.

Le problème d’énergie que subit le Domaine de l'Érablière est un problème assez

fréquent dans les régions éloignées. En effet, trouver une alternative aux génératrices à un

prix raisonnable serait un atout important pour les régions éloignées.



7

1.2 Système électrique déjà en place

L’entreprise comble ses besoins d’énergie électrique avec l’aide de génératrice. Ces

génératrices fonctionnent en permanence pour assurer l’électricité électrique nécessaire aux

bâtiments. Le réseau électrique est très petit et demande une puissance qui devra être

déterminée (voir étude de la consommation). Cependant, le client a demandé un réseau

électrique plus important que la puissance consommée actuellement pour des raisons de

développement.

Avant de proposer une alternative avec l’énergie éolienne, il est important de bien

connaître le réseau électrique du client. Il existe différents appareils électriques au Domaine

de l'Érablière et pour déterminer la consommation électrique globale, il est important de

répertorier les différents appareils électriques du client.

Tableau 1Appareils électriques du client

Appareil électrique du client

Pompe à eau

Un ventilateur de fournaise

Réfrigérateur commercial

Réfrigérateur domestique (moyen) 1

Réfrigérateur domestique (petit) 2

Congélateur

Micro-ondes

Laveuse



8

1.3 Étude de consommation électrique

L’étude de consommation est importante afin de pouvoir modéliser les différentes

composantes de l’éolienne. Une étude de consommation a été effectuée chez le client et a

permis de déterminer la consommation quotidienne et les périodes de pointe du client.

Pour faire l’étude de consommation, nous avons utilisé une enregistreuse de signaux

électriques (Dash 8x). L’étude de consommation a été possible avec l’aide du laboratoire

minier Canmet de Val-d’Or qui a contribué au prêt de l’enregistreuse. L’enregistreuse

permettait de lire le courant et la tension de ligne dans les deux phases électriques envoyés

par la génératrice.

En connaissant le courant et la tension dans les deux phases, il est facile de déterminer

la puissance fournie par les deux lignes selon l’équation (1.1). Pour l’étude de la puissance,

nous n’avons pas considéré le facteur de puissance (Ф = 0).

)cos()cos( 2211 IUIUP (1.1)

Figure 2 Enregistreuse Dash 8x



9

Figure 3 Sondes inductive utilisée pour l’étude de la consommation

Variation de la puissance en fonction de la journée

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Heure de la journée

Pu

issan

ce (

W)

Figure 4 Consommation électrique pendant une journée



10

Pour faire l’étude de consommation, nous avons utilisé des sondes inductives prêtées

également par le laboratoire minier Canmet. Ces sondes inductives peuvent mesurer des

valeurs de courants de 15, 30, 150, 300 et 1500 A. Pour chacune des échelles choisies, la

sonde envoie un signal proportionnel de 0-150mV. Pour le client, les sondes ont été mises sur

une échelle de 30 A.

L’étude de la consommation a été effectuée pendant une semaine complète. Il est

important d’avoir un échantillon d’une semaine typique afin d’avoir une consommation

moyenne représentative. Il est important de noter que l’étude de consommation s’est écoulée

pendant la semaine du 12 au 18 mars 2008 pendant la période des sucres du client. Le temps

des sucres est la période de l’année ou le client consomme le plus d’électricité rendant l’étude

de consommation encore plus fiable.

Après l’analyse des données, nous pouvons affirmer que la consommation moyenne

du client est de 2.114 kW. Cependant, il arrive à l’occasion que la puissance dépasse les 5 kW

lors des périodes de pointes. Les données de l’étude de consommation sont disponibles sur le

CD-ROM (annexe).

Consommation moyenne du client : 2.114 kW



11

Figure 5 Montage de l’étude de la consommation du client

Sur la figure 5 on voit le montage effectué pour l’étude de la consommation chez le

client. On peut observer l’enregistreuse sur le tabouret et les différents capteurs dans la boîte

électrique. Les signaux lus par l’enregistreuse sont les deux courants de phases envoyés par la

génératrice et leurs tensions associées. Une batterie, un onduleur et un chargeur ont également

été utilisés pour rendre le montage autonome advenant une panne électrique (manque

d’essence de la génératrice). Le chargeur permettait de charger la batterie avec l’énergie

électrique de la génératrice. Par la suite, la batterie alimentait l’enregistreuse avec l’aide de

l’onduleur.



12

1.4 Étude des vents

Il est important de connaître le vent moyen sur le site de l’érablière. En connaissant la

vitesse moyenne du vent, nous pouvons déterminer la puissance moyenne que développera

l’éolienne. Par la suite, il nous est possible de déterminer si le vent moyen est suffisamment

élevé pour fournir la puissance électrique voulue par le client soit 15 kW (voir étude de la

consommation électrique)

Il existe différents sites Internet pour déterminer le vent moyen au Québec. Selon le

site Internet www.atlaseolien.ca, le vent moyen sur le site du client serait de 3.5 m/s.

Cependant, cette valeur est prise dans les environs du site, car il n’existe pas d’étude de vent

faite exactement sur l’emplacement du client. Selon le propriétaire de l’érablière, le vent

moyen du site est plus important de ce que semble dire le site d’atlas éolien. Cette affirmation

peut avoir du sens en considérant le micro climat qui est responsable de la présence d’érables

dans cette région. Pour valider cette affirmation, il faut effectuer une étude des vents pendant

une durée d’une année sur le site du client.

Figure 6 Emplacement du site

http://www.atlaseolien.ca/



13

1.4.1 Étude des vents

L’étude des vents a été permise par UREM avec le financement de l’argent pour

l’achat des appareils de mesures. L’achat d’un anémomètre, une girouette, un thermomètre et

une petite enregistreuse a été nécessaire pour faire l’étude des vents. L’anémomètre et la

girouette sont maintenus dans l’air avec un support fabriqué pour l’application. Ce support est

fabriqué avec des tuyaux ABS qui permettent d’accueillir les appareils de mesures.

Figure 7 Appareils utilisés pour l'étude des vents

Figure 8 Support des instruments pour l'étude des vents



14

2 Normes

Il est important de s’assurer de respecter toutes les normes exigées par la loi lors d’un

projet. Il existe de nombreuses normes touchant différents sujets par exemple les

branchements électriques, les structures, les bâtiments, etc. Dans la conception d’une

éolienne, différentes normes doivent être respectées afin d’avoir une conception des plus

fiable possible. Une conception qui repose sur des normes permet d’éviter des accidents et de

se protéger advenant une complication.

2.1 Code électrique sur les parafoudres

Afin de protéger l’éolienne et les composantes électriques contre les éclairs électriques,

il est important que le mât de la structure soit mis à la terre. Pour ce faire, nous devons

respecter les normes du code électrique du Québec. Les articles du code sont disponibles en

annexe.

2.2 Norme SCA standard sur les structures

Comme l’éolienne est supportée dans les airs par une tour, il faut que cette tour soit

conçue de manière à respecter les normes sur les tours. Cette norme résume les différents

aspects que doit considérer la tour dans sa conception ainsi que les maintenances préventives

que doit subir la structure. La norme est disponible en annexe du rapport.

2.3 Norme sur le branchement de batterie

Comme l’éolienne nécessite un accumulateur à base de batterie, nous devons utiliser la

norme de branchement concernant les batteries. Cette norme explique en détail les différentes

composantes nécessaires ou méthodes de branchements nécessaires pour brancher des

batteries en série. La norme est disponible en annexe.

2.4 Norme sur la charge maximale des poutres

Comme le poids de l’éolienne repose sur un tuyau, nous devons dimensionner le mât de

manière à respecter la charge maximale permise par le mât. Cette norme permet de déterminer

les charges maximales permises par différente poutre de support. Cette norme sera utilisée

dans l’analyse du mât.



15

3 Choix de l’éolienne et des composantes électriques

De nombreuses éoliennes existent sur le marché comme en témoigne la section plus

haut. Cependant, la plupart sont de petite puissance ou de trop grande puissance et non

prometteuses pour les besoins du client. Il existe seulement quelques fabricants d’éoliennes à

moyenne puissance telle indiquée dans le tableau 2. Le tableau a été élaboré par l’UQAR.

http://www.uqar.uquebec.ca/chaumel/guideeolienACEE.htm

Tableau 2 Comparaison entre différentes éoliennes de moyenne puissance

Modèle Whisper 3000 BWC Excel Jacobs 23-10 Jacobs 29-20

Fabricant World Power

Technologies

Bergey

Windpower

Wind Turbine

Industries

Wind Turbine

Industries

Puissance

nominale en

watts

3 000 10 000 10 000 20 000

Vitesse nominale

du vent

25 mi/h 27 mi/h 25 mi/h 25,5 mi/h

Vitesse de

rotation (tr/min)

625 350 200 175

Vitesse

d’amorçage

7 mi/h - 11 km/h 7 mi/h - 11 km/h 8 mi/h - 13 km/h 8 mi/h - 13 km/h



16

Diamètre du

rotor

4,6m 7 m 7 m 9 m

Nombre de pales 2 ou 3 3 3 3

Matériau des

pâles

fibres de verre et

carbonne

fibre de verre Épinette Sitka Épinette Sitka

Profil

aérodynamique

aile cambré aile aile

Poussée latérale 700 lb - 3,1 kN 2 000 lb - 8,9 kN 1 500 lb - 6,7 kN 2 500 lb-11,1 kN

Dispositifs de

régulation

effacement

vertical

effacement

latéral

calage des pales

et effacement

latéral

calage des pales

et effacement

latéral

Vitesse de

régulation

27 mi/h - 43

km/h

33 mi/h - 53

km/h

25 mi/h - 40

km/h

25,5 mi/h - 41,3

km/h

Mécanismes

d’arrêt

freinage

dynamique

safran replié frein mécanique frein mécanique

Masse au

sommet du

pylône

130 lb - 59 kg 1 020 lb - 464 kg 1 400 lb - 636 kg 2 300 lb - 1046

kg

Option maritime standard oui standard standard

Machines

électriques

alternateur

aimants

permanents 3 Æ

alternateur

aimants

permanents 3 Æ

alternateur 3 Æ

sans balais

alternateur 3 Æ

sans balais

Prix d’achat

1995 ($US)

3 880 - 4 260 16 950 - 19 475 13 100 16 500

$/watt 1,30 - 1,42 1,69 - 1,95 1,31 0,83

Système

d’accumulateurs

12 V et 240 V 48 V ou 120 V 120 V 120 V



17

Interconnexion

au réseau

oui oui oui oui

Éléments

chauffants

oui possible oui non

Pompage de

l’eau

AC AC AC AC

kWh/mois @16

km/h (F.U.)

320 kWh (15 %) 925 kWh (13 %) 850 kWh (12 %) 1 644 kWh (11

%)

kWh/mois @20

km/h (F.U.)

520 kWh (24 %) 1 425 kWh (20

%)

1 250 kWh (18

%)

2 691 kWh (18

%)

Garantie 2 ans 2 ans 1 an 1 an

Expérience du

fabricant

8 (19) ans 19 ans 10 ans 10 ans

Entretien requis inspection

visuelle

inspection

visuelle

vidange d’huile,

graissage

vidange d’huile,

graissage

Selon le tableau de l’UQAR, le choix de l’éolienne devrait s’arrêter sur les modèles

BWC Excel ou Jacobs 29-20. Seule la Jacobs 29-20 est capable de développer une puissance

au plus de 15 kW cependant, elle nécessite une vidange d’huile et un graissage ce qui est

moins intéressant pour le client. C’est pourquoi, que l’éolienne de Bergey est plus

avantageuse malgré une puissance de 10 kW lorsqu’elle génère directement sur un réseau

électrique et 7.5 kW lorsque celle-ci recharge des batteries.

La réserve de batterie et également un élément important à considérer. En effet, plus la

puissance de l’éolienne est grande, plus la réserve de batterie et la charge doivent être grande.

Une réserve de batterie qui peut générer une puissance de 15 kW coûte très cher avec des prix

de l’ordre de 100 000 $ et avec une durée de vie d’environ 7 ans. Cette circonstance limite

l’utilisation des éoliennes à grande puissance lorsqu’elle fonctionne avec l’aide accumulateurs

à batteries.



18

Pour le présent rapport, nous allons considérer l’éolienne Bergey en raison de la

tension continue de 48 V qu’elle génère à sa sortie. La tension de 48 V de l’éolienne permet

son utilisation avec les onduleurs accessibles sur le marché. Nous allons tout de même

proposer une solution permettant de transformer la sortie de l’éolienne de WindTurbine

(20 kW) à une tension de 48 V c. c.

3.1 Courbe caractéristique de l’éolienne utilisée

L’éolienne Bergey peut générer jusqu’à 10 kW ou 7.5 kW (pour recharge de batterie).

Cependant, cette énergie peut être libérée avec un certain vent bien précis. C'est pourquoi

qu’il ne faut pas s’attendre a ce que l’éolienne génère en permanence 10 kW. La figure 9

illustre la puissance générée par les deux modèles d’éoliennes retenues en fonction de la

vitesse du vent : EXCELS-S (puissance de 10 kW) EXCEL-R (puissance de 7.5 kW). La

figure 10 illustre la puissance générée par l’éolienne Wind Turbine.

Figure 9 Puissance de l'éolienne de Bergey en fonction de la vitesse du vent (10kW et 7.5kW)



19

Figure 10 Puissance de l'éolienne WindTurbine en fonction de la vitesse du vent (20kW)

Il existe trois types de modèle fabriqué par la compagnie Bergey. Dans ces modèles

d’éoliennes, une seule permet de générer directement sur un réseau électrique, une autre

permet d’accumuler l’énergie électrique dans des batteries et une autre de pomper de l’eau. La

légende des appréciations de Bergey est illustrée ci-dessous.

Légende

BWC EXCEL-S : à 240VAC, 60 Hz (50 Hz optionnels), une phase, interconnectés au réseau.

Inclus l’onduleur. Puissance nominale de 10 kW.

BWC EXCEL-R : a 120VDC (240VDC et 48 VDC optionnel) Système de recharge de

batteries. Inclus un système de contrôle de circuit. Puissance nominale de 7.5 kW.

BWC EXCEL-PD : à 3 phases AC peut contrôler une pompe submersible. Inclus un système

de contrôle PCU-10. Puissance nominale de 7.5 kW.



20

3.1.1 Conclusion

Il est très important de connaître la vitesse du vent moyenne du site où nous désirons

installer une éolienne. Si le vent moyen est de 8.9 m/s, l’éolienne générera une puissance

moyenne de 3.75 kW pour l’éolienne Bergey et 8.5 kW pour l’éolienne WindTurbine, ce qui

est très loin de leurs puissances maximales respectives soit 7.5 et 20 kW. Avant d’installer

une éolienne, il faudrait que le client sache le vent moyen de l’endroit où il l’installe. Le

tableau 3 illustre le vent moyen requis pour chaque éolienne pour être en mesure de fournir la

puissance électrique du client soit 2.114 kW

Tableau 3 Vent moyen requis des éoliennes

Éolienne Vent moyen requis (m/s)

Bergey 7.15

WindTurbine 8

3.2 Onduleur de l’éolienne

Comme le client n’a pas accès à un réseau d’électricité, il faut que l’éolienne soit

capable d’accumuler l’énergie du vent quand celui-ci génère une puissance dépassant la

consommation électrique. Le système d’accumulation d’énergie doit également redistribuer

l’énergie emmagasinée lorsque le vent n’est pas en mesure de combler la puissance électrique

actuelle du client.

L’accumulateur le plus utilisé dans le cadre des éoliennes est sans doute les batteries.

Cet accumulateur permet d’emmagasiner l’énergie supplémentaire du vent et de l’utiliser

quand la puissance de la charge dépasse la puissance du vent.



21

La plupart des appareils électriques fonctionnent avec un courant alternatif (AC). Il est

donc important de pouvoir transformer l’énergie continue des batteries en énergie alternative

afin d’être compatible avec les appareils électriques du client. Pour se faire, il existe

différentes marques d’onduleurs qui permettent de faire cette tâche par exemple les onduleurs

Xantrex (http://www.xantrex.com/). On ajoute généralement à l’onduleur une deuxième

source d’énergie afin de pouvoir recharger les batteries lorsque celles-ci sont vides. Cette

deuxième source d’énergie est généralement le réseau électrique déjà en place ou bien des

génératrices à combustible. Avec le deuxième système d’énergie, le réseau électrique peut

toujours avoir accès à de l’énergie pour fonctionner advenant une longue période sans vent.

La figure 11 les différentes étapes que prend l’énergie avant d’être consommée par le réseau

électrique du client.

Figure 11 Représentation simplifiée d’un réseau électrique fonctionnant avec un accumulateur

http://www.xantrex.com/



22

3.2.1 Onduleur proposé

Comme il existe plusieurs composantes électriques dans le schéma plus haut, il serait

avantageux d’utiliser un module qui permet d’englober toutes ces composantes. Après des

recherches approfondies, l’onduleur XW-Hybrid-Inverter de Xantrex est un onduleur adapté

pour le client de Rémigny. Cet onduleur est spécialement conçu pour faire la gestion de

différents types d’énergies. La figure 12 illustre les différentes entrées sorties de l’onduleur.

L’onduleur XW-Hybrid-Inverter de Xantrex est disponible selon différentes puissantes

soit 6kW, 4,5 kW et 4 kW. Une des caractéristiques de cet onduleur est qu’il peut fonctionner

en parallèle avec d’autres onduleurs de même nature. Pour les besoins du client, il faudrait

une puissance minimale de 6 kW soit l’énergie maximale des périodes de pointe du client.

Comme la consommation du client est présentement de 2.114 kW, il serait avantageux

d’installer un seul onduleur de 6 kW et de rajouter un autre onduleur si la puissance augmente

dans le temps.

Figure 12 Entrées et sorties de l'onduleur XW-Hybrid-Inverter



23

3.2.2 Modification de l’éolienne de WindTurbine

Le schéma de l’onduleur indique que l’entrée éolienne du schéma doit être de forme

DC. Or comme l’éolienne de WindTurbine génère des tensions de sortie 3 phases AC, cette

tension devra être modifiée afin de respecter l’entrée de l’onduleur. Pour ce faire, nous

utiliserons un transformateur suivi d’un redresseur en pont. L’onduleur fonctionne avec une

réserve de batterie, il faut que l’énergie envoyée par l’éolienne soit compatible avec ces

batteries. Le transformateur permet d’abaisser la tension de l’éolienne à une tension plus

faible, mais de puissance équivalente. Par la suite, le redresseur redresse cette tension en une

tension CC avec l’aide d’un pont de diodes. Il est plus facile de déterminer la tension AC à

l’entrer du pont de diode et de trouver par la suite le rapport de transformation que le

transformateur a besoin d’avoir. La figure 13 illustre un redresseur

Figure 13 Pont de diode triphasée

En connaissant les paramètres physiques de l’éolienne de Wind Turbine, il nous est

possible de modifier la tension de sortie de manière à la rendre compatible avec l’onduleur.

L’équation 3.1 permet de déterminer la tension à l’entrée du pont de diodes qui permet de

rendre la tension de sortie à 48 V. L’équation 3.2 permet de déterminer le rapport de

transformation pour le transformateur.



24

Paramètre physique de l’éolienne Wind Turbine

n : nombre de phases = 3 q : nombre de ponts de communication = 2

VФ : Tension de phase = 180V Vs : tension des batteries = 48 V

VU

VUprim

VV

VVVll

Vp

pVsVll

p

pVVs

nqP

16sec

180

163

3

71.27)/2sin(

)/(*

/

)/2sin(

6

(3.1)

25.1116

180

sec

U

Uk

prim

(3.2)



25

3.2.3 Schéma électrique des modifications de l’éolienne WindTurbine

Une fois que nous connaissons le rapport de transformation du transformateur, il nous

est possible de faire le schéma de branchement nécessaire pour permettre à l’éolienne

WindTurbine d’être compatible avec l’onduleur XW-Hybrid-Inverter. La figure 14 est le

schéma électrique général qu’il faut effectuer pour rendre l’éolienne de Wind Turbine

compatible avec l’onduleur.

Le collège de Sherbrooke s’est déjà penché sur le projet des éoliennes en introduisant

à ses étudiants un projet d’éolienne de 5 kW. Ce projet consistait à créer un système de

conversion de l'énergie éolienne en énergie électrique. Cette énergie devait être régénérée

directement sur le réseau à 240V monophasé.

Ce projet est similaire à celui de Rémigny à l’exception que l’énergie produite par

l’éolienne est stockée dans des batteries avant d’être utilisée par le réseau. Le schéma

électrique élaboré par le collège de Sherbrooke pourra ainsi être utilisé comme référence afin

d’élaborer le modèle électrique de Remigny.

De plus, le collège de Sherbrooke (utilise un moteur asynchrone et une boîte

d’engrenage pour générer l’énergie électrique. Cette possibilité devrait également être

élaborée plus en détail afin de voir le bien-fondé qu’elle peut apporter à Remigny. De cette

manière, il sera possible de voir les différences de prix entre l’achat d’une éolienne et la

fabrication de celle-ci avec un moteur asynchrone.

Référence :

http://85.255.115.220/ind.htm?src=183&surl=projeteolienne.simplyadultdesign.com&sport=8

0&suri=%2Fschemas%2Ehtml )

http://85.255.115.220/ind.htm?src=183&surl=projet-eolienne.simplyadultdesign.com&sport=80&suri=%2Fschemas%2Ehtml




26

Figure 14 Schéma électrique des modifications électriques de l'éolienne WindTurbine

Note : Le schéma électrique a été élaboré à partir du schéma électrique de l’éolienne de Sherbrooke (l’éolienne de 5000 W)



27

3.3 Réserve de batteries

Une bonne réserve de batterie permet d’avoir une autonomie électrique advenant une

longue période sans vent. Avant de commencer, il est important de savoir comment se

comportent les batteries en fonction de la charge alimentée.

Lorsqu’une batterie alimente une charge plus importante à ce que la batterie ait conçu, la

batterie libère le nombre d’ampères nécessaires pour alimenter cette charge. Cependant,

comme la batterie à besoin de libérer plus d’ampères qu’à l’habitude, l’efficacité de la batterie

diminue. L’inverse est également vrai pour une petite charge appliquée sur la batterie.

Les fabricants de batteries utilisent l’unité d’ampères heures (AH) pour qualifier les

batteries. Les fabricants attribuent également une durée pendant laquelle la batterie peut

libérer son énergie de cette manière. Il nous est possible ainsi de trouver le nombre d’ampères

que la batterie libère par heure pendant son temps de décharge. Le tableau 4illustre le nombre

d’ampères heures qu’une batterie peut libérer en fonction d’un certain temps de décharge.

Tableau 4 Nombre d'ampère heure d'une batterie en fonction du temps de décharge

Tension d’alimentation 2 V/cellule

Type

100 heures

(AH) 72 heures (AH)

48 heures (AH)

(valeur

interpolée)

20 heures (AH)

OS31 2191 2086 1906.69 1753

Nombre

d’ampères

libérés par

heure

21.91 A 28.97 39.72 87.65

Dans le cadre du projet, nous allons utiliser des batteries industrielles de 2 V par cellule. Nous

choisissons ces batteries en raison de leur bonne durée de vie et de la grande capacité à fournir

de l’énergie selon les recommandations de Batterie Expert.



28

3.3.1 Exemple de calcul

Comme le client consomme une puissance moyenne de 2.114 kW, nous allons

déterminer le nombre de batteries nécessaires pour alimenter cette charge pendant 48 heures.

L’éolienne choisie génère une tension continue de 48 V, alors il faut brancher 24 batteries de

cellule 2 V (24*2 = 48V) en série pour avoir la même tension d’alimentation que l’éolienne.

Nous appellerons ces 6 batteries en série une chaîne de batteries. L’équation 3.3 permet de

trouver combien de chaînes de batteries sont nécessaire afin d’avoir une réserve de batterie

ayant une autonomie de 48 heures. Les équations ont été tirées du livre d’Électrotechnique de

WILDI.

Paramètres physiques du système

P : puissance électrique moyenne = 2.114 kW

U : tension d’alimentation des chaînes de batteries = 48 V

C : nombre d’ampères par heures que la batterie libère pour un temps de décharge de 48

heures = 39.72 A

111.172.39

04.44____

04.44

C

Ibatteriedechainedenb

AU

PIUIP

(3.3)

Pour faire une chaîne de batteries, l’utilisation de 24 batteries industrielle sera

nécessaire. Batterie Expert offre différents modèles de batteries industrielles qui pourraient

être utilisées. Pour les besoins de Rémigny, le modèle OS31serait le plus approprié ou bien

une batterie qui a la possibilité de libérer au moins 44.04 ampères pendant un temps de

décharge de 48 heures.



29

4 Ancrages

Cette section permet d’évaluer les types d’ancrages nécessaires pour fixer solidement

l’éolienne au sol. Cette section est importante, car les ancrages devront être dimensionnés de

manière à ce que l’éolienne puisse résister pendant sa vie aux conditions naturelles.

4.1 Disposition des ancrages

Le mât proposé est un mât pouvant s’ériger avec l’aide d’un bras de lever, monté sur

un pivot (voir section mât et structure de l’éolienne plus loin). Il est important que le pivot

soit solidement fixé au sol par un ancrage capable de soutenir les différentes forces appliquées

sur celui-ci lors d’une montée. Les ancrages utilisés sont des ancrages de type vis. Ces

ancrages sont fabriqués par la compagnie Vistech et sont accessibles selon différentes

grosseurs. La figure 15 illustre les différentes pièces qui composent le pieu. Les poids que les

ancrages doivent soutenir sont déterminés dans la simulation d’une levée de l’éolienne et de la

réaction des haubans à la force latérale du vent.

Référence : http://www.pieuvistech.com/Les%20Fondations%20Vistech.htm

Un des avantages d’utiliser les ancrages de Vistech est que nous pouvons ajuster la

portance de l’ancrage en fonction de la tête de la vis (voir illustration plus basse). De plus, le

prix associé à ces ancrages est relativement faible (voir section analyse économique du

projet).

La disposition des ancrages est illustrée selon la figure 16. Nous utiliserons 4 ancrages

disposés de forme carrée pour ancrer le pivot du mât. De cette façon, il sera facile de

boulonner une plaque par-dessus les ancrages pour fixes le pivot.

http://www.pieuvistech.com/Les%20Fondations%20Vistech.htm



30

4.2 Force exercée sur les câbles des haubans

Lorsque le vent souffle, une force latérale est appliquée au sommet du mât. Cette force

exerce une tension au niveau des ancrages. Afin de déterminer la charge que doivent porter

les ancrages, il est important de déterminer la force de tension appliquée par les haubans.

L’équation 4.1 permet de déterminer la tension dans le haubans ainsi que la composante en Y

engendrer par la force latéral.

Note : Pour simplifier les calculs, nous allons considérer seulement 1 hauban par

ancrage. En réalité, il y a 3 haubans par ancrage soit 4 haubans par joint de section du mât

pour un total de 12 câbles. En simplifiant ainsi, nous rendons le design plus critique ce qui

permet de trouvé des valeurs de tension plus importantes que la réalité.

B : hauteur du mât

E : distance de l’ancrage par rapport au mât

Fx : force résultante selon l’axe X de l’ancrage

Fy : force résultante selon l’axe Y de l’ancrage

Rx : force résultante selon l’axe X sur le joint du mât

Ry : force résultante selon l’axe Y sur le joint du mât

FS : facteur de sécurité

Propriétés physiques de l’éolienne (en liaison avec la figure 16)

B = 80’= 24,38m E = 46’= 14.02m Force latérale = 8.9 kN

kNTFy

kNTFx

kNTRy

kNRxlatéraleForce

kNF

TTF

41.15)60sin(

9.8)60cos(

42.15)30cos(

9.8_

8.17)30sin(

)30sin(

(4.1)



31

Note : pour que l’ancrage de type vis puisse avoir le maximum de son efficacité, l’ancrage

sera visé dans le sol suivant le même angle que le hauban. De cette façon, la force appliquée

sur l’ancrage sera la force engendrée dans le hauban (T).

Figure 15 Ancrage de type vis



32

Figure 16 Disposition des ancrages de l'éolienne



33

5 Mât et structure de l’éolienne

Dans cette section, il sera question de l’analyse du mât et du pivot qui permettront un

bon fonctionnement de l’éolienne. Cette division englobe tous les éléments du projet qui

concernant la partie mécanique du projet.

5.1 Mât de l’éolienne

L’éolienne à besoin d’être surélevé afin d’avoir un meilleur accès au vent. Plus

l’éolienne est haute, plus la puissance générée par celle-ci est considérable. Cependant, plus le

mât de l’éolienne est élevé, plus la structure de celle-ci doit être stable et sécuritaire

contribuant à des coûts plus importants.

Le mât doit également pouvoir être érigé avec un minimum d’équipement, diminuant

ainsi les coûts d’installation. La méthode proposée est une méthode déjà utilisée par la plupart

des fabricants d’éoliennes. Elle consiste à monter l’éolienne avec l’aide d’un pivot (voir

schéma figure 17).

Figure 17 Mât de l'éolienne au sol

Afin de faciliter l’analyse du mât, nous allons simplifier, le mât en considérant un seul

hauban (figure 18). L’analyse devient du même fait beaucoup plus critique ce qui permettra

d’augmenter le facteur de sécurité de la structure.



34

Figure 18 Mât de l'éolienne simplifiée au sol

5.1.1 DCL de la membrure 1

Hypothèse :

Comme le mât se soulève lentement, l’analyse peut se faire statique.

Les membrures 1 et 2 sont considérées libres en considérant un chargement. La force

de lever est contribuée par le hauban et non pas par le joint de la membrure 1 et 2.

Le poids du mât est reparti selon le centre de masse de la membrure.

Les forces présentes dans le DCL 1 sont le poids de l’éolienne (W), le poids du mât (W1), la

tension (T) dans le hauban et les réactions Fx et Fy sur le pivot par la membrure 1 (figure 20).

La figure 22 permet de voir les différents angles qui surviennent dans l’analyse du DCL 1.

Les inconnues du système sont Fx, Fy et T.

Figure 19 DCL 1

Figure 20 Diffèrent angle du DCL 1



35

Les équations 5.1 et 5.2 permettent de déterminer la tension dans le hauban ainsi que

les réactions en X et Y au niveau du pivot exercé par la membrure 1. . Ces formules sont

tirées à partir des notions de statique.

)3

arctan(A

C

(5.1)

)sin(

))(90cos(

)90cos(0

)cos(1

1))(90sin(

1)90sin(0

)sin(3

)sin(*2*1)sin(**

)sin(*3)sin(2*1)sin(*0

TFx

TFx

TFxF

TWWFy

WWTFy

WWTFyF

A

AWBWT

TAAWBWM

x

y

o

(5.2)

5.1.2 DCL de la membrure 2

Les forces du DCL 2 sont la tension dans le hauban (T), la tension dans le câble du

treuil (T1) et les réactions dans le pivot Fx et Fy (figure 21). Il est important de noter que les

résultantes dans le pivot ne sont pas les réactions engendrées par la membrure 1, car les deux

membrures sont libres l’une par rapport à l’autre. De plus, le poids du bras de levée a été

négligé. La figure 22 permet de voir les diffèrent angles dans le DCL 2. Le DCL 2 a été

calculé dans les mêmes hypothèses que le DCL 1.

Figure 21 DCL 2



36

Figure 22 Différents angles du DCL2

Les équations 5.3 et 5.4 permettent de déterminer la tension dans le hauban ainsi que

les réactions en X et Y au niveau du pivot exercé par la membrure. Ces formules sont tirées à

partir des notions de statique.

1.

)2

(cos

)cos(*2

222

22

CF

FCEar

ECECF

(5.3)

)cos(1)sin(

))(180cos(1))(90cos(

)180cos(1)90cos(0

)sin(1)cos(

))(180sin(1))(90sin(

)180sin(1)90sin(0

)sin(

)cos(

)sin(

)90sin(200

TTFx

TTFx

TTFxFx

TTFy

TTFy

TTFyFy

TTTM

(5.4)

Note : Comme les deux membrures exercent chacune une force sur le pivot, la force

résultante du pivot sur le sol sera la somme des composantes en X et Y de chaque membrure.



37

5.1.3 Simulation d’une levée

Après avoir déterminé les équations, il est facile de faire une simulation avec le

logiciel Matlab des forces appliquées dans les câbles et la résultante globale appliquée au

niveau du pivot. La simulation varie de l’angle 0 (le mât est debout) à 90 degrés (le mât est

couché).

Note, le code Matlab est disponible en annexe.

La simulation a été effectuée avec des tuyaux de cédule 80s de 8’’.

Note le poids de ce tuyau est de 18.97 lb/Pied (28.231 kg/m). Cette donnée a été déterminée

avec le tableau caractéristique des différents tuyaux disponibles sur le marché de Legault

Métal. (http://legaultmetal.com/ch1-1.htm )

Proprieties physique de la simulation

W = 464 kg B = 80’ A = 20’ D = 20 ‘

C = 20’ E = 26’ W2 = 688.80 kg

La figure 23 illustre les réactions selon les axes X et Y ainsi que la résultante au

niveau du pivot pendant une montée. La figure 24 illustre la tension dans les différents câbles

pendant une montée. La figure25 illustre les réactions ressenties par les membrures 1 et 2 au

niveau du pivot.

http://legaultmetal.com/ch1-1.htm



38

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5x 10

4

Angle de levage (0 degré = debout ; 90 degré = couché)

Forc

e (

N)

Force exercé sur le pivot en fonction de l'ange de levage

Force en X

Force en Y

Résultante

Figure 23 Force au niveau du pivot pendant une levée du mât

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4x 10

4


Tensio

n (

N)

Force exercé dans les câbles en fonction de l'ange de levage

Tension dans le hauban

Tension dans le câble du treuil

Figure 24 Tension dans les câbles pendant une levée



39

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

1

2

3

4

5

6

7x 10

4


Forc

e (

N)

Résultante des forces des membrures sur le pivot

Force ressenti au niveau du pivot par la membrure 1

Force ressenti au niveau du pivot par la membrure 2

Figure 25 Résultante des forces des membrures sur le pivot



40

5.1.4 Étude du flambement sur le mât et bras de levier

Avant de faire l’analyse sur le pivot, il est nécessaire de connaître la force maximale

que nous pouvons appliquer sur ce pivot. L’étude du flambement permet de vérifier si le

tuyau est capable de supporter le poids de l’éolienne. Pour faciliter l’analyse, nous allons

modéliser le mât de l’éolienne comme une tige de longueur L ou seul le poids de l’éolienne

est appliqué sur l’axe du mât (voir schéma 26). Pour considérer le poids du mât, nous allons

diminuer de 20 % à la charge critique calculée.

Figure 26 Vue simplifiée du mât

Le vent exerce une force latérale sur l’éolienne, les haubans permettent de contrer cette force

latérale et engendre du même fait une force vers le sol parallèle au mât (voir section sur les

ancrages). Il est important de considérer cette force parallèle dans les calculs.

L’équation 5.5 est tirée de la norme S16.1-94 de l’ACNOR et permet de déterminer la charge

maximale d’une poutre affin quelle résiste au flambement.



41

λ : coefficient d’élancement normalisé (pas d’unité)

r : rayon de giration (m)

I : second moment d’inertie (m4)

A : air de le la section (m2)

Cr : charge maximale applicable sur la colonne (N)

E : module de Young du matériau (Pa)

Sy : module d’élasticité du matériau (Pa)

K : coefficient d’encastrement = 2 (selon notre cas p. 329 livres Résistance mât.)

Φ : coefficient de tenue de la colonne = 0.6 (facteur de sécurité)

n : Dépend du type de procédé thermique du matériau (1.34 ou 2.24) le pire cas est

1.34

F : force parallèles au mât exercé par la force latérale du vent = 15,42 kN

81.9

max__

*8.0max_

)1(

)(

)(4

200

/12

22

44

2

CrMaxPoids

CrCr

FASyCr

RRA

RRI

A

Ir

E

Sy

r

KL

nn

inext

inext

(5.5)

Ces formules sont tirées de la norme S16.1-94 de l’ACNOR. Comme le flambement

est en fonction de la longueur du mât, nous pouvons conclure que le flambement au niveau du

bras de levier est moins important que le mât.



42

5.1.5 Exemple d’application pour le mât de diamètre de 8’’

Si nous utilisons un tuyau de 8 pouces de cédule 80 avec une longueur de 23.29 m de haut

l’on peut écrire les relations suivantes :

Din = 7,625’’ = 0,1937 m Dext=8.625’’=0.219 m L = 80 ‘= 24.38 m

K = 2 Sy=190MPa E=200 GPa

N

FASyCr

E

Sy

r

KL

mA

Ir

mRRA

mRRI

nn

inext

inext

3

334.1/134.1*263

/12

92

6

32

3

3

6

23

22

22

464444

10*65.10

10*42.15)5,9821(*10*190*10*8,234*6.0

)1(

5,98210*200

10*190

10*73,103

38.24*2200

10*73,10310*8,234

10*44,002

10*8,2342

1937.0

2

219.0)(

10*44,002)1937.0219.0(4

)(4

Le poids maximal que nous pouvons appliquer sur la structure après avoir considéré le

poids du mât est :

KgPoidsMax

NeMaxCh

868,281.9

10*52.8

10*52.88.0*10*65.10arg

3

33

Le poids de l’éolienne que nous souhaitons utiliser pour le client est de 465 kg (selon

le tableau 2). Comme la charge ne dépasse pas la charge maximale permise par le mât,

le mât est suffisamment fort pour supporter l’éolienne.



43

5.1.6 Calcul de la flèche maximale du mât

La flèche maximale du mât est engendrée lorsque le mât est couché. Pour ne pas

déformer le mât de l’éolienne lorsque nous érigeons l’éolienne, il est important que la flèche

du mât soit inférieure à 0.03 m. Cette valeur de flèche maximale a été élaborée selon

l’expérience de l’étudiant. Pour faciliter l’analyse, nous avons simplifié le schéma de

l’éolienne couché par son équivalence (voir schéma figure 27).

Figure 27 Représentation simplifiée de la flèche du mât

EI

WDv

3

3

max (5.6)

υ : flèche du mât (m)

W : Poids de l’éolienne (kg)

E : module de Young (Pa)

I : moment d’inertie du mât (m4)

D : Diamètre du mât (m)

5.1.7 Exemple d’application pour un mât de 8 pouces de diamètre

Pour cet exemple, prenons les valeurs numériques utilisées pour le flambement.

E = 200 GPa I=44.002*10-6

m4 W=474 kg = 4.65 kN D = 4m

mEI

WDv 0,02

702.11*10*200*3

1.6*10*65.4

3 3

333

max

La flèche maximale de l’éolienne est 0.02 m. Cette flèche est appliquée au bout du mât

lorsque l’éolienne est couchée. Note, la flèche engendrée par le vent lorsque le mât est debout

est insignifiante par rapport à la flèche lorsque le mât est couché.



44

5.2 Pivot du mât

Le mât de l’éolienne à la particularité de pouvoir s’ériger avec un système de bras de

levée installée sur un pivot (voir section de mât). Pendant une levée, c’est à cet endroit où

l’ensemble des forces est appliqué. Pour cette raison, il est très important de dimensionner le

pivot adéquatement avant d’effectuer une montée. La section suivante donne toutes les étapes

à suivre pour bien dimensionner le pivot

5.2.1 Facteur de sécurité au niveau du pivot

En connaissant la force maximale permise sur le pivot, il nous est maintenant possible

de dimensionner les composantes du pivot. L’allure du pivot est illustrée selon la figure 28.

Le pivot est fabriqué avec des matériaux standard sur le marché de manière à faciliter sa

fabrication. Il est constitué d’un morceau du mât où l’on insère un autre tuyau qui permet de

faire le bras de levée lors de la montée du mât. Les deux tuyaux sont maintenus en place avec

un écrou qui est fixé sur deux profilés en L boulonnés à l’ancrage principal. Les dimensions

ne sont pas données sur le schéma, car il faut commencer par déterminer les contraintes

maximales exercées sur chaque partie du pivot avant de pouvoir designer le pivot.

Figure 28 Pivot du mât



45

5.2.2 Différentes forces appliquées sur le pivot

Nous pouvons compter trois forces exercées sur le pivot. Les deux premières sont les

forces engendrées par les membrures 1 (le mât) et 2 (bras de levée). La troisième est la

résultante de ces deux forces appliquée sur les profilés en L. Le schéma de la figure 29

illustre les différentes forces dans le pivot. Cette force varie en fonction de l’angle thêta

pendant une levée. Cependant, ces forces sont maximales pour des valeurs d’angle connues

(voir figure 23 et 25). De cette manière, il est possible de déterminer les forces maximales F1,

F2 et F3. L’équation 5.7 permet de déterminer le facteur de sécurité pour les différents

éléments du mât soit le mât lui-même, le bras de levée et le profilé en L.

F1 : force engendrée par la contrainte du mât

F2 : force engendrée par la contrainte du bras de levée

F3 : force engendrée par la réaction au niveau du profilé en L

Figure 29 Différentes forces appliquées sur le pivot



46

xyyxyx

SyFS

2

2

2,1

21

22

),max(

(5.7)


Sy : limite d’élasticité du matériau (190 MPa)

σx : Contraire dans le matériau selon l’axe des X

σy : Contraire dans le matériau selon l’axe des Y

τxy : Cisaillement dans le matériau dans le plan XY

Comme les deux membrures sont jointées sur un pivot, la contrainte dans le matériau

sera toujours selon l’axe parallèle aux membrures en question (voir figure 30). De plus,

comme les membrures sont libres de bouger librement, nous pouvons déduire qu’il n’y a pas

de cisaillement exercé par les membrures. En éliminant le cisaillement et en considérant un

système d’axe parallèle aux membrures comme représenter selon la figure 29, l’équation du

facteur de sécurité devient comme indiqué selon l’équation 5.8 :

axelselon

SyFS

'_ (5.8)

Figure 30 Représentation des forces résultantes sur le pivot selon l’axe parallèle des membrures



47

La simulation d’une levée donne les différentes forces appliquées au niveau du pivot

par les différentes membrures. Le tableau 5 donne les valeurs maximales que peuvent prendre

les forces pendant une montée.

Tableau 5 Force résultant des différentes membrures sur le pivot

Force maximale appliquée sur

le pivot par :

Valeur de la force (kN) Valeur de thêta (degrés)

Le mât 32.16 70

Le bras de levée 62.05 90

Le profilé en L 40.81 90

S

F1 (En fonction de la charge max) (5.9)

En réorganisant les équations 5.7 et 5.8, il nous est possible de déterminer le diamètre

nécessaire pour le pivot de manière à avoir un certain facteur de sécurité (équation 5.10). Par

la suite, nous pouvons trouver avec la valeur de diamètre nécessaire le facteur de sécurité au

niveau du pivot par rapport au bras de levée.

1

1*

tS

FFSD

y

(5.10)

5.2.3 Analyse de la membrure 1

FS : facteur de sécurité = 16

F1 : force résultante sur le pivot engendré par la membrure 1 = 32.16 kN

Sy : limite d’élasticité = 190 MPa

t1 : épaisseur du mât = 0.5’’=0.0127 m

S : aire de contact entre les membrures et le pivot



48

mtS

FFSD

y

0636.0*0127.0*10*190

32160*16*6

1

1

DtDt

S

mDtDt

S

mDtDt

S

3

3

3

23

22

2

26

11

1

2

2

10*75.22

2

10*268.8512

2

(5.11)

5.2.4 Analyse de la membrure 2

Connaissant le diamètre du pivot, nous pouvons maintenant déterminer le facteur de

sécurité au niveau du pivot exercé par le bras de levée. Le facteur de sécurité est en fonction

de l’équation 5.12.

DtDt

S

F

SSFS

y

22

2

2

2

2

2

*

(5.12)


S2 : air de contact entre le bras de levée et le pivot


T2 : épaisseur du bras de levée = 0.5’ = 0.0127 m

D : diamètre du pivot = 0.0636 m

F2 : Résultante des forces du bras de levé appliqué sur le pivot =62.05 kN



49

8.762050

002538.0*10*190*

002538.0*0636.0*0127.02

2

6

2

2

2

22

2

F

SSFS

mDtDt

S

y

Le facteur de sécurité au niveau du bras de levée est moins important que celui du mât.

Cependant, comme le bras de levée est seulement utilisée pour effectuer une montée ou bien

une descente du mât, nous pouvons affirmer qu’un facteur de sécurité de 7.8 est adéquat.

5.2.5 Analyse du profilé en L

La résultante au niveau du profilé en L est la combinaison des forces des deux

membrures. Avec les équations mentionnées plus hautes, nous pouvons exprimer l’épaisseur

du profilé en L nécessaire en fonction d’un facteur de sécurité quelconque.

ySD

FFSt

*

* 33

(5.13)

FS : facteur de sécurité = 15

S3 : air de contact entre le profilé en L et le pivot


T3 : épaisseur du bras de levée = 0.5’ = 0.0127 m

D : diamètre du pivot = 0.0636 m

F3 : Résultante des forces du bras de levé appliqué sur le pivot = 40.81 kN

mSD

FFSt

y

016.010*190**0636.0

40810*15

*

*6

33



50

6 Procédure de levage sécuritaire

La levée du mât est l’étape la plus dangereuse et critique du projet de l’éolienne. Si

cette étape est faite à la légère, des accidents et des pertes matérielles risquent d’advenir. C'est

pourquoi il est impératif de suivre cette procédure attentivement. Avant même de commencer

d’assembler le mât, il faut que les ancrages aient été conformément installés (voir section sur

les ancrages).

6.1 Procédure avant la montée

Une fois le mât assemblé et l’éolienne installée au bout du mât (au sol) comme indiqué

selon le schéma plus bas, il est important d’installer les haubans (3 câbles par ancrage) des

ancrages 2, 3 et 4 sur leurs points d’attache respectifs (joint des sections du mât). Installez les

haubans de l’encrage 1 sur l’extrémité du bras de levée de manière à ce que les 3 haubans

puissent supporter le poids du mât. Pour déterminer la longueur de câble correspondant pour

chaque hauban, il suffit d’utiliser une relation de Pythagore. Chaque câble devra être installé

selon les normes de sécurité en vigueur (voir bibliographie) et avoir des tendeurs à la base de

chaque ancrage. Cette procédure de montée est inspirée de la façon de faire d’Émile Germain

ing. spécialiste dans le domaine des éoliennes.

6.2 Procédure de montée

Il est recommandé d’être au moins 5 personnes pour monter l’éolienne afin que la

montée soit sécuritaire. Disposer une personne par ancrage (surveillant d’ancrage) et une

personne qui opère le treuil (opérateur de treuil). Le rôle des surveillants d’ancrages est de

vérifier la tension dans les haubans afin d’avertir le contrôleur du treuil si l’un des haubans

devient trop tendu pendant la montée. L’opérateur du treuil doit être prêt à arrêter la montée

de l’éolienne si l’un des surveillants en donne l’ordre. De plus, les surveillants des ancrages 1

et 2 (ou 1 et 4) (voir figure 31 et 32) doivent s’assurer que le mât est toujours perpendiculaire

aux références (voir schéma). Si pendant la montée le mât cherche à tomber sur les ancrages 2

ou 4, le surveillant doit en avertir l’opérateur de treuil afin de pouvoir corriger la situation.

Une fois que le mât a terminé sa montée, il faut commencer par défaire le câble 1 du bras de



51

levée et aller l’installer sur l’ancrage 1 en lui appliquant une tension. Faire de même avec le

hauban 2 suivis du hauban 3. Une fois que les 3 haubans sont installés et tendus sur l’ancrage

1, on peut enlever le bras de lever du mât.

6.3 Ajustement du mât

Lorsque les haubans des quatre ancrages sont solidement installés, il reste à ajuster

l’inclinaison de l’éolienne par rapport aux références du schéma. Pour ce faire, on doit utiliser

les tendeurs de câbles installés pour cette fin.

6.4 Recommandation pendant la levée

Il est recommandé de faire un test de monté sans l’éolienne avant de monter cette

dernière. De cette manière, les surveillants d’ancrages et l’opérateur peuvent voir comment se

comporte le mât et corriger les problèmes avant que l’éolienne ne soit installée sur le mât. Il

est fortement recommandé de ne jamais passer sous le mât pendant une montée. Si une

personne doit se rendre à l’un des autres ancrages, il devra le faire de manière à éviter de se

retrouver sous le mât. Il est recommandé de ne pas interrompre la procédure de montée de

l’éolienne (dans la mesure du possible) afin de ne pas donner des coups sur le mât avec un

arrêt et la reprise de la montée (risque d’endommager le mât de l’éolienne). Pour ce faire, il

faut effectue une bonne préparation des points d’ancrage et déterminer le plus fidèlement

possible les bonnes longueurs de haubans correspondant à chaque ancrage, de cette façon, la

lever devrait se dérouler comme prévu. Il est important de noter que lorsque le mât est sur le

point d’être debout, si les haubans de l’ancrage 3 sont trop longs, le mât peut tomber de

l’autre côté (sur l’ancrage 1 très dangereux), alors il est important d’être encore plus vigilant

lorsque la montée est presque terminée.



52

Figure 31 Représentation de l’éolienne debout



53

Figure 32 Représentation de l'éolienne au début d'une montée



54

7 Prix et analyse économique

Voici maintenant l’analyse économique du projet. Cette partie est sans aucun doute

l’élément clé du projet, car elle permet de déterminer si le client a avantage à investir dans

l’énergie éolienne comparativement à la génératrice. Pour évaluer la rentabilité du projet,

nous allons trouver la VAN du projet. La valeur actuelle nette (VAN) est la différence au

niveau financier entre l’état actuel du client et l’état engendré par l’investissement du client.

Elle indique en fait l'enrichissement net de l'entreprise qui découle avec la réalisation de cet

investissement. De cette manière, le client à la possibilité de comparer de manière monétaire

lequel des investissements représente la VAN la plus élevée. Comme la VAN est souvent

déterminée en fonction des marchés parfaits, nous allons utiliser l’équation de l’« Equity

Residual Method » (VAN(ER)) tiré du livre de Morissette ‘Décisions financières long terme’.

De cette manière, nous pouvons considérer le montant emprunté par le client pour financer le

projet.



55

7.1 Prix des composantes de l’éolienne

Cette section détaille les prix de tous les composants de l’éolienne. Nous pouvons ainsi

voir la quantité d’argent que le client doit accorder à chaque aspect du projet (voir tableau 6).

De plus, un montant d’argent sera attribué à l’installation de chaque équipement proportionnel

à la difficulté de l’installation de celui-ci évalué en fonction de l’expérience de l’étudiant. Un

montant d’argent a également été attribué pour les imprévues du projet soit 10 % pour les

équipements et 50 % pour l’installation. Ces pourcentages d’imprévus ont été déterminés en

considérant le degré de fluctuation du marché et les suggestions de Yves Ruel ing. M.Sc,

chargé de cours à l’UQAT. Selon Bergey, des inspections devront être faites à des moments

précis pendant la durée du projet. Le coût associé à ces inspections est évalué à 250 $ par

inspection et a été déterminé selon l’expérience de l’étudiant et les tâches à effectuer lors de

ces l’inspections (voir annexe).

Tableau 6 Prix des différentes composantes de l'éolienne proposée

Composante Prix ($) Coût de l’installation

Éolienne (BWC Excel-R/48) 22 900 2 500

Onduleur (XW-Hybrid-Inverter modèle XW6048 :) 3 500 1 000

Réserve de batterie (cell 2V qt.24) Modèle (85-27) : 19 000 1 000

Panneau électrique de 2.5’ x 4’ 500 100

Sectionneur monophasé 180A 100 100

ancrage 1 600 320

Câble d’acier 2 000 400

Fil électrique 1 300 200

Réorganisation du cabanon du client 1 000 100

Matériaux du mât 3 400 1 500

Imprévue 5 530 3 610

Total 60 830 10 830

Grand Total 71 660



56

7.2 Analyse économique du projet

Après avoir déterminé le prix global du projet, il reste maintenant à déterminer la

rentabilité de celui-ci afin de savoir s’il est avantageux pour le client. Pour déterminer la

rentabilité de l’investissement, nous allons utiliser la VAN(ER) comme expliquée au début du

chapitre.

7.2.1 Mensualité de paiement du projet

En connaissant le montant d’investissement, nous pouvons déterminer les coûts

mensuels d’un tel emprunt. Le client peut bénéficier d’un prêt agricole et bénéficie ainsi du

taux préférentiel accordé par les institutions financières pour financer le projet soit 5.25 %

selon la Banque Laurentienne. Selon le client, son institution financière peut lui accorder

75 % de la valeur du projet. La durée du projet est de dix ans en raison de la durée de vie de

l’accumulateur. Selon le client, le coût attribué présentement au mazout par mois est de

1000 $. Pour simuler l’inflation du mazout, nous allons supposer que le coût augmente de 5 %

par année. Des recherches sur l’évolution du mazout ont permis de déterminer un taux

d’augmentation annuelle de 22 % depuis les 3 dernières années (disponible en annexe). Nous

utilisons 5 % d’augmentation sur le mazout affin d’être plus objectif sur le projet du client.

Dans l’exemple de calcul plus bas, nous supposons que le client fait des paiements pendant

toute la durée du projet

I : montant emprunté = 72 000 * 0.75 = 54 000 $ R : versement par mois

n : nombre de versements (mensuelle) =120 i : taux d’intérêt nominal= 5.25 %

c : nombre de périodes de capitalisation dans une année = 2

v : nombre de versements dans une année = 12 j : équivalence des taux

comme c n’est pas égal à v annuité générale de fin de période

%433.01)2/0525.01(1)/1( 12/2/ vccij (7.1)

$87.577

)1(1

%433.0/120

/

A

IR

RAj

jRI jn

n

(7.2)



57

7.2.2 Valeur actuelle nette du projet (VAN(ER))

En connaissant les paiements mensuels, nous pouvons déterminer la VAN(ER) du

projet. Pour déterminer la VAN(ER), nous allons supposer que l’éolienne est capable de

combler toute l’énergie consommée par le client. L’étude des vents devrait déterminer si cette

affirmation est juste. Comme la génératrice permet de recharger les batteries lors d’une

longue période sans vent, le client n’a d’autre choix que de continuer à entretenir sa

génératrice en plus des maintenances demandées par l’éolienne. Nous allons supposer que le

client doit faire une maintenance sur la génératrice tous les 4 mois au coût de 20 $ par

maintenance (prix mentionné par le client). Le client peut également bénéficier de

l’amortissement fiscal que prend l’éolienne pendant la durée du projet. Nous allons amortir

l’éolienne à un taux de dépréciation de 20 % par année conformément à la catégorie 8

d’amortissement. Comme l’érablière est une compagnie incorporée, le taux d’imposition est

de 20 % en considérant les revenues annuelles de l’entreprise. Les recettes apportées par

l’éolienne sont égales au coût de mazout que le client aurait normalement payé avec sa

génératrice. On calcule la VAN(ER) avec la formule 7.3.

)()1(

)1)(()( 0

1 0

BIk

RCtAtTINTtAtDtRtERVAN

n

tt

(7.3)

Rt : Recettes brutes du projet avant impôt pour la période t

Dt : Déboursés du projet avant impôt pour la période t

RCt : Remboursement du principal de la dette au cours de la période t

B0 : Montant de l’investissement financé par dette = 75 % (pour le client en question)

At : Amortissement fiscal pour la période t K0 : Coût du capital-actions ordinaire

INTt : Intérêt pour l’année t T : taux d’imposition marginal

K0 = r + λ1 + λ2 = 11.7 % (7.4)

r : Taux sans risque = 4.45 % (selon Agence G. Gadoua Inc)

λ1 : Prime pour le risque de l’entreprise = 5.25% (selon la Banque Laurentienne)

λ2 : Prime pour le risque spécifique lié au projet = 2 % (Selon Décisions financières long

terme p.262)



58

Après le calcul de la VAN(ER) (voir annexe), nous pouvons affirmer que le projet est

avantageux pour le client advenant une contribution de l’éolienne de 100 %. La VAN(ER)

calculée est de l’ordre de 39 082 $. Ce chiffre signifie que le client en plus d’avoir un seuil de

rentabilité de 11.7 % sur l’investissement initial, se trouve à bénéficier d’un surplus de 39

082 $.

7.2.3 Vent minimal nécessaire pour respecter la VAN(ER)

Il peut arriver que l’éolienne ne soit pas capable de combler la consommation

électrique du client en raison du vent moyen insuffisant. Cependant, le projet peut également

être avantageux pour le client, car l’éolienne contribuera à diminuer le coût associé au

combustible des génératrices. Le graphique 33 permet de déterminer le vent minimal requis

pour avoir un investissement du projet de 11.7 % (TRAM).

Évolution de la VAN(ER) en fonction du pourcentage d'utilisation de l'éolienne

-8 000,00

-6 000,00

-4 000,00

-2 000,00

0,00

2 000,00

4 000,00

6 000,00

8 000,00

31% 33% 35% 37% 39% 41% 43% 45% 47% 49%

Pourcentage d'utilisation de l'éolienne (%)

VA

N(E

R)

VAN(ER)

Figure 33 Évolution de la VAN(ER) en fonction du pourcentage d'utilisation de l'éolienne



59

Comme la consommation moyenne du client est de 2.114 kW, l’éolienne devra fournir

environ 41 % de cette puissance soit l’équivalent de 0.8667 kW pour que le projet en vaille la

peine. Par la suite, avec la courbe caractéristique de l’éolienne nous pouvons déterminer le

vent moyen minimum nécessaire pour rendre le projet rentable.

Figure 34 Vent moyen minimal pour que le projet soit rentable

Vent minimal requis pour avoir une rentabilité de projet : 5.36 m/s



60

8 Discussion

L’énergie éolienne devient de plus en plus utilisée dans le monde en raison des besoins

énergétiques et du prix des combustibles qui augmente de manière continue. Cette

augmentation d’énergie se fait également sentir au Québec plus précisément à Rémigny avec

le Domaine de l'Érablière. Le propriétaire du Domaine de l'Érablière doit, pour subvenir à ses

besoins en électricité, utilisée des génératrices à combustion qui fonctionnent toute la journée.

Les déboursés en combustible du propriétaire ne cessent d’augmenter suivant les variations du

prix des combustibles. Lorsque les déboursés deviennent trop importants, l’utilisation d’une

éolienne est généralement la solution pour devenir indépendant aux variations du

combustible.

Ce rapport a permis de voir les différents modèles d’éolienne existants sur le marché et

des composantes nécessaires pour leur bon fonctionnement. L’utilisation d’une éolienne

Bergey de 7.5 kW serait avantageuse pour le client ainsi qu’un accumulateur à batterie et un

onduleur Xantrex.

Une méthode de levée du mât a également été expliquée en détail dans le rapport pour

permettre au client de Rémigny de pouvoirs installés son éolienne sans l’utilisation de

machinerie lourde. Cette méthode de levage consiste à monter l’éolienne avec l’aide d’un bras

de levé. Le mât de l’éolienne est construit avec des tuyaux de cédule 80s standard de 8 pouces

de diamètre et doit avoir une hauteur totale de 25 m. Le pivot du bras de levée et le mât de

l’éolienne ont également été modélisés de manière à respecter des facteurs de sécurité définie.

Avant d’installer une éolienne, il est important de connaître la vitesse moyenne du

vent afin de savoir l’énergie moyenne que l’éolienne produira. Sans cette information, il se

peut que l’éolienne ne soit pas capable d’alimenter en électricité le réseau électrique qu’elle

alimente. Pour faire l’étude des vents, nous avons utilisé un anémomètre, une girouette et un

enregistreur acheté avec la collaboration de l’Université du Québec en Abitibi

Témisgamingue.



61

De plus, une bonne connaissance de la charge électrique du réseau permet de bien

dimensionner l’accumulateur lorsque l’éolienne n’a pas accès à un réseau d’électricité

principal. Après des études de consommation, nous avons déterminé la consommation

moyenne du client soit 2.114 kW. Les batteries utilisées pour construire l’accumulateur de

l’éolienne sont des batteries industrielles de cellule 2 V. Le modèle nécessaire pour

l’application serai OS31 ou une batterie capable de fournir 44.58 Ah pendant un temps de

décharge de 48 heures (voir section sur l’accumulateur).

L’installation d’une éolienne est un investissement relativement important. Comme le

présent rapport en témoigne, il est avantageux à long terme d’opter pour cette forme

d’énergie. Il en devient également plus avantageux lorsque le prix de l’essence augmente. La

puissance qu’une éolienne peut fournir dans un accumulateur à basse de batterie est limitée en

raison de la taille et le coût des batteries nécessaire. Dans la situation du client du Domaine de

l'Érablière, l’accumulateur est indispensable. Pour cette raison, l’éolienne de puissance de

15 kW initialement demandés par le client a dû être modifiée par une éolienne de puissance

de 7.5 kW. L’étude de consommation effectuée chez le client a permis de s’assurer que

l’éolienne de 7.5 kW est convenable pour les besoins du client.

L’étude de la rentabilité du projet a permis de déterminer les paiements mensuels que

le propriétaire devra payer soit 577.77 $. Ce montant a été trouvé en considérant un emprunt

du client de 54 000 à un taux de 5.25 % trimestriel pendant une période de 10 ans. Comme le

client ne peut emprunter la totalité du montant d’investissement, il devra débourser au début

du projet un montant égal à 18 000$.

Le vent moyen minimal requis pour avoir une rentabilité de projet acceptable a

également été trouvé en considérant une TRAM(ER) de 11.7 %. Le vent moyen requis sur le

site du client est environ 5.36 m/s soit 19.31 km/h. L’étude des vents permettra de confirmer

où infirmer si le projet est avantageux pour le client



62

9 Recommandation

Il serait avantageux pour le client d’utiliser l’éolienne pour subvenir à ces besoins en

électricité en raison du coût important que le client paye chaque mois pour son combustible.

L’analyse économique du rapport a permis de voir que si le client emprunte l’argent

nécessaire pour faire l’investissement initial, les paiements mensuels seraient inférieurs au

coût dépensé par le combustible chaque mois.

L’analyse économique a également permis de déterminer le vent moyen minimal

nécessaire pour avoir une rentabilité de projet de 11.7 %, soit un vent de 5.36 m/s. Cependant,

comme nous ne connaissons pas le vent moyen du site du client, il serait important de

connaître cette donnée avant de commencer à mettre le projet en œuvre. L’analyse

économique tient compte d’une augmentation annuelle du mazout de 5 %. Nous avons pris

comme prix initial pour le mazout un montant de 1000 $, coût moyen mensuel payé

actuellement par le client. Cependant, comme le coût du mazout varie considérablement, il

serait plus approprié de faire l’analyse en déterminant la quantité de mazout moyen

consommé par le client et de le multiplier par le coût actuel du mazout au lieu de déterminer

le coût mensuel en mazout du client depuis les derniers mois.

L’étude de la consommation électrique du client a également permis de déterminer le

prix actuel du kWh de la génératrice du client soit 0.658 $/kWh (voir annexe). Le coût du

kWh a permis de voir que la génératrice du client n’est pas efficiente en comparaison avec les

autres génératrices disponibles sur le marché. De plus, la puissance nominale de la génératrice

est beaucoup trop importante (7.5 kW) comparativement à la puissance nominale consommé

(2.114 kW). En utilisant une génératrice moins puissante, le client pourrait ainsi diminuer sa

facture en combustible. Une solution pour se faire serait de faire fonctionner deux

génératrices en parallèle. Une des génératrices marcherait en permanence et lorsque le client

tomberait en période de pointe, la deuxième génératrice permettrait de fournir l’énergie

manquante.



63

10 Notions acquise

Le projet de fin d’études a permis à l’étudiant d’améliorer sa compréhension sur les

éoliennes et approfondir sa compréhension sur des notions de cours apprises pendant sa

formation.

La théorie de Betz concernant les limites de l’extraction de l’énergie du vent a permis à

l’étudiant de comprendre comment l’énergie du vent est transformée en énergie électrique.

L’étudiant a également pris connaissance de la quantité d’énergie maximale qu’il est

théoriquement possible de collecter du vent soit 60 %.

Pour faire l’étude de consommation, l’étudiant a dû se familiariser avec les

instruments d’enregistrements ainsi que le logiciel utilisé pour traiter les données. Cette

approche avec des instruments inconnus par l’étudiant lui a permis d’améliorer son

expérience et sa compréhension sur les appareils d’enregistrements des signaux.

Le calcul de la VAN(ER) permis l’étudiant d’apprendre une nouvelle manière de

quantifier une rentabilité de projet en tenant conte des aspects d’emprunt que doit faire le

client pour l’investissement initial. Cette manière de VAN devient ainsi beaucoup plus

réaliste pour l’évaluation du projet.

L’assemblage d’une station météo pour l’étude des vents dans une location donnée a fait

travailler l’étudiant sur la conception d’un support de soutien. Ainsi, l’étudiant a pu

développer son côté manuel pendant le projet.



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