Restez au courant

technique
Restez au courant !
L’énergie électrique à bord des voiliers est un vrai problème. Un casse-tête
chinois pour certains. Je vous propose de défricher la question dans une petite
série d’articles consacrés à ce sujet. Comment faire pour être autonome ?
Peut-on survivre sans port et sans chargeur de batteries ? Peut-on se passer de
faire tourner le moteur au mouillage ?
Ne vous laissez pas squizzer par ce quiz !
Voici trois questions. Il n’y a qu’à répondre par « Vrai »
ou par « Faux ». Fastoche ? Attention, il y a peut-être des
pièges !
La batterie de votre moteur d’environ 40 kW a une puissance de 60 à 90 Ampères heure ?
Un panneau solaire de 100 W, bien orienté vers le soleil
peut produire environ 30 Ampères par jour ?
Le rendement maximum d’une éolienne de voilier varie
entre 100 W et 300 W pour les plus efficaces ?
Photos © Pierre Lang
Votre note ?
Si vous avez répondu Faux à toutes les questions, vous êtes
dans le vrai. Mais uniquement si vous savez expliquer le
pourquoi de vos réponses. Dans ce cas seulement, vous pouvez passer à la lecture de l’article suivant de votre magazine
favori, écrit par un de mes prestigieux confrères.
Si vous avez répondu Vrai à l’une de ces trois questions ou
que vous ne savez pas pourquoi vous avez répondu Faux,
vous êtes recalé. Ne vous en inquiétez pas, car la plupart des
pigistes et des journalistes qui écrivent dans vos magazines
(surtout étrangers) vous induisent en erreur régulièrement.
Les catalogues des fabricants et des distributeurs d’équipements sont eux aussi truffés d’aberrations. Et j’ai failli
oublier de rappeler au passage que le célèbre Ah (Ampère
heure) est une invention qui isolée de son contexte, est une
construction aussi absurde et fiable que les hedge funds. Je
me suis toujours demandé comment, sur ces bases, le commun des yachtmen peut apporter une solution technique
acceptable au problème de l’énergie électrique à son bord.
Il est donc temps de se rafraîchir les méninges, par un bref
flash-back au cours de physique !
Problème de la baignoire qui se vide
Quiconque se lave de temps en temps sait qu’une baignoire se vide plus vite si le tuyau d’évacuation est en forte
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pente, propre et de grand diamètre. La source d’énergie est la
« pression » ou la « différence de
niveau ». Le courant (d’eau) qui
en résulte dépend de la « résistance » du tuyau à l’écoulement
(diamètre, nombre de coudes,
salissures, etc.).
Tension et intensité
De façon analogue, en électricité,
la pente du tuyau d’évacuation
est la « différence de potentiel »
ou la « tension » électrique. Elle
se mesure en Volt (V). Le courant
dans le fil électrique (le tuyau) est
appelé « intensité ». Il se mesure
en Ampère (A).
Volt, Ampère et Watt
1 L’unité de tension électrique est le Volt (une batterie
a une tension nominale de 12 V). 2 L’unité d’intensité
électrique est l’Ampère (un feu tricolore est parcouru par
un courant de 2 A). C’est le débit de charges électriques
qui passe dans le fil, par seconde. 3 L’unité de puissance
électrique est le Watt (la puissance du feu tricolore est de
24 W). La puissance P d’un appareil (en W) est égale au
produit de la tension U à ses bornes (en V) par l’intensité
qui le traverse (en A).
P (W) = U (V) * I (A)
On peut évidemment calculer l’intensité à partir de la puissance P et de la tension U, en faisant chavirer la formule :
I (A) = P (W)/V (V)
Restez au courant !
Exemples pour le feu tricolore : 24 W = 12 V * 2 A et 2 A
= 24 W/12 V
Loi d’Ohm
Comme on ne parle pas de résistance dans les catalogues, je
vous épargne la loi d’Ohm, qui est sans doute la plus célèbre
de l’électricité. Ceux qui auront la curiosité de la réviser sur
Wikipedia gagneront un bon point !
Watt heure (énergie électrique)
L’énergie électrique est ce que la compagnie Electro-Machin
utilise comme grandeur pour facturer votre consommation.
Elle s’exprime en Watt heure (Wh ou kWh qui vaut 1.000
Wh). C’est donc une puissance (en Watt) multipliée par
une durée (en heure). Pas des Watt par heure, comme on
le lit trop souvent. Si notre feu tricolore reste allumé 10
heures, c’est trop facile, il consomme 24 W x 10 heures =
240 Wh.
E (Wh) = P (W) * t (h)
Ampère heure (énergie électrique)
Tout ceci serait relativement simple, si un illuminé n’avait pas,
un jour de beuverie, inventé l’Ampère heure, une unité qui
ne correspond à aucun concept dans le monde de la physique. Les Romains, vous et moi allons donc nous empoigner,
en essayant de nous comprendre. Cette unité, qui sème la
confusion dans les esprits, a été inventée pour faciliter les
calculs ! Elle est sensée mesurer la consommation d’énergie
électrique, mais elle ne le fait qu’en sous-entendant que la
tension est constante, connue et constamment présente en
filigrane. L’électricien marin moyen, qui ne sait ni multiplier
ni diviser par 12 ou 24, la néglige dans les calculs. L’unité
est en réalité « Ah en 12 V », mais ces électriciens marins
laissent tomber le « en 12 V », car ils n’aiment ni écrire ni
prononcer un mot de trop. Exemple : la nuit passée, mon
feu tricolore a consommé 20 Ah en 12 V (2 A en 12 V fois
10 heures). Pendant ce temps, le feu de 24 W de mon
voisin de ponton, dont le gros bateau est alimenté en 24 V,
consomme 10 Ah en 24 V car l’intensité qui le traverse
égale la moitié (24 W/24 V = 1 A). Passer de 12 V en 24
V permet de diviser toutes les intensités par deux, donc la
section des câbles. Eh ! Vous suivez là-bas au fond de
la classe, près du radiateur ?
E1 (Ah) = I (A) * t (h) ↔ en 12 V
Pour convertir des Ah en Wh, c’est simple : il suffit de multiplier le résultat par la tension. Mon feu qui a consommé 20
Ah en 12 V a consommé 240 Wh (20 Ah x 12 V = 240 Wh).
Ouf ! Nous sommes retombés sur nos pattes ! L’Ah est un
Wh mal bricolé.
batterie de 100 Ah en 24 V, il faut mettre deux batteries
de 12 V en série (2 * 12 V = 24 V), chacune ayant une
capacité de 100 Ah ! Basta ! Dans la suite de cette série,
nous supposerons que notre bateau est alimenté en 12 V et
nous calculerons en Ah. Sinon plus aucun électricien marin
ne nous écoutera. Pour se faire comprendre, il faut parfois
utiliser le vocabulaire de son interlocuteur, sans pour autant
oublier de quoi on parle.
Rendement
Le rendement d’un équipement (moteur, batterie, convertisseur, chauffage…) correspond au pourcentage d’énergie
utile produite (à la sortie) par rapport à l’énergie disponible
ou consommée (à l’entrée). Exemple : le rendement d’une
éolienne est l’énergie électrique produite par rapport à
l’énergie disponible dans le vent qui la fait tourner. Une
éolienne qui produit beaucoup de courant (Ampères) n’a
pas nécessairement un bon rendement. Elle peut aussi afficher une tension de sortie de 12 V sans produire d’énergie
électrique utile, si le faible courant produit n’est, par exemple, que de 0.1 A (dans ce cas sa puissance de 12 V x 0.1
A = 1,2 W est ridicule).
Ouf !
Maintenant, je suppose que le quiz de l’introduction n’a
plus de secret pour vous. Sinon, rajoutez une boite d’Aspirine 500 grand modèle dans le ravitaillement de la pharmacie du bord. Puis éplucher à nouveau cet article, après avoir
épluché les patates.
Suite au prochain numéro. Il sera peut-être moins indigeste,
pour éviter de lester le bateau de Motilium. En tout cas pour
ceux qui se sentent plus concernés que consternés.
• Pierre Lang
La preuve par neuf du physicien
À un niveau de complexité supérieur, le débit qui passe
dans le tuyau d’eau égale le produit de la vitesse de l’eau
par la section du tuyau. Sous forme de formule, cela
donne :
Q (débit en m³/s) = V (vitesse en m/s) x S (section en m²)
L’équation des unités est obtenue en ne conservant que les
unités. On doit avoir des (m³/s) des deux côtés et pas des
chèvres à gauche et des loups à droite du signe égal. Si les
deux côtés sont exprimés dans les mêmes unités, on a une
chance de ne pas s’être trompé de formule. Sinon, on est
certain d’être à côté de la plaque.
m³/s = m/s x m²
E (Wh) = E1 (Ah) * U (V)
Capacité des batteries
S’agissant d’une quantité d’énergie, un Ah en 12 V vaut
donc la moitié d’un Ah en 24 V ! Pour obtenir un parc de
Journal et eBook sur Internet : www.thoe.be
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