Restez au courant
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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 26 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 27