Les petites éoliennes en Afrique

Une petite éolienne, ou aérogénérateur, est un appareil qui exploite l’énergie du vent (la vitesse de l’air) pour produire de l’électricité. Les petites éoliennes doivent être simples, robustes et performantes pour donner satisfaction sur la durée, car elles fonctionnent dans des conditions difficiles et doivent endurer chaque année plusieurs tempêtes. De nombreuses technologies cohabitent sur la marché, avec plus ou moins de succès. Nous nous attacherons dans cette page à décrire les solutions qui marchent et qui ont fait leurs preuves.

Fonctionnement

Toutes les petites éoliennes modernes et efficaces mettent en œuvre des hélices dites rapides, à axe horizontal. Ce type d’hélice, qui est également le standard en grand éolien, offre :

  • le meilleur rendement (jusqu’à 55%). Rappelons que la limite physique du rendement d’une hélice est la limite de Betz, égale à 59%.
  • une vitesse de rotation élevée, idéale pour entrainer un générateur électrique
  • une bonne fiabilité et simplicité de fabrication

 

Le graphique ci-dessous que les éoliennes à 2 pales et 3 pales sont les plus rapides et offrent le meilleur rendement.

 La grande vitesse de rotation des pales, de l’ordre de plusieurs centaines de tour par minute, permet d’accoupler directement une génératrice électrique sur l’arbre de rotation, sans utiliser un multiplicateur de vitesse mécanique. Le multiplicateur de vitesse présente des défauts gênants :

  • lourd
  • génère des pertes de 5 à 10%
  • s’use et nécessite de la maintenance

 Cependant, même la vitesse de rotation des pales dites rapides n’atteint pas 1500 ou 3000 tr/min requis pour entrainer les génératrices classiques, et il est donc obligatoire d’utiliser un générateur électrique à basse vitesse de rotation.

La grande majorité des petites éoliennes aujourd’hui sur le marché sont équipées d’un alternateur à aimants permanents. Ce type d’alternateur, bien qu’assez cher, est puissant, compact et très fiable car il n’a pas de balais sur le rotor. Il ne nécessite pas d’énergie pour alimenter les enroulements, car les aimants permanents sont magnétisés à vie.

Une éolienne est soumise régulièrement à des vents forts, voire des tempêtes, qui menacent son fonctionnement normal. Elle est donc prévue pour se protéger toute seule à partir d’une certaine vitesse de vent pour :

  • ne pas produire trop de puissance et cramer l’alternateur (limite de puissance max)
  • ne pas menacer la résistance mécanique du mât

 

Courbe de puissance typique d’une petite éolienne (ici la régulation limite la puissance à 2200W)

Le système de régulation de puissance le plus courant, le plus simple et le moins onéreux est le système d’effacement du rotor, ou furling (voir la page sur les eoliennes de pompage). Ce système complètement mécanique et passif est très fiable et résistant. Il est bien adapté pour les petites éoliennes jusqu’à 10 kW de puissance.

 D’autres techniques de régulation existent, par exemple :

  • variation de l’angle de calage des pales, provoquant une baisse du rendement aérodynamique (régulation passives par masselottes et ressorts actionnés par la force centrifuge, photo ci-dessous)

 

 

 

  • freinage de l’hélice par micro court-circuits sur l’alternateur
  • pales souples ou articulées pour les éoliennes aval (sous le vent et non pas face au vent)

 

L’éolienne doit s’orientée dans le vent. Elle est munie pour cela d’un safran, ou queue, qui place d’éolienne dans le sens du vent. L’éolienne est donc articulée sur un pivot pour pouvoir tourner librement sur le mât. Un système de collecteur électrique tournant, avec bagues et balais, permet de faire passer le courant électrique entre l’éolienne et le mât.

 

 Fabricants de petites éoliennes

 Voici une liste de fabricants d’éoliennes pour site isolé (charge de batterie) que l’on retrouve souvent en Afrique et qui proposent des produits fiables et solides :

  • Bergey (USA)
  • Fortis (Pays Bas)
  • African Wind Power (Afrique du Sud)
  • Kestrel (Afrique du Sud)
  • Southwest Wind Power (USA)
  • Eoltec (France)
  • Kingspan Wind (Irlande)
  • Westwind (Australie)
  • Eolsénégal (Sénégal)

  Prix

Les prix au Sénégal peuvent être distingués en deux parties :

  • autoconstruction
  • eoliennes importées

 Les éoliennes construites localement par Eolsénégal sont moins chères que les éoliennes importées, et aussi beaucoup plus facile à réparer car les pièces détachées sont disponibles localement et les techniciens formés aux réparations.

Notez que le prix de l’éolienne ne réprésente que 30% environ d’une installation complète et fonctionnelle. il faut compter 20% pour le mât (mais ce pourcentage dépend de la hauteur) et 50% pour les batteries et l’électronique. Allez à la page petit éolien pour connaitre les prix détaillés d’une installation éolienne complète.

Une éolienne Eolsénégal de 3m de diamètre (1000W nominal) coûte environ 800 000 Fcfa.

Une éolienne importée coûte de 1 200 000 à 1 500 000 Fcfa pour la même puissance.