1. Par Hamza Ben Sayeh
9 décembre 2014

2. Plan de la présentation
 Définition du projet
 Méthodologie
 Résultats obtenus
 Analyse
 Conclusion
1

3. Mise en situation
 Un groupe de pêcheurs du Lac Ontario ont
récemment installé un moteur électrique sur leur
bateau.
 Ce mandat ,pour un client externe, consiste à
concevoir un producteur énergétique d’appoint.
 Une éolienne, installée sur leur bateau.
2

4. Données du bateau
 Albermarle sportfishing boat.
 Masse = 2000 kg.
 Vitesse moyenne = 2,57 m/s.
 Capacité = 100 Ah.
 Tension = 24 V.
 Énergie totale consommée
(24h) = 13 446 Wh.
http://www.albemarleboats.com/trailerable/242C
Cspecifications.html
Figure 13

5. Énergie consommée du bateau
http://www.seatronic.fr/conseil/b
ilan-energie.php
Tableau 1
4

6. Énergie fournie au bateau
OBJECTIF : L’éolienne devra fournir 20 % de
l’énergie produite initialement. Soit 4400 Wh
Tableau 2
5
Coût mensuel : 53,60 $
Sachant que le coût pour
1 kWh = 0,0812$ ; HYDRO
QUÉBEC
http://www.hydroquebec.
com/electrification-
transport/cout.html

7. La vitesse de vent au Lac Ontario
Tableau 3
6
Réf : http://www.windatlas.ca/en/index.php

8. Distribution de Weibull
Figure 3
𝑓 𝑥, 𝑎, 𝑏 =
𝑏
𝑎
∗ (𝑥/𝑎)(𝑏−1)
*𝑒−(
𝑥
𝑎
) 𝑏
0.00%
2.00%
4.00%
6.00%
8.00%
10.00%
12.00%
0 10 20 30
Fréquenced'occurrence[%]
Vitesse de vent [m/s]
Fréquence d'occurrence[%] des vents au
Lac Ontario
7
Où (a) :
Paramétre
d’échelle
(b) :
Paramétre de
forme

9. Mesure de la vitesse moyenne de
vent ressentie
 V𝑟 = (𝑉𝑏 sin θ) 2+(𝑉𝑣 cos φ)2
 Vr = 8 m/s
 La direction du vent est
arbitraire dans ce cas.
 Dans le cas où le vent est
dans la même ligne d’action :
V𝑟 = (𝑉𝑏 ± 𝑉𝑣)2
Figure 5
8
y
x

10. Éolienne de type H-rotor
 Axe : vertical
 Nombre de pales : 3
 Profil de pale : NACA 0018
 Nombre total d’entretoises : 6
 Profil d’entretoise : NACA 0021
 Type de mât : Section circulaire vide
9
Concept préliminaire
Figure 6

11. Choix d’un axe vertical
 Encombrement à bord.
 Ne nécessite pas de système
d’orientation.
 Nacelle installée en dessous du pont.
 Effet de portance.
 Démarrage difficile.
10

12. Choix de 3 pales
 Coût
 Stabilité
 Meilleur rendement
 Masse
11
Figure 7
• 𝑇𝑆𝑅 = ω𝑟/𝑉𝑣
Réf : Hau ,Erich. Wind Turbines fundamentals,
Technologies, Application, Economics.

13. Données de l’éolienne
 Hauteur hors-tout = 6,5 𝑚
 Diamètre du rotor = 1,3 𝑚
 Hauteur sol-pale = 5 𝑚
 Masse = 42 kg
 Surface balayée : 1,95 𝑚2
 Angle entretoise/mât : 120 °
12
Figure 8

14. Pale
 Profil : NACA 0018 (Symétrique, e=18%corde)
 Minimise la force de traînée
 Matériau choisi : Fibre de verre
 Masse réduite
 Fabrication simple (symétrie et une section constante)
 Coût de fabrication moindre
13

15. Dessin de définition de la pale
VUE ISOMÉTRIQUE
1500
368
R = 3
18
VUE DE HAUT
VUE DE PROFIL
14
60
756
Dimensions en
[mm]
• C = (8% à 10%)* (rayon)
Réf: Norbert V.Dy
5

16. Entretoise
 Profil : NACA 0021
 Force de traînée faible
 Matériaux désirés :
Coquille en fibre de verre;
Tige interne en Acier doux;
 Matériau choisi : Acier doux;
 Meilleure résistance structurelle (6 entretoises)
 Meilleure résistance en traction/compression
15
Dimensionnement
idéal.

17. Dessin de définition de l’entretoise
VUE ISOMÉTRIQUE
16
20
60,5
10
R=3605
5
VUE DE HAUT
VUE DE PROFIL
Dimensions
en [mm]

18. Mât
 Section circulaire vide
 Masse réduite
 Assemblage mât/entretoise simple
 Assemblage mât/multiplicateur de vitesse simple
 Matériau choisi : Aluminium
 Ductile
 Bonne résistance à la corrosion
 Bonne résistance mécanique
17

19. Dessin de définition du mât
VUE ISOMÉTRIQUE
18
6000
758
318
R = 3
VUE DE FACE
Ri=36
Ro=46
Dimensions
en [mm]
VUE DE HAUT

20. Analyse des forces
aérodynamiques sur une pale
Figure 9
19
Figure 10
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
-200 -100 0 100 200 300
Force[N]
Position azimutale [deg.]
Forces normales et
tangentielles sur une pale
Force normale
résultante sur une
pale en fonction
de sa position
azimutale
Force tangentielle
résultante sur une
pale en fonction
de sa position
azimutale
Force du vent selon 2
composantes

21. Analyse des forces
aérodynamiques sur le rotor
Figure 11
20

22. Puissance mécanique et Cp aux
conditions d’opérations
21
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 10 20 30
Puissancemécanique[kW]
Vitesse de vent ressenties [m/s]
Puissance mécanique calculée
en fonction de la vitesse de
vent ressentie
Figure 15 Figure 16
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 5 10 15 20 25 30
Cp
Vitesse de vent [m/s]
Coefficient de puissance en
fonction de la vitesse de vent

23. Performances nominales à 11 m/s
fixé par l’AWEA
22
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 2 4 6 8
CP
TSR
Coefficient de puissance
nominale en fonction du TSR
Coefficient de
puissance nominale
en fonction du TSR
Figure 18 Figure 19
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 50 100
Puissance[kW]
Vitesse de rotation [Rd/s]
Puissance nominale en
fonction de la vitesse de
rotation
Puissance
nominale en
fonction de la
vitesse de
rotation

24. Résultats finaux
 Puissance nominale mécanique = 562,5 W
 Rendement de la génératrice = 80%
 Puissance nominale électrique = 450 W
 Selon l’objectif visé :
4400 Wh = 450 W * t
T = 9,78 h d’utilisation à une vitesse de vent ressentie de 11 m/s
23
Puisqu’il y a un producteur énergétique d’appoint, le temps
de recharge au quai est réduite à 3h, ce qui permet une
économie annuelle de 156 $

25. Coût de fabrication et des pièces
achetées
24
TOTAL = 1 490 $

26. Conclusion et suggestions
25
 L’objectif visé d’une part de production de 20 % à
été atteint.
 Modèle hybride (H-rotor + Savionus).
 Panneau solaire installé au dessus du
rotor.

27. Références
 http://www.albemarleboats.com/trailerable/242CCspecificatio
ns.html
 Hau ,Erich. Wind Turbines fundamentals, Technologies,
Application, Economics.
 http://www.seatronic.fr/conseil/bilan-energie.php
 http://www.windatlas.ca/en/index.php
26