L'alternateur

Sur Terre, il existe de nombreux moyens de produire de l'énergie, mais les plus utilisés sont aussi les plus polluants. Ainsi, le pétrole, majoritairement utilisé dans les transports et dans le chauffage, est une énergie non renouvelable et très polluante. L’énergie nucléaire, fournie quand à elle la majorité de l’électricité en France, sans rejeter de gaz à effets de serre, mais produit une grande quantité de déchets radioactifs, nocif pour la santé et pour l’environnement.
Ainsi, dans le but de réduire notre impact sur l’environnement, la production d’électricité grâce aux énergies renouvelables se développe de plus en plus. Pour l’instant les plus utilisées sont celle du vent, avec les éoliennes, celle du soleil, avec les cellules photovoltaïques, sans oublier l'eau douce avec les barrages. Mais la Terre étant recouverte à 70% par les mers et les océans, cet espace possède un potentiel de production électrique énorme et encore inexploité.
Nous avons décidé de nous intéresser aux hydroliennes qui sont encore très peu connues. Elles utilisent la force des courants marins, ceux-ci ont l'avantage d’être permanents et permettraient une production constante d'électricité.
Mais est-ce que, à partir de l'énergie renouvelable des courants marins, l'hydrolienne est un moyen intéressant de produire de l'électricité ? Pour répondre à cela nous nous sommes intéressés à son fonctionnement, ses emplacements possibles dans le monde ainsi que son coup de fabrication par rapport à son potentiel de production.


1.     Fonctionnement d’une hydrolienne :

1.1. L’alternateur :



          Le but de l'hydrolienne est de produire de l'électricité, pour cela, elle est équipée d’une génératrice de courant alternatif, un alternateur, nous avons cherché à en comprendre le fonctionnement.
          Les deux principaux composants de l'alternateur sont l'aimant et la bobine.
          Un aimant est composé de deux parties : une partie Nord et une partie Sud. Le Nord crée un champ qui modifie les propriétés magnétiques de son environnement.


          

          La bobine est un dispositif, cylindrique ou carré, autour duquel s'enroule un et un seul fil conducteur un maximum de fois. 

La propriété de l'aimant permet de modifier la polarité de la bobine selon qu'on l'approche ou l'éloigne : par exemple, approcher la partie nord de l'aimant de la bobine aura pour effet de créer un nord et ainsi repousser l'aimant. Par contre si l'on éloigne le nord de la bobine, il se créera un sud. Cela s'appelle l'induction magnétique et cette propriété fait apparaitre une tension aux bornes de la bobine. C'est pourquoi, si l'on fait vibrer ou tourner un aimant devant une bobine, il se créera un courant alternatif. Il y aura une sommation des polarisations et dépolarisations.


          Nous avons d'ailleurs réalisé une expérience pour le montrer.

Matériel :

     –         une perceuse
     –         un aimant
     –         une bobine
     –         un ordinateur
     –         logiciel Latis Pro
     –         une station de connexion Latis Pro
     –         deux fils

          Nous accrochons l'aimant à la perceuse et nous le faisons tourner devant la bobine. Celle-ci est reliée à une station de connexion du logiciel Latis Pro qui envoie les données vers le logiciel sur l'ordinateur qui trace automatiquement et en temps réel une courbe correspondante.  


          Nous avons enregistré les résultats à l'aide du logiciel Latis Pro et obtenu la courbe suivante qui n'est pas parfaitement sinusoïdale mais sur laquelle on voit bien les périodes. La sinusoïde n’est pas parfaite car les pôles l’aimant passent successivement devant la même bobine, pour obtenir une tension parfaite il faudrait que le même pôle passe devant la bobine ou qu’il y ai plusieurs bobine identique relié en série devant lesquelles tournerait l’aimant. (Voir graphique)



N.B. : Dans le cas des hydroliennes, il faut savoir que des bobines traversées par du courant continu jouent le rôle des aimants. Elles ont les mêmes propriétés et pour avantage de ne jamais s'user mais pour utiliser ce système il faut que l’hydroliennes ai une batterie pour fournir le courant continu au bobines. Pour cela une petite partie de la production de l’alternateur est utilisée pour recharger la batterie pour cela il faut redresser le courant (courant alternatif → courant continu)



L’hydrolienne Pour produire de l’électricité utilise un modèle un peu plus compliqué constitué de plusieurs aimants et de plusieurs bobines. Les bobines parcouru par du courant continu (aimants) sont fixées sur une partie en mouvement appelée rotor. Les bobines simples sont quant à elles sur une partie immobile appelée le stator. La plus part des stators sont des cylindres dans lequel tourne le stator cette rotation produit une tension alternative comme expliqué précédemment.



          Sur l'hydrolienne, c'est l'hélice qui a pour rôle d'entrainer le rotor et ainsi permettre la production d'électricité. La vitesse de rotation de l’hélice est cependant trop faible pour produire du courant la vitesse de rotation est donc démultipliée à l’aide d’un jeu d’engrenage comme pour les éoliennes cela permet d’avoir une vitesse de rotation suffisamment élevée pour que le courant produit par la rotation de l’hélice soit utilisable par le réseau électrique. Malgré ça les hydroliennes sont souvent équipées d’un système qui modifie la fréquence du courant produit afin que celle-ci soit la même que sur le réseau électrique soit 50 hertz.