5 - Eolienne domestique

Ingénieur de Projets
Grande Traverse 10
4000 Liège
Préparation de l’édition 2012-2013
Fall
Définition de base des projets
Remarque préalable : L’énoncé ci-dessous résulte des discussions entreprises par le Comité
Organisateur de Ingénieur de Projets avec différents responsables académiques de la
Faculté.
N° identification : 5
Titre : Eolienne domestique au design novateur
Encadrant proposé : Avis aux volontaires !
Filières concernées : Mécanique, Electronique, Aérospatiale
Référents techniques envisagés : E. Béchet, O. Brüls, H.M Montrieux, Ch. Geuzaine, G.
Dimitriadis, J. Lecomte-Beckers
Contraintes pour l’ouverture du projet : un minimum de deux étudiants en
aérospatiale/mécanique de master 1 et de deux étudiants en électricité/électronique de
master 1.
Contexte
En ce début de XXIe siècle, la satisfaction des besoins croissants en énergie qui ne sacrifie
pas la protection de l’environnement représente un des grands défis de l’ingénieur. Dans
cette perspective, la démarche actuelle semble tendre vers une décentralisation de la
production d’électricité avec l’avènement des panneaux photovoltaïques, de la microcogénération et des éoliennes domestiques. Ces dernières peuvent prendre des formes très
variées et sont optimisées pour tirer parti des flux d’airs rencontrés en région urbaine.
La faible surface offerte au vent par les éoliennes domestiques empêche l'utilisation des
designs que l'on rencontre dans les grands parcs éoliens. De nouvelles idées doivent donc
être développées pour transformer, le plus efficacement possible, l'énergie éolienne en
énergie mécanique.
Sujet du projet
Dans le cadre du projet proposé par « Ingénieur de Projets », les étudiants seront amenés à
concevoir et à réaliser une éolienne de petite taille, communément nommée éolienne
domestique, qui permettra l’alimentation d’une charge de 50W sous une tension prédéfinie
inférieure à 48 Volts.
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Ingénieur de Projets
Grande Traverse 10
4000 Liège
La conversion de l'énergie éolienne en énergie mécanique sera le fruit de la réflexion des
étudiants en aérospatiale et/ou des étudiants mécaniciens. La conversion en énergie
électrique sera assurée par les étudiants électriciens.
Une réflexion particulière sera portée au design novateur de l’éolienne et au rendement des
conversions successives.
Description de la partie mécanique / aérospatiale
La machine à réaliser est constituée d’un premier système convertissant l’énergie cinétique
du flux d’air en énergie mécanique (arbre en rotation).
Sur base du couple aérodynamique développé par les pâles, des puissances et des forces en
jeu, les matériaux constitutifs des différents éléments de l’éolienne seront choisis. D'autre
part, les systèmes de transmission de puissance seront étudiés et dimensionnés pour faire
tourner l'alternateur.
Une attention particulière sera portée sur le poids de la structure et sur les pertes d'énergie,
entrainées par frottement notamment. Le choix des roulements, des engrenages et des
autres systèmes de transmission sera soigneusement étudié.
Des tests pourront éventuellement avoir lieu au sein de la soufflerie de l’ULg si l’axe de
l’éolienne choisie est horizontal uniquement. Par ailleurs, la partie mobile de l'éolienne
devra pouvoir entrer dans l’enceinte de la soufflerie.
Les différentes pièces de l'assemblage seront dimensionnées et dessinées à l’aide du logiciel
CATIA en collaboration avec le laboratoire de mécanique. Le modèle de l'assemblage sera
alors validé et les pièces seront réalisées.
Jumelage possible avec les cours:
- "Mechanical Computer-Aided-Design", MECA0474-1, E. Béchet, M1
- "Materials Selection", MECA0462-2, J. Lecomte-Beckers, M1
Description de la partie aérospatiale
Sur base du profil atmosphérique urbain moyen, les conditions aérodynamiques
d'utilisations seront caractérisées (sens, force, direction des flux d’air). D'autre part, on
étudiera les designs aérodynamiques réalisés dans le cadre des éoliennes domestiques
existantes et leurs avantages et inconvénients respectifs seront analysés.
Après cette recherche documentaire, un (ou plusieurs) design aérodynamique novateur sera
proposé. Sur base d'un modèle aérodynamique simplifié (2D, stationnaire, laminaire,
incompressible) ou de données expérimentales, la partie mobile de l'éolienne sera étudiée
et optimisée afin de maximiser le rendement.
Sur cette base et en concertation avec les équipes mécanique et électricité, un modèle
dynamique complet (Matlab, Simulink,...) sera réalisé pour simuler la production d'électricité
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en fonction des paramètres du vent. Une approche système est dès lors requise et
permettra d'optimiser chaque partie du système global dans une vision intégrée.
Jumelage possible avec les cours :
Aucun.
Description de la partie électrique
Les étudiants électriciens sont en charge de la conversion de l'énergie mécanique en énergie
électrique, mais aussi de la conversion de cette énergie afin qu'elle soit exploitable par une
charge.
Un système de conversion devra donc être réalisé afin de stabiliser l’énergie électrique pour
d’alimenter une charge de 50W environ sous une tension maximale de 48V.
Jumelage possible avec les cours :
-
« Systèmes électroniques de commande», ELEC0055, C. Geuzaine, M1
Dans le cadre de ce cours, des équipes de 6 étudiants sont formées pour réaliser une
alimentation. Une équipe pourra participer au projet de "Ingénieur de Projets" en réalisant,
selon les modalités du cours, le convertisseur de l’éolienne domestique. Notamment, le prédimensionnement (sur base théorique), la modélisation (au sein de l'environnement Spice),
la réalisation de la carte et les tests seront effectués et valorisés dans le cadre de ce cours.