Convertisseur de mouvement

Des engrenages

Dans une fiche précédente, nous avons réussi à résoudre la principale difficulté qui consistait à se fabriquer une pompe adaptée à notre éolienne de pompage. Maintenant, il reste un deuxième problème à résoudre et tout ce qui suivra sera très facile.

Si vous avez lu attentivement cette fiche, vous avez pu constater que les éoliennes génèrent un mouvement rotatif, soit en axe horizontal ou soit en axe vertical. Or, ce que l’on recherche pour faire fonctionner notre pompe à piston c’est un mouvement du haut vers le bas en va-et-vient. Il va donc falloir obligatoirement passer par un système mécanique qui nous permette de convertir la rotation en une force qui s’exerce de façon linéaire.

Avant de commencer, je tiens à préciser que cet exercice est très intéressant pour assimiler de façon très ludique les principes mécaniques de base. C’est donc une activité qu’il ne faut pas hésiter à pratiquer avec des enfants, ou même dans le cadre d’un projet étudiant, car ce type de travaux pratiques permet de bien enrichir son expérience en se forçant à se poser les bonnes questions pour aboutir au résultat recherché.

D’autre part, cette étape nous ramène aux origines de l’ingénierie, telle qu’elle était pratiquée à l’époque de la Grèce antique. Mais malgré la simplicité apparente des principes qui sont mis en œuvre, cette réalisation peut forcément faciliter la compréhension de procédés techniques plus complexes, comme par exemple le fonctionnement d’une boite de vitesses ou celui d’un embiellage.

Information : Pour que tout soit limpide comme de l’eau de source, dans cette fiche vous pourrez trouver des schémas détaillés et des photos pour vous aider à bien comprendre les principes mécaniques dont nous allons avoir besoin.

Convertir l’axe horizontal

Si vous avez choisi de fabriquer une éolienne à axe horizontal, il nous suffira de recourir à une bielle pour transformer le mouvement rotatif en mouvement du haut vers le bas. Voici ce que cela donne de façon schématique.

Embiellage pour éolienne de pompage

Suivant l’écartement entre le point A et le point B, vous obtiendrez un débattement plus ou moins important. Cette distance sera donc à ajuster en fonction de ce que demande votre pompe pour bien fonctionner. A partir de là, vous aurez deux options :

1) Relier la tige directement à la pompe si cette dernière est en surface.

2) Relier la tige à un câble logé dans une gaine, genre celui que l’on utilise pour les freins, si votre pompe est immergée.

Information : Avec cette opération nous faisons l’inverse de ce qui se passe avec un moteur de voiture. Car, dans ce cas précis, les pistons produisent un mouvement du bas vers le haut qui est ensuite converti par les bielles en un mouvement circulaire qui est transmis aux roues motrices.

Bielle moteur

La démultiplication

Mine de rien, nous venons de franchir une étape super importante. Mais hélas, cela risque d’être insuffisant pour exploiter notre éolienne comme il faut. Comme nous l’avons déjà esquissé auparavant, une éolienne de pompage a besoin de beaucoup de couple et de peu de vitesse. Plus explicitement, cela signifie que si l’éolienne tourne trop vite ce n’est pas bon du tout pour la pompe et que si elle tourne trop lentement elle sera inefficace.

Heureusement, il y a un point physique qui joue en notre faveur. Tous les profils de pale pour éolienne de pompage sont plus ou moins auto-régulés. Autrement dit, une fois que l’on a atteint une vitesse de vent exploitable on ne rencontre pas d’énormes variations de vitesse comme avec les aérogénérateurs. Il n’en reste pas moins qu’il faudra tout de même s’occuper de ne pas dépasser une certaine vitesse de rotation tout en veillant à obtenir le couple recherché.

Pour ce faire, nous allons recourir à la démultiplication. Ce procédé peut être mis en œuvre aussi bien par des engrenages que par un système de courroie ou de chaine. Le principe est super simple, en jouant sur la différence de taille entre les engrenages lorsque vous réduisez la vitesse vous augmentez le couple et vice versa. Si vous avez un peu de mal à comprendre il vous suffit d’enfourcher un vélo avec des vitesses et d’observer ce qui se passe lorsque vous changez les rapports.

Dans la mesure du possible, l’idéal c’est d’utiliser des engrenages. Pour un projet simple, pas la peine de vous embêter. Vous pouvez utiliser des éléments empruntés sur un vieux vélo pour conduire votre projet à son terme. Voir l’image ci-dessous :

Embiellage avec pièce de vélo

Si vous avez réussi à faire tout ça, félicitations ! Il ne vous reste plus qu’à relier vos pales au mécanisme et votre éolienne de pompage à axe horizontal est prête à l’emploi.

Le renvoi d’angle

Si vous avez choisi de fabriquer un modèle d’éolienne à axe vertical, c’est un poil plus complexe. Mais ne vous découragez surtout pas, on va voir comment faire. Par rapport à un axe horizontal, le problème qui se pose c’est qu’il va d’abord falloir convertir la rotation verticale en rotation horizontale pour pourvoir exploiter notre éolienne. Vous perdrez un petit peu de rendement lors de cette opération, mais cela sera largement compensé par les caractéristiques intéressantes que peuvent apporter, entre autres, des profils de type Savonius ou de Lenz.

Pour mener à bien notre mission, nous allons utiliser ce que l’on appelle un renvoi d’angle. Si vous souhaitez obtenir de belles performances, je ne peux que vous conseiller d’en acheter un tout fait dans le commerce. Cela ne coute pas très cher. Il faut juste faire attention à ce que l’axe de votre renvoi d’angle soit suffisamment solide pour supporter la force que vous allez lui demander.

Renvoi d'angle avec démultiplication

En revanche, si c’est pour un projet pédagogique, on peut se fabriquer très simplement un renvoi d’angle toujours en utilisant des pièces de vélo suivant l’exemple ci-dessous :

Un renvoi d'angle avec des pièces de vélo

Cela pourrait s’arrêter là, mais il reste un bon coup à jouer. C’est très utile de le savoir, vous pouvez intégrer votre démultiplication ou votre réduction de vitesse directement dans votre renvoi d’angle. Ce qui vous simplifiera grandement la tâche pour l’étape suivante qui est très logiquement la conversion de mouvement.

Une éolienne de pompage à axe vertical

En conclusion

Nous venons de franchir les deux étapes les plus compliquées, il ne nous reste plus qu’à fabriquer nos pales en fonction du couple et de la vitesse à appliquer sur la pompe. Nous aborderons ce point dans les fiches suivantes. En attendant, n’hésitez pas à utiliser le forum dédié si vous avez besoin de soutien technique pour votre projet.
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