Éolienne à effet Magnus

Éolienne à effet Magnus

C’est sans doute le concept d’éolienne le moins connu. Pourtant, il possède de sérieux atouts que nous allons découvrir dans cette fiche technique. Pour bien comprendre le fonctionnement, il faut déjà commencer par assimiler l’effet Magnus.

De mon point de vue, la réalisation d’une petite éolienne utilisant cette forme de captation d’énergie dans le cadre d’un projet étudiant du genre TIPE est une très bonne méthode pour se familiariser avec ce principe physique pas toujours évident à comprendre lorsque l’on reste sur la théorie.

Schéma éolienne magnus à axe vertical et horizontal

Quant à celles et ceux qui aiment le bon bricolage, vous pourrez réaliser sans peine des modèles fonctionnels à l’aide des plans qui sont à télécharger dans cette fiche. Nous avons fait de notre mieux pour vous donner un maximum de pistes techniques. Avec un peu d’ingéniosité, vous réussirez rapidement à aboutir sur des concepts innovants. La seule limite est votre créativité.

éolienne magnus grande puissance

Dans cette fiche technique vous pourrez aussi trouver deux vidéos très sympas qui sont d’excellents supports pour comprendre l’effet Magnus. La première permet de mettre en relief la portance par le biais de la réalisation d’un petit avion à effet Magnus, tandis que la seconde vous permettra de construire un modèle simplifié d’aéronef avec deux gobelets et un élastique.

Mais ce n’est pas tout ! Chez Solutions Alternatives on fait les choses en grand. Vous pourrez également trouver des fichiers 3D pour imprimer des pales, des voiles et des ailes à effet Magnus. Et cerise sur le gâteau, des plans en 3D pour réaliser un bateau et un avion à effet Magnus en modèle réduit. Avec tout ça, vous serez au top pour passer à la pratique et on espère vivement que ces bonus pourront vous aider à mettre au point des applications concrètes à taille réelle. Dans l’absolu, vous avez tous les éléments nécessaires pour faire aboutir la construction d’une éolienne à effet Magnus de qualité professionnelle. Et bien plus encore !

Impression 3D éolienne

L’effet Magnus

Ce principe physique fut découvert par le physicien allemand Heinrich Gustav Magnus (1802-1870). Cet effet s’explique par la force dissymétrique qui s’exerce sur un objet en rotation plongé dans un fluide tel que l’air ou l’eau. C’est un phénomène qui s’applique très fréquemment dans le football ou le tennis lorsque l’on parle de balles liftés. Dans ce cas, c’est l’écoulement d’air tout autour de la balle qui va provoquer une déviation de trajectoire. Partant de ce constat, on peut tirer partie de cette force générée par différence de pression en l’utilisant en propulsion ou pour assurer une portance.

Shéma explication effet Magnus

Domaines d’application

Outre l’éolien et le sport, l’effet Magnus trouve notamment sa place dans l’aéronautique, le nautisme et la balistique. L’application la plus médiatisée est sans doute l’Alcyone, un navire du commandant Cousteau qui utilise deux turbovoiles inspirées de l’effet Magnus pour assurer une partie de sa propulsion. Ce concept lui permet d’économiser jusqu’à 35% de carburant. A mon humble avis, il faut s’attendre à d’autres applications innovantes dans les prochaines années. Surtout en ce qui concerne les petits avions et les bateaux. Pour ces derniers, le rotor de Flettner devrait en théorie se montrer plus efficace que des voiles classiques et forcément plus écologique que les hélices entrainées par un moteur diesel. C’est assez aberrant de constater que cette piste ne soit pas exploitée comme elle le devrait. Surtout quand on connait le niveau de pollution des gros navires qui sillonnent les océans sans relâche…

L'Alcyone, le betau à effet Magnus du commandant Cousteau

Usage en éolien

Une éolienne à effet Magnus peut fonctionner aussi bien en axe horizontal que vertical. En axe horizontal, comme pour une éolienne classique, le nombre de pales a une influence très importante sur le seuil de démarrage et la vitesse de rotation. En théorie le rendement est excellent. La principale difficulté de mise au point se situe au niveau du calcul de la puissance à l’arbre du générateur en tenant à la fois en compte la pression exercée par le vent et la vitesse de rotation des pales.

Éolienne Magnus

Pour obtenir les meilleures performances l’idéal c’est d’utiliser un contrôleur électronique piloté par un anémomètre pour faire varier la vitesse de rotations des pales en fonction du vent. Cela complique quelque peu la conception, c’est vrai. Mais d’un autre coté, les pales sont très faciles à fabriquer. Avec l’aide d’une imprimante 3D vous devriez arriver rapidement à d’excellents résultats. On verra comment faire dans la suite de cette fiche.

Pour le choix du générateur, c’est comme d’habitude. Il faut d’abord sélectionner un modèle pour axe vertical ou horizontal. Et s’assurer ensuite que le couple et la vitesse de rotation soient en adéquation avec la puissance autorisée par le design des pales ou de la voile.

Générateur axe vertical éolienne

Le gros défaut

Le principal défaut n’est pas des moindres. Outre la difficulté de bien maitriser la vitesse de rotation des pales ou de la voile, il faut aussi composer avec une vitesse de démarrage plus élevée qu’avec une éolienne traditionnelle. Pour contourner ce problème, on peut s’inspirer des éoliennes de type Darrieus en forme de fouet de cuisine. Il s’agit donc d’utiliser le générateur en fonction moteur pour faciliter le démarrage dès que le niveau de vent devient exploitable. Ou bien, utiliser une éolienne de type Savonius qui a la particularité de bien capter les vents faibles. L’idée c’est de la placer en dessous de la Magnus pour à la fois initier le démarrage et la rotation des pales ou de la voile par l’intermédiaire de moteurs électriques. Pour tout dire, c’est une solution que j’aime bien parce qu’elle est facile à mettre en œuvre et qu’elle facilite la régulation.

éolienne Magnus à moteur électrique

Mais il y a plus simple ! Il n’est pas interdit de se diriger vers un concept hybride Savonius / Magnus. C’est une configuration très intéressante dans le cas où on ne peut pas bénéficier de vents constants.

Savonius Magnus

Le gros avantage

Les éoliennes à effet Magnus ont la particularité de s’autoréguler et de très bien supporter les vents violents car leur aérodynamisme n’offre que peu de résistance. C’est pour cette raison que la société japonaise Challenergy a mis au point un modèle destiné aux zones géographiques concernées par les cyclones et les tempêtes tropicales.

éolienne magnus japon

D’autres startups on développés des aérogénérateurs qui montent à une altitude très importante dans l’objectif de capter en permanence des vents forts et réguliers. Cela passe la plupart du temps par une voile gonflée à l’hélium ou par l’exploitation de la portance. Dans cette configuration, les éoliennes sont reliées au sol par l’intermédiaire du câble électrique qui assure le transport du courant. Cette technique permet de contourner avec ingéniosité les problèmes de démarrage et assure une production de courant très importante et surtout très régulière. Ce qui permet presque de se passer de batteries.

Éolienne Magenn

Kite à effet Magnus

Cela fait quelque temps que je me penche sur l’idée de développer un kite avec une voile à effet Magnus. Si j’ai du temps pour terminer cette aventure cela fera l’objet d’une fiche séparée. En attendant, rien ne vous empêche de développer ce concept. N’hésitez pas à utiliser le forum si ce projet vous intéresse.

kite à effet Magnus

En faisant des recherches pour préparer cette fiche technique, je suis tombé par hasard sur un concept de voiture propulsée par une voile à effet Magnus. L’idée est loin d’être saugrenue, d’autant plus qu’elle émane d’une publication scientifique très sérieuse.

Voiture Magnus

Modèles de profil Magnus

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La vidéo

Voici une petite vidéo qui vous aidera à bien comprendre l’effet Magnus à l’aide d’un petit bricolage super simple à réaliser.

En résumé

L’effet Magnus recèle un gros un potentiel qui reste à explorer. Nul doute que des applications très intéressantes sortiront dans les années à venir. En attendant, cette alternative est une bonne façon d’initier les petits et les grands à la physique de base. Et c’est aussi une belle opportunité qui permet de déboucher sur bon nombre de projets innovants dans différents secteurs d’activité. Dans tous les cas, on est ravi de participer à faire connaitre cette alternative. N’hésitez pas à ouvrir un sujet sur le forum si vous avez des questions ou des idées à partager.
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2 Commentaires

  1. Emmanuel Riolet

    Bonsoir,

    Merci pour votre commentaire.

    Où trouver le fichier à imprimer en 3D pour les pales

    Dans la fiche technique complète vous pouvez télécharger un fichier .stv pour imprimer vos pales à effet Magnus. Pour cela il faut utiliser un logiciel comme Cura pour transformer le fichier 3D en fichier imprimable.

    > fixer les pales imprimer sur une dynamo de mobylette

    Dans l’absolu, rien ne s’oppose à utiliser une dynamo. Sinon que ce n’est pas une solution durable à cause de l’effort sur les roulements. Dans l’idéal il faut utiliser un générateur spécialement conçu pour un usage en axe vertical. Ça se trouve assez facilement sur le net. Sinon, fin décembre on a prévu de mettre en ligne les plans d’un générateur à axe vertical à imprimer soi-même. Il y aura juste à ajouter les aimants, le fil de cuivre et une butée. Actuellement, on bosse sur ce projet mais il nous faut encore un petit peu de temps pour que ce soit nickel.

    Bonne soirée

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