Projet : récupérer l'énergie des vagues avec un flotteur

[inviteffd88441]

Bonjour,

le projet a bien évoluer depuis que j'ai demandé de l'aide sur un mouvement de balancier, nous nous sommes maintenant orientés sur un projet de type flotteur comme le Salter's Duck c'est une sorte d'ailette qui bouge avec la vague et qui par un système de piston ou autre, permet de produire de l'électricité.

Actuellement, un système de production de vagues est installé dans un labo de Paris 7 auquel nous avons accès. Dans le bassin est situé un système qui utilise un aimant qui monte et qui descend avec la vague (monté sur un flotteur) en produisant un signal sinusoïdal car il passe à côté d'une bobine.
Plus précisément, l'axe de la bobine est parallèle à la surface de l'eau. L'aimant qui est en forme de U (en néodyme) effectue donc un mouvement de va et vient. La bobine passe alors dans le creux du U. Ce signal peut se visualiser à l'aide d'un oscilloscope sur lequel est branché un câble coaxial. Ce câble coaxial par des deux bornes de la bobine.

Cependant, et avant de créer un montage permettant de mesurer l'intensité circulant dans le câble, j'aimerais savoir si ce type de montage peut selon vous donner plus qu'un simple signal et fournir une véritable puissance en fonction de la vague qui lui arrive dessus. En clair comment créer une puissance respectable à partir d'une bobine et d'un aimant ? Est-ce possible ?
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[f6bes]

Bjr à toi,
Tout n'est qu'une question de "porportion" !!! ou de "multiplication" du sytéme de base en "paralléle".
Reste à définir ....."puissance respectable" !
A+

[inviteffd88441]

Je pense qu'une puissance de l'ordre du watt est déjà bien, sachant que le bassin fait 50cm de large sur 2m et que les flotteurs font 10cm de large.
En fait n'importe quelle puissance me conviendrait.
Grosso modo, le U a une course de 2 à 3 cm, la bobine ayant le diamètre d'une bouteille d'eau d'1.5L.

[invitee0b658bd]

bonjour,

En clair comment créer une puissance respectable à partir d'une bobine et d'un aimant ? Est-ce possible ?

au moins 90% (si ce n'est pas 99%) de l'electricité produite dans le monde est produite par des moyens decoulant directement de ce systeme: une bobine soumise à un champ magnetique variable.
fred

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteffd88441]

Oui je sais bien que l'on peut créer de l'électricité avec une bobine et un aimant je suis dans une formation scientifique, je connais le principe des alternateurs etc. Je suis en DUT génie thermique et énergie.

Cependant, ma question (je l'admets était mal formulée) concerne plutôt la méthode pour produire le maximum d'électricité avec ce principe et le mouvement que j'obtiens avec les vagues. En gros augmenter l'efficacité de ce procédé, par exemple en se plaçant le mieux possible selon les lignes de flux de la bobine, ou en modifiant sa géométrie par exemple, que sais-je encore ..

Merci

[invitee0b658bd]

Bonjour,
j'envisagerai le probleme de la facon suivante:
je modélise le générateur par un frottement (a priori visqueux) (un amortisseur pour parler francais)
le modelise les diverses masses du systeme, je les relies par cet amortisseur, je derive les equations qui sortent de la pour trouver le maximum d'energie.
cela me donne les caractéristiques de mon amortisseur optimal (optimal pour dissiper le maxi d'energie dans le cas donné)
j'essai de construire un element aimant / bobine qui ait ces caracteristiques
fred

[inviteffd88441]

Euhhh, si c'est pour mesurer la puissance maximale dont on dispose à l'aide d'une vague nous avons déjà les moyens de le faire avec des équations de mécanique des fluides (on a un chercheur prêt à nous aider pour ça).

Par contre, je ne vois pas du tout comment modéliser des masses reliées à un amortisseur et en sortir des équations, en fait je ne comprends pas très bien votre idée.

[invitee0b658bd]

Bonjour,
la modelisation de ton systeme te fera à un moment aboutir sur un ensemble de deux masses (une liée à la bobine, l'autre liée à l'aimant)liées entre elles par une liaison quelquonque (sauf encastrement, ou autrement dit qui pourront avoir un mouvement relatif)
et ton couple "aimant bobine" va exploiter le mouvement relatif de ces deux masses
en exploitant le mouvement relatif de ces deux masses il va le contrarier (le freiner ou l'amortir selon le vocabulaire employé)
tout cela peut se parametrer et se mettre en equations
tu va même pouvoir estimer l'energie qui du point de vue du systeme mécanique est dissipée dans le frein (ou amortisseur ou couple aimant bobine)
bien sur du point de vue de l'utilisateur cette energie dissipée c'est bien celle que tu vas produire ou qui va rentrer dans la batterie

Donc une fois que tu as posé ces equations energetiques, tu peux les dériver afin d'en ressortir un extremum. Si cet extremum est le maximum tu as ta réponse
avec cette réponse, tu peux dimensionner la bobine, l'aimant et l'éventuel circuit magnétique

En final, c'est une energie cinetique que tu transformes en energie electrique
une energie cinetique c'est de la forme 1/2 mv²
v va dependre de l'amplitude et de la frequence (donc en grande partie de la vague mais aussi de l'exploitation d'une eventuelle resonance mecanique)
ton energie va donc dependre de la vague et des masses en mouvement

aprés il te faudra envisager l'interaction vague /systeme et faire attention que ton systeme "n'ecrase" pas la vague.

on peut surement mais en moins simple aboutir à une limite du type de celle de Betz, on ne peut tirer plus de x% de l'energie d'une vague.
fred

[inviteffd88441]

Je prends note de votre message, c'est un peu compliqué à faire et j'ai pour première impression que mon niveau ne me permettra pas ce type de modélisation de prime abord, ceci dit je vais fouiller car le principe générale me semble très pertinent et un prof de mon IUT pourra sans doute m'en dire un peu plus.

Si je comprends bien, et je ne l'avais pas imaginé comme ça, le couple aimant bobine va freiner le mouvement que la vague provoque sur le flotteur ?
En effet je n'y avais pas réfléchi et ce n'était pas visible à l'échelle de notre maquette mais je ne vois pas comment il pourrait en être autrement.

Pour le moment, pour vous donner l'idée générale de nos expériences de demain, nous comptons "caractériser le système" en quelque sorte en analysant le signal récupéré sur l'oscilloscope et l'ampèremètre en faisant varier un paramètre à la fois, c'est-à-dire la forme du flotteur, ou le nombre de spires de la bobine (nous avons fabriqué des bobines de 50, 100 et 200 spires) ou la fréquence des vagues (le moteur qui les génère est réglable en tension).

Il me semble en effet que la tension maximale induite dans une bobine par un aimant qui se déplace à proximité dépend de la fréquence de ce mouvement, une plus grande fréquence entraînant une plus grande amplitude du signal sinusoïdal.

Merci beaucoup pour votre aide précieuse en tout cas, j'espère que vous continuez à suivre le sujet, on essaye d'être le plus présent possible ici. Nous essayerons de poster demain.

[wizz]

si un objet n'est pas freiné, alors il conserve intacte son énergie cinétique, et donc il n'y a pas de transformation en autre chose, donc pas d'élect...

[invitee0b658bd]

bonsoir,
il te faudra ressortir , decouvrir ou approfondir ton cours de mécanique, statique, cinematique , cinetique et dynamique.
il y a la dedans plein de theoremes et de methodes qui vont te permettre de modeliser cela.
Je te conseillerai, en même temps que tes essais, de tenter de caracteriser un peu mieux ton interaction aimamt / bobine. Cette caracterisation t'apporteras beaucoup pour l'interpretation de tes experiences.
Il ne faut pas oublier que tant que ta bobine n'est connectée qu'a un oscilloscope, elle ne sort aucune energie et que si tu ne la connectes pas à une charge quelquonque tu étudies un systeme qui ne produit aucune energie (donc un systeme qui ne t'es d'aucune utilité puisque tu cherches à produire de l'energie)
cette étude , sans produire d'energie , n'a pour interet que de fixer une origine (on peut dire : le systeme se comporte de telle ou telle manière quand il ne produit rien) mais il faut rapidement depasser cette étape pour faire de l'energie et voire ce qui se passe.

Il me semble en effet que la tension maximale induite dans une bobine par un aimant qui se déplace à proximité dépend de la fréquence de ce mouvement, une plus grande fréquence entraînant une plus grande amplitude du signal sinusoïdal.

c'est l'induction qui s'ecrit sous la forme e = - dphi/dt
fred

[inviteffd88441]

@wizz :
oui en effet ça résume bien la situation

@verdifre :
En effet, c'est ce cours que je dois approfondir. Je me suis aujourd'hui occupé d'approfondir mes connaissances sur les bobines et les aimants permanents, les lignes de flux. Effectivement, c'est de cette loi dont je voulais parler.
De plus, à propos de caractériser le système en charge nous sommes sur le coup, demain nous allons monter une petite résistance ou une petite lampe (voire une DEL) pour mesurer la puissance fournie, c'est prévu, si nous avons le temps. De toute manière ce sera fait à un moment ou un autre mais le plus rapidement possible.

Cela dit, j'ai une question que j'essaye de formuler mais qui me paraît peut-être stupide ?
Je me lance : sachant que P=RI² ou U²/R au choix, si on change la résistance, cela ne va-t-il pas modifier la puissance mesurée ou alors ça va se compenser sur l'autre paramètre pour donner au final toujours la véritable puissance du système ?

[invitee0b658bd]

Bonjour,

Cela dit, j'ai une question que j'essaye de formuler mais qui me paraît peut-être stupide ?
Je me lance : sachant que P=RI² ou U²/R au choix, si on change la résistance, cela ne va-t-il pas modifier la puissance mesurée ou alors ça va se compenser sur l'autre paramètre pour donner au final toujours la véritable puissance du système ?

pour repondre qualitativement à cette question, que se passe t'il si tu met une résistance infinie (ce qui revient à couper un fil)
il te faut modeliser ta bobine par ce qu'elle est un générateur avec ses parametres caracteristiques que je te laisse chercher.
fred

[inviteffd88441]

Bonjour,

Nous sommes devant le système depuis 9h ce matin. Nous avons installés nos flotteurs, l'un d'eux semble particulièrement bien fonctionner. Il y a une fréquence de vague pour laquelle l'amplitude de la tension est assez bonne.
Actuellement j'ai une amplitude crète à crète en tension sur l'oscillo d'environ 40-50mV.
Pour cela j'ai placé les 6 aimants de la manière suivante :
3 de chaque côté à l'intérieur du U. Sur une face donnée ils sont tous dans le même sens magnétique. Au niveau du U complet, on a donc

|-+ _ -+|
|-+ _ -+|
|-+ _ -+|
|______|

après plusieurs essais c'est vraiment le montage le plus efficace que l'on ait trouvé.

Oui en effet quand on augmente la résistance à l'infini, le circuit est coupé, et la puissance est donc nulle. Voyez-vous mes bases en électricité sont vraiment, des bases, comme celles de mécanique, je n'en ai eu qu'au premier semestre avec 4h par chapitre à tout casser. Mon DUT est plus porté sur la thermique.
Faut-il déterminer le générateur sous la forme E = U - Ri ?

Au final, on peut donc conclure que la puissance que l'on fourni dépend de la résistance que l'on place pour mesurer ? Je trouve ça plutôt bizarre non ?
Avec un ampèremètre classique on mesure une intensité sans se soucier de la résistance qu'il y a à l'intérieur (sauf pour éviter de le détériorer) alors pourquoi dans nos mesures la résistance influencerait-elle quelque chose ?
Il y a quelque chose que je ne saisis pas.

[f6bes]

. Mon DUT est plus porté sur la thermique.
Faut-il déterminer le générateur sous la forme E = U - Ri ?

Au final, on peut donc conclure que la puissance que l'on fourni dépend de la résistance que l'on place pour mesurer ? Je trouve ça plutôt bizarre non ?
Avec un ampèremètre classique on mesure une intensité sans se soucier de la résistance qu'il y a à l'intérieur (sauf pour éviter de le détériorer) alors pourquoi dans nos mesures la résistance influencerait-elle quelque chose ?
Il y a quelque chose que je ne saisis pas.

Bjr à toi,
La puissance que fournir le générateur , n'est pas la puissance qu'il PEUT fournir.
Exe: t'as une voiture dont le moteur fait 50 kVA de puissance MAXI. Si tu roules au maxi tu utilises effectivement cette puissance. Mais si tu roules à une vitesse moitié tu n'utilises plus les 50 kVA disponible ,mais disons SEULEMENT la moitié.

Il faut donc faire le distinguo entre :
puissance MAXI suceptible d'etre fournie
et
puissance effective que l'on DEMANDE au "générateur".

Si tu ne lui demandes RIEN(résistance inexistante) il ne fournit....RIEN.

Si tu court ciruites R donc MINI...infini il fournit...jusqu'à son MAXI...au risque de le déteriorer (courant théorique infini).

"...Faut-il déterminer le générateur sous la forme E = U - Ri ?..."
Cette formule te permets de calculer la fem de ton générateur,c'est tout.
Et c'est pas forcément utile dans la pratique.

Ton P=U x I est une caractéristique "pratique" de la puissance de ton géné.
A+

[invitee0b658bd]

Bonjour,
Le probleme de ta methode, c'est que tu ne sais pas à quoi t'attendre comme valeur. tu ne sais pas si tu es proche du maximum theorique ou si tu as une grosse marge de progression.

Au final, on peut donc conclure que la puissance que l'on fourni dépend de la résistance que l'on place pour mesurer ? Je trouve ça plutôt bizarre non ?
Avec un ampèremètre classique on mesure une intensité sans se soucier de la résistance qu'il y a à l'intérieur (sauf pour éviter de le détériorer) alors pourquoi dans nos mesures la résistance influencerait-elle quelque chose ?
Il y a quelque chose que je ne saisis pas.

quand on fait une mesure sérieuse on se soucie de la résistance de l'ampèremètre ne serait ce que pour vérifier que dans le cas étudié elle est négligeable.
Quand on connais les ordres de grandeur, on fait ce calcul de tête
Prends un exemple simple, la puissance débitée par une pile
1) resistance infinie (circuit ouvert) ---> courant nul donc puissance nulle
2) pile en parfait court circuit, tension nulle et courant important ----> puissance nulle
je pourrai donc a tord en deduire que quelque soit le cas la puissance debitée par la pile est nulle
si tu fait le calcul tu verra qu'il existe une resistance optimum pour la quelle ta pile debitera le maximum de puissance possible dans la résistance.
fred

[inviteffd88441]

Résumé de la journée d'hier :
en changeant le flotteur et en modifiant le positionnement des aimants sur le système existant on obtient un signal en tension qui peut monter à 80mV en amplitude crête à crête alors que nous avions un signal de maximum 5mV avant.

Bon je note le commentaire de f6bes, en gros on n'aura pas toujours la puissance maximale que l'on peut tirer du générateur.

Je comprends très bien votre raisonnement verdifre, il faut donc trouver quel est le meilleur système pour utiliser toute la puissance disponible de la bobine.

Le programme d'aujourd'hui :

Nous avons l'aide précieuse de quelques personnes de l'université de Paris 7 sur la partie électrique. Un des mécaniciens va fabriquer un petit support plastique pour enrouler de meilleure manière la bobine en rectangle. Nous allons utiliser du fil plus fin pour faire plus de spires (pas de risques de chauffe vu la faible puissance que doit pouvoir dégager un tel circuit).
Nous allons utiliser des aimants parallélépipédique toujours en neodyme et un peu plus grand pour créer un champs magnétique de même forme que la bobine. Cet aimant aura un meilleur déplacement autour de la bobine. On nous a expliqué en fait que l'un des problèmes du système tel qu'il existe actuellement est que nous travaillons à flux coupé (pas terrible) et que les flux ne sont pas otpimisés. On va donc avec notre nouveau système pouvoir mieux exploité l'énergie disponible.

En marge de l'optimisation du procédé actuel nous pourrions développer une solution mécanique un peu plus performante dans l'utilisation des aimants et de la bobine mais qui pourrait être problématique quand à la puissance perdue dans les engrenages.
Ceci consiste à fixer une crémaillère sur le flotteur qui entraîne un pignon sur lequel est fixé l'aimant, par un système de débrayage on exploite le mouvement ascendant ou descendant de la vague pour faire tourner le pignon et donc l'aimant à l'intérieur d'un petit moteur électrique transformé en générateur. Si on a une vague suffisament puissante on pourra supposer que les frottements mécaniques sont négligeables. Encore faut-il que ce soit le cas.