Une maison écologique, libertés économiques et morales ou contraintes quotidiennes ?

L'écologie est la science ayant pour objet les relations des êtres vivants (animaux, végétaux, micro-organismes) avec leur environnement, ainsi qu'avec les autres êtres vivants. Malgré une confusion extrêmement fréquente dans les médias français, elle ne doit pas être confondue avec l’écologisme, qui est un courant de pensée.

Je m'appelle François A. et travaille actuellement en tant qu'ingénieur chez une marque d'automobile très répandue en France. Depuis quelques temps, et notamment à cause du sommet de Copenhague, je m'intéresse particulièrement à l'écologie et j'ai donc décidé de transformer ma maison afin de devenir indépendant et d'utiliser des énergies renouvelables telles que les énergies solaire ou éolienne.

Ainsi, à travers ce blog, je vous présenterai mes projets et mes recherches qui vous aideront vous aussi si vous le souhaitez à transformer votre maison.

Le terme de maison écologique peut se diviser en plusieurs catégories.

La maison écologique passive (bâtiment passif) est un bâtiment dont les besoins en énergie sont très faibles;

La maison saine est un concept né dans les années 1980 et qui consiste à adopter une démarche de construction saine, sans produits nocifs, sans risques d’allergie;

Le concept de maison solaire est né dans les années 70 et précède la maison bioclimatique. Le principe était de tirer parti des avantages du soleil pour économiser de l’énergie en chauffage. Le concept de l’architecture solaire se définit donc comme le fait d’utiliser les ressources naturelles du soleil pour économiser l’énergie;

La devise première de l’habitat bioclimatique : tirer parti de son environnement. La maison bioclimatique est une construction optimisée pour capter le maximum d’énergie naturelle. La règle numéro un est donc d’observer dans un premier temps les particularités du terrain sur lesquelles on souhaite faire construire la maison. S’agit-il d’une région chaude, froide ? Le terrain est-il plat, en pente ? 

Ma maison, virtuelle pour le moment, essayera d'appartenir à toutes ces catégories dans le but de répondre à toutes les attentes.

Cordialement,

François.

Tout d’abord, pour ceux qui veulent construire et non transformer leur maison, je vais parler de l’agencement des pièces.

Ainsi, je me suis informé sur différents ouvrages, afin de déterminer la meilleure façon de positionner au mieux les pièces d’une maison  dans le but de faire des économies d’énergie.
Il faut donc placer les pièces dont on se sert le moins, ou qui n’ont pas besoin de chauffage au nord.

Cela permettra de réaliser un tampon entre le froid venant du positionnement Nord, et les pièces où l’on vit tous les jours.

Le confort en est aussi augmenté par le fait que l’on n’a pas la sensation désagréable de froid entre les murs.

Le schéma ci-dessus est un des meilleurs agencements pour orienter au mieux une maison.

En ce qui concerne les fenêtres : les dimensions et orientation sont facteurs d’économie d’énergie. Le tableau ci dessous donne le meilleur compromis de surface des fenêtres en fonction de leur orientation.

En hiver, cela permet d’éviter les déperditions de chaleur au nord et d’en gagner au sud.

En été, il faut utiliser des « masques architecturaux » et des « protections » pour garder la fraicheur interne de la maison.

Ces masques architecturaux et ces protections permettent de « faire l’ombre » sur les fenêtres et un bout de mur l’été afin d’éviter que la chaleur pénètre dans la maison.

En hiver au contraire, elles ne doivent pas faire obstruction au soleil qui, dans ce cas, réchauffe la maison.

 Il existe plusieurs sortes de protections.

 - Les protections fixes

 - Les protections mobiles

 - Les protections végétales

Les protections fixes, tel l’avancement des toits est utilisable toute l’année.

Cette technique est plutôt utilisée pour les fenêtres placées au sud. On utilise l'avancée de toit pour faire de l'ombre sur la fenêtre en été. Elle est dimensionnée de telle sorte qu'elle ne fasse pas d'ombre sur la fenêtre en hiver, comme le montre le dessin

          Pour commencer, je souhaite installer une VMC dans ma maison. Ces initiales signifient : ventilation mécanique contrôlée. Cela correspond à l’ensemble des dispositifs mis en place dans un bâtiment, destinés à renouveler l’ai intérieur des pièces, notamment pour les pièces « humides » : salle de bains, toilette, cuisine.
Il est très important de bien aérer une habitation. Ceci permet d'enlever l'humidité et de renouveler l'air qui peut contenir des molécules toxiques (issus des matériaux synthétiques courants de nos habitations) ou tout simplement du CO₂.

           Il est possible de le faire de différentes manières. La plus simple, très efficace et la moins chère est l'aération manuelle en créant un courant d'air en ouvrant les fenêtres 10mn par jour.
Cette méthode ne coûte rien (investissement ou électricité) et ne fait pas chauffer les courants d'air comme avec une VMC par exemple. En effet, les murs ne sont pas refroidis et on ne perd quasiment pas de degré.

On peut aussi installer ce qu'on appelle un puit canadien ou provençal.Bien que le puit canadien puisse servir dans le cas d'une VMC, celle-ci est à proscrire pour les raisons citées précédemment. On l'utilisera plutôt pour alimenter en air la cheminée ou le poêle en hiver, l'aération de la salle de bain, comme "climatisation" l'été.
Enfin, on peut noter  que le puits canadien ne remplace pas les protections solaires mais les complète !

Grâce à la température de la terre, le puits canadien (un simple tuyau passant dans le sol) permet de refroidir l'air entrant dans ma maison l'été ; et de le réchauffer l'hiver.
Cette technique fait partie de la géothermie et permet de faire des économies et de gagner en confort.

Le schéma suivant donne les dimensions du puits canadien que j’aimerai avoir plus tard :

Les condensats sont les écoulements d'eau résultant de la condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air lorsqu'il passe dans un échangeur froid. 
La production de condensats par un climatiseur est un phénomène inévitable

Pour de meilleures optimisations, le diamètre du tuyau devrait être de 16 à 30cm, et la longueur du tuyau d’au moins 30m, a 2m sous terre.

Les conseils qui m’ont été donnés sont :

- que le ventilateur peut être alimenté par un capteur solaire.

- qu’il faut éviter les angles à 90°.

- Qu’il vaut mieux protéger l'entrée (regard de visite) avec une grille pour éviter l'intrusion de petits animaux ou des feuilles.

- que l'entrée d'air ne doit pas être trop près du sol pour éviter d'aspirer de la poussière et doit être loin des sources de pollution (route, composte...), et accessible pour son nettoyage.

- qu’il est possible d’ajouter un potentiomètre pour régler le débit du ventilateur

Après de longue recherche, je me suis aperçu que l’isolation thermique est l’un des investissements les plus rentables, notamment dans la construction de nouvelles maisons, pour réaliser des économies d'énergie. Je vais vous faire une rapide présentation des différents types de matériaux isolants proposés sur le marché.

Tout d’abord, qu’est ce qu’un isolant thermique ?

C’est un matériau ayant une faible conductivité thermique.
Ce type de matériau a pour caractéristique de freiner les échanges de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur des maisons.
Concrètement, les matériaux isolants évitent les fuites de chaleur vers l’extérieur en hiver et l'entrée de la chaleur à l’intérieur en été.
Une isolation thermique performante se caractérise donc par l'absence de ponts thermiques, c’est-à-dire de zones d’échanges de chaleur.

Ensuite, les isolants thermiques sont évalué par rapport a leur qualités.

Pour cela plusieurs critères sont pris en compte :

- la conductivité thermique du matériau, qui détermine sa capacité à isoler
- sa densité
- sa perméabilité à la vapeur d’eau, c’est-à-dire sa capacité à laisser respirer les murs.
En effet, il est important que l’humidité produite par les habitants de la maison puisse s’évacuer des murs pour éviter l’apparition de taches d’humidité et de moisissures;

Mais aussi :

-sa toxicité

-son épaisseur

-et, bien sûr, son coût.

En ce qui concerne les différents types d’isolants.

On peut classer ces différents matériaux isolants en plusieurs grandes familles :
- les fibres minérales, végétales ou animales: laines de roche et laines de verre, qui sont très courantes, mais aussi laines de bois, de lin, de chanvre ou de mouton
- les matériaux synthétiques :Polystyrèneexpansé ou extrudé,Polyesteret polyuréthane qui constituent un isolant efficace mais non dénué de toxicité
- les isolants minéraux, plus rares : perlite, vermiculite, argile expansée, verre cellulaire
- les matériaux renouvelables (autres que les fibres) : cellulose, liège
- les isolants minces dits "réfléchissants" ou "thermo-réflecteurs".

Pour les performances de ces matériaux, j’ai effectué un classement par ordre croissant de conductivité thermique, c’est à dire par ordre de performance :

- la mousse de polyuréthane est un excellent isolant, dont le principal inconvénient est le coût
- la laine de verre, un matériau bon marché, mais irritant pour la peau lors de la pose
- la laine de roche
- les mousses de polymère :Polystyrèneexpansé ou extrudé, polystyrène
- la fibre de bois, un isolant thermique moins performant mais meilleur marché et plus écologique
- la laine de mouton
- la paille
- le chanvre
- la ouate deCellulose
- les polymères : plastique,Caoutchoucetc.

Enfin, l’avantage des isolants minces car cela permet d’isoler des petits volumes, par exemple l’isolation des combles d’une maison.
Ce type d’isolant thermique permet en effet de réduire l'épaisseur de l'isolation de 10 à 15 cm par rapport à une laine minérale ou végétale et donc de ne pas perdre de place.

Les isolants minces "thermo-réflecteurs" sont composés de plusieurs films réflecteurs métallisés associés à des séparateurs (ouates, mousses, laine de mouton).
Ils ont pour propriété de réfléchir la chaleur vers l’intérieur en hiver et vers l’extérieur en été, ce qui évite les déperditions thermiques et assure une température agréable en toute saison.  

En ce qui concerne la réglementation thermique …

En France, des millions de logements construits avant 1975 sont toujours mal isolés. Leurs habitants voient leur facture de chauffage s’envoler tandis que cet énorme gaspillage énergétique entraîne l’émission de millions de tonnes de CO₂ qui contribuent à l’effet de serre.

Les pouvoirs publics se sont donc engagés à améliorer la performance énergétique du parc immobilier existant, consommateur de 40% de l'énergie en France.

La RT dans les bâtiments existants répond à plusieurs exigences :

Se mettre en conformité avec les Directives Européennes et, en particulier, la Directive Performance Energétique des Bâtiments, au même titre que les autres pays européens. 

Maîtriser les dépenses d’énergie dans la mesure où les bâtiments existants sont plus nombreux et plus consommateurs d’énergie que les bâtiments neufs.

Qui est concerné par la Réglementation thermique dans l’existant ?

La Réglementation Thermique des Bâtiments Existants concerne l'ensemble du parc immobilier existant hors bâtiments situés dans les DOM et certains bâtiments particuliers cités ci-après.

Cette réglementation impose des exigences de performances thermiques minimales pour les équipements installés ou remplacés dans un bâtiment existant et s'applique :

à l'enveloppe globale du bâtiment

aux systèmes de chauffage

aux systèmes de production d'ECS (eau chaude sanitaire) et de refroidissement

aux systèmes de ventilation et d’éclairage (hors habitat individuel)

aux équipements de production d'énergie utilisant une source d'énergie renouvelable.

Certains cas particuliers de constructions existantes ne sont pas concernés par la RT 2005 : les bâtiments n’utilisant pas d'énergie pour réguler la température, les bâtiments provisoires (moins de 2 ans), ceux d'une surface inférieure à 50m², ceux à usage de cullte ou classés monuments historiques ainsi que les bâtiments agricoles ou industriels.

Aujourd’hui, je vais expliquer ce que sont les panneaux solaires car j’ai décidé d’en installer au moins un sur le toit de ma future maison.

Emblème des énergies renouvelables, les panneaux solaires sont pourtant assez méconnus du public. Tout d’abord, il faut savoir qu’il existe deux types de panneaux solaires : ceux dits « photovoltaïques » et ceux dits « thermiques ». Même s'il existe plusieurs façons d'installer des panneaux solaires (sur le toit, au sol, en auvent, ...) je prendrai un cas général qui donnera une vue d'ensemble sur l'installation.

I) Les panneaux photovoltaïques

Les panneaux photovoltaïques sont en fait des plaques de silicium, un semi-conducteur ( que l’on retrouve sur les parcmètres ou dans certaines calculatrices ). Ces plaques transforment directement les rayons du soleil en courant électrique. On comprend alors pourquoi ces panneaux sont si intéressants : ce système produit de l’électricité sur place, chez soi.

Le principe du photovoltaïque est en fait assez simple. Une cellule est composée de deux types de silicium, matériau couramment utilisé en électronique : le « n » et le « p ». Ces deux zones sont séparées par une barrière.

Le silicium de type « n » contient un excès d’électrons, particules élémentaires possédant une charge électrique négative. On pourrait schématiser cela par une boîte d’œufs, ceux-ci symbolisant les électrons. Sauf que ces œufs sont agités en permanence.

Le silicium de type « p » est, au contraire, en déficit d’électrons. Ce manque se traduit par l’existence de « trous ». Ces trous aussi sont mobiles.

Les deux tranches « n » et « p » sont accolées. Les électrons minoritaires de zone « p » font alors face aux trous de la zone « n ». Pourquoi alors les œufs ne se précipitent pas pour rejoindre les trous ? Tout simplement parce qu’en face, justement, il y a déjà beaucoup d’électrons ce qui entraîne une force de répulsion. Ainsi la situation est bloquée.

Lorsque la lumière apparaît, les photons qui la composent transmettent une partie de leur énergie aux électrons de la zone « p » qui vont  s’agiter.

L’équation qui correspond à ce transfert d’énergie est la suivante :

E = k x V

E l’énergie en joules

K la constante de Planck environ égale à 6,626 0 755×10^-34  J.s 

V la fréquence de l’onde lumineuse

Grâce à cela les électrons de la zone « p » réussissent à vaincre la force de répulsion ainsi que la barrière pour aller "bondir" dans la zone « n » laissant derrière eux des trous. Si un fil conducteur relie la zone « p » à la zone « n », les électrons arrivant en surplus dans la zone « n » vont pouvoir circuler par ce chemin pour rééquilibrer l’ensemble. Ce courant d’électrons constitue un courant électrique.

Après la théorie, la production d’énergie dépend aussi de la position géographique, de l’inclinaison du panneau solaire (ou du toi le cas échéant) et de la température.

Ainsi on peut établir une carte des différentes productions d’énergie. La figure 1 montre ainsi la puissance en fonction de l'installation et de la situation géographique. Quant à la figure 2, elle présente la déperdition de puissance en fonction de l'orientation du panneau solaire et de son inclinaison.

L’unité utilisée pour calculer cette production d’énergie est le Kilowatt-heure (kWh) par Kilowatt-crête (kWc). Le kWh est une unité de « puissance » tandis que le kWc est une unitéde mesure représentant la puissance électrique maximale délivrée par une installation photovoltaïque pour un ensoleillement standard de 1 000 W/m2 à 25 °C.

En fait les chiffres donnés correspondent à la puissance maximale atteinte en fonction de l’installation (kWc).

Pour ceux qui souhaitent calculer avec précision leur rentabilité, je vous conseille ce site qui donne une estimation assez précise. Il suffit d'aller ICI.

II) Les panneaux thermiques

Au contraire des panneaux solaires photovoltaïques, les panneaux solaires thermiques ne produisent pas d’électricité mais permettent de chauffer la maison et/ou de l'alimenter en eau chaude.

En réalité, les panneaux captent les rayons du soleil qu'ils convertissent en chaleur. Ils sont composés d'un ensemble de capteurs, d'un système derégulationet d'unballon de stockage. Unfluide caloporteur(eau et antigel) est chauffé par ce système et apporte ainsi la chaleur emmagasinée au ballon de stockage de l'eau. Le soleil peut apporter jusqu'à 75 % des besoins eneau chaudeet permettre une économie annuelle de 30% sur l'énergie primaire. Il existe des panneaux solaires thermiques de différentes tailles et de deux types : les panneaux plats ou les capteurs à tubes qui sont plus grands et possèdent un meilleurrendement.

Le principe du panneau solaire thermique correspond en fait à un transfert thermique. Celui-ci provoque une variation de température. Par ailleurs, il faut savoir qu'un transfert thermique s'effectue toujours d'un corps chaud (ici le panneau qui chauffe grâce au soleil) vers un corps froid (le fluide caloproteur). On peut ainsi calculer la variation calorifique du fluide caloporteur grâce à l'expression suivante :

ΔQ = C(T2 - T1)

avec ΔQ la variation calorifique

       T1 la température initiale du fluide en degré celsius (C°)

       T2 la température finale du fluide en degré celsius (C°)

       C la capacité calorifique d'un corps en joules par degré (J/°C)

Par ailleurs, on obtient C grâce à cette expression :

C = mc

avec m la masse du fluide en kilogrammes (kg)

        c la capacité calorifique de la substance en joule par kilogramme par degré (J/kg/C°)

Pour donner un exemple, la capacité calorifique de l'eau est de 4180 J/kg/C° ce qui veut dire que pour augmenter la température de 1 kilogramme d'eau de 1 degré celsius, il faut 4180 joules. Par comparaison, il faut 450 joules pour augmenter la température de 1  degré celsius de 1 kilogramme de fer.

A ce jour, l'eau est le meilleur fluide caloporteur qui ait été trouvé car c'est celui qui peut emmagasiner le plus d'énergie thermique.

            Aujourd'hui je vais vous parler d'une énergie renouvelable très connue mais peu répandue qui se caractérise par un système que l'on retrouve dans certaines plaines de France : l'éolienne.

Je me suis particulièrement concentré sur cette partie du blog étant donné que c'est un sujet récent, particulièrement intéressant et qui a un avenir très important en ce qui concerne l'écologie.

            On estime que chaque année, le vent distribue entre 2.5 et 5.10¹⁵ kWh; une énergie très importante mais difficilement récupérable : c’est ce potentiel énorme que représente l’énergie éolienne.

Avec la mise en place de protocoles dont celui de Kyoto, visant à réduire l’émission de gaz à effet de serre, les pays ont été contraints de s’adapter aux problèmes planétaires des ressources naturelles et du réchauffement climatique, et notamment avec la mise en place d’éoliennes.

Les systèmes éoliens existent en plusieurs dimensions, allant des microsystèmes, aux turbines de 1,5 mégawatt pouvant alimenter le réseau électrique. La puissance d’une éolienne terrestre peut aller jusqu’à 3 MW. Elle varie de 4 à 6 MW pour les éoliennes en mer.

La plupart des systèmes autonomes appartiennent à l'une des trois catégories suivantes : les microsystèmes (100 W maximum), les mini système (de 100 W à 10 kW), que je vais vous présenter, et les petits systèmes (de 10 kW à 50 kW).

L’éolienne domestique à axe horizontale

1 : Rotor dont l’axe est parallèle au sol

2 : Pales (+dispositif de freinage aérodynamique) en bois pour de petites pales, en alliages d’aluminium, ou en matériaux composites (matériaux légers, résistants à la fatigue mécanique, à l’érosion et à la corrosion et d’usinage simple)
3 : Nacelle, située en haut de la tour et qui comporte toute l’installation de production d’électricité 
4 : Mât (en acier ou en béton armé) autoporteur (pour une emprise du sol minimale) + fondation enterrée
5 : Dispositif d’orientation de la nacelle pour le calage par rapport au vent
6 : Boîte de vitesse
7 : Frein
8 : Système de désenclenchement
9 : Boîtier électronique de contrôle
10 : Générateur électrique

11 : Anémomètre, donnant la vitesse du vent pour la régulation et girouette donnant l’orientation de la direction des vents

Le carter ou bâti enveloppe, protège et relie l’ensemble des pièces.

Les éoliennessont généralement bipales ou tripales. La roue bipale est la plus économique et la plus simple mais elle est génératrice de vibrations qui peuvent être importantes. La roue tripale quant à elle est plus compliquée et plus lourde, mais présente moins de risques de vibrations.

Les batteries au plomb, ne convenant que pour de faibles puissances (quelques kW), reliés à l’alternateur du rotor, permettent de lier la production d'énergie à sa consommation (récepteurs): en effet elles permettent le stockage de l'énergie. Leur capacité doit donc être suffisamment grande pour faire face à tous les aléas de la production (saison, pluies, ...) et de la consommation (surconsommations).
Pour la batterie, une décharge complète est très néfaste et la fait vieillir prématurément (oxydation de ses composants).

Le diamètre de l’hélice dépend de la puissance désirée ; il fixe aussi la fréquence de rotation maximum, que l’hélice ne devra pas dépasser pour limiter les contraintes en bout de pales dues à la force centrifuge (fatigue des pales).

La largeur des pales intervient pour le couple de démarrage dont l’efficacité augmente avec la largeur. Mais pour obtenir des vitesses de rotation élevées des pales fines et légères sont utilisées. 

        Systèmes de protection et de régulation

Le régulateur contrôle l'état du réservoir d'énergie pour protéger la batterie. Son rôle est de stopper la charge de la batterie lorsque celle-ci est chargée pour éviter le bouillonnement de l'électrolyte, ou d’arrêter le prélèvement d'énergie sur la batterie lorsqu'elle est trop déchargée.

Le capteur de vibration consiste en une boule couplée à un interrupteur par une chaîne, située sur une bague : si l'éolienne commence à vibrer, la boule tombera de la bague et l'éolienne s’arrêtera.

Le système de freinage manuel permet d'immobiliser l’éolienne lorsque le vent atteint une certaine force, soit à l’aide d’un frein, soit en plaçant l’hélice parallèle au vent (mise en drapeau), soit en modifiant le calage des pales pour obtenir un couple moteur nul.

Le système de freinage automatique fonctionne par action du vent sur une « palette » de commande, parallèle et solidaire au plan de rotation de l’hélice : lorsque la pression du vent, proportionnelle au carré de la vitesse et à la surface de la palette, atteint sur cette palette un certain seuil, elle peut entraîner la commande d’un frein.

Ce dispositif peut être associé à un ressort qui replace l’hélice dans sa position initiale lorsque l’action du vent sur la palette a cessé. 

Le système de régulation par frein aérodynamique centrifuge comporte deux palettes articulées sur un support normal à l’axe des pales principales fixes (calage constant). Ces palettes ont leur partie avant un peu plus longue et plus lourde que la partie arrière. Elles sont maintenues à la position repos par des ressorts.

Jusqu’à une certaine fréquence de rotation les palettes restent concentriques. Elles tendent à maintenir la fréquence de rotation stable lors de petites rafales.

Les pales ayant un calage fixe, la fréquence de rotation augmente avec la vitesse du vent. Lorsque cette vitesse dépasse un certain seuil, la fréquence accélère, la force centrifuge et la pression de l’air sur les palettes deviennent prépondérantes. Les palettes pivotent et prennent la position correspondant au freinage.

La vitesse diminue alors et l’action des ressorts redevient prépondérante, ramenant les palettes à leur position initiale.

La régulation par variation du calage des pales  consiste à conserver une fréquence de rotation constante de l’hélice pour toute une gamme de vitesses de vent, en maintenant le rotor face au vent. Cette régulation est obtenue en faisant varier l’angle de calage, angle entre la pale et le plan de rotation, et par suite l’angle d’incidence qui est l’angle entre la direction de la vitesse du vent relatif et l’axe de la pale.

L’angle de calage est de 0°  Ce système ne permet pas de réduire la force du vent agissant sur le mât, l’éolienne faisant obstruction au vent, en restant fixe. La mise en drapeau est donc privilégiée en cas de fort vent pour éviter l’arrachement du mât.

L’angle de calage est compris entre 1° et 89° ; il y a collecte d’énergie.

Les pales ne font pas obstruction au vent, il n’y a pas de collecte d’énergie, l’angle de calage vaut 90°. L’éolienne est en drapeau, elle est à l’arrêt dans le lit du vent.

         Principe : l’énergie éolienne

Le vent est un déplacement de différentes masses d’air. En effet le soleil réchauffe la surface de la terre de manière plus importante au niveau de l'équateur. Cet air réchauffé, donc plus léger va s'élever puis se diriger vers des zones plus froides : Les pôles. L'air ainsi refroidit aura tendance à se rediriger vers l'équateur. À ces phénomènes de montées et descentes d'air, vont se combiner des déplacements d'air latéraux engendrés par la rotation de la terre. L'énergie cinétique contenue dans ces déplacements de molécules d’air, à l’origine du vent, est appelée énergie éolienne.
En effet tout corps en déplacement emmagasine de l’énergie cinétique. Le principe de l’hélice d’une éolienne est de capter cette énergie contenue par le vent.

Le vent muni d’énergie cinétique peut le transmettre à tout objet avec lequel il entre en contact.

Un corps faisant obstruction au vent capte donc son énergie cinétique mais est aussi à l’origine d’une dépression occasionnée par sa masse, ce qui entraîne une perturbation.

La surpression devant l’obstacle, endroit où le transfert d’énergie cinétique est le plus important, est à l’origine du mouvement de l’hélice de l’éolienne. Le vent fait tourner les pales de l'éolienne domestique entre 10 et 25 tours par minute environ.

Le rotor, entraîné par le vent va faire tourner l'arbre, qui lui même entraînera le mécanisme d’une génératrice qui elle transformera l’énergie mécanique en électrique, traitée par un onduleur et stockée dans des batteries. Des panneaux solaires photovoltaïques raccordés au système permettent de relayer l’éolienne en été, période moins venteuse ou à faible vent.

Plus l’angle de calage est grand, plus petite sera la surface de balayage.

Le « pas » d’une hélice représente la distance qu’effectue le rotor en un tour.

Le pas varie donc avec l’angle de calage de la pale ; si l’on diminue le pas, on augmente la surface de balayage, donc on augmente la force de vent.

Il y a donc deux paramètres principaux entrant en jeu dans la rotation de l’éolienne : le vent et l’angle de calage.

La puissance du vent (quantité d’énergie par seconde) varie au cube, avec la vitesse du vent, c’est à dire que si la vitesse du vent double, alors sa puissance en sera octuplée (2³).

L’énergie récupérable est celle qu’il est possible de prélever de l’énergie cinétique du vent.

Formule de Betz :

P_max= k*ρ*S*V ³

P_max en W/m² 

ρ la masse volumique de l’air en kg/m³

S la surface du disque décrit par les hélices en m²

V la vitesse du vent m/s

k = constante = 8/27 = 1/2C_xoptimale

La puissance dépend donc en partie de la masse volumique du vent : en effet la traînée dans l’eau est bien plus importante que celle dans l’air, à une même vitesse.

En pratique la puissance récupérée ne dépasse pas en général 60 à 70% de la puissance maximale, du fait des pertes aérodynamiques et mécaniques.

F = ρ*C_x*V²/2*S

F la valeur de la trainée en Newton (N)

ρ la masse volumique de l’air en kg/m³

S la surface du disque en m²

C_x l’ensemble des rendements, y compris des paramètres de l’hélice

V la vitesse du vent en m/s

Or W = F*d

W le travail de la force en Joules (J)

D la distance en m

P = W/t

P la puissance en Watt (W)

T le temps en s

Donc P = F*d/t = F*V

D’où P = ρ*C_x*V³/2*S

Etant donné que la puissance est proportionnelle au cube de la vitesse du vent, elle augmente donc très vite avec celui-ci. C’est pourquoi la vitesse du vent est vite limitée pour ne pas détériorer l’éolienne qui subit cette force.

 Coût,    Entretien, rentabilité

Pour envisager d’acquérir une éolienne, il faut se situer en zone rurale, dans un terrain dégagé de plus de 2000 m²,  de préférence sur des plaines, crêtes ou cols éloignés d’obstacles, dans une région où le vent est régulier, la vitesse moyenne annuelle devant être d’environ 7m/s, soit 25,2km/h (4,5m/s : assure l'amorçage de l'éolienne ; 25m/s : le vent est trop fort, l'éolienne s'arrête grâce aux dispositifs de sécurité).

La distance séparant l’éolienne domestique de l’habitation va dépendre du modèle d'éolienne choisi : plus la distance est grande, plus les déperditions d’énergie sont importantes.

Un bon entretien permet de rallonger la durée de vie et diminuer le risque de casse majeure d'une éolienne ; il ne faut donc pas négliger cet aspect.

- Vérifications régulières du bon fonctionnement de l'éolienne

- Lubrification régulière des différents systèmes

- Vidange annuelle de la boite de vitesses

- Resserrer les écrous et les boulons

- Réglages à vérifier

- Repeindre les pales régulièrement

- Remplacer le ruban protecteur sur le bord d'attaque des pales

- Changement des roulements à billes

- changement du rotor (tous les 9 ans en moyenne)

- changement de la batterie (tous les 3 à 5 ans)

- changement du régulateur (tous les 7 à 10 ans)

De nombreuses entreprises proposent aujourd’hui des kits plus ou moins solides et efficaces, allant de 1 à 2,7 kW (pales de 3 à 5 m de diamètre) avec régulateur, onduleur, mât (de 12 à 18 m) et câble, pour des sommes allant de 8 200 à 18 000 €, permettant une production annuelle de 2 300 9 000 kWh.

L’investissement dans une éolienne domestique varie en fonction de la puissance, de la taille du mât et des travaux d’ancrage. Les éoliennes domestiques d'une puissance d'1 kW coûtent environ 7000 euros HT, crédit d’impôt non déduit.

Pour un foyer moyen en France, avec un vent moyen annuel de 4,5 m/s, une éolienne domestique de 3,50 m de diamètre et 12m de haut pour une puissance de 2 kW suffit et son installation coûte entre 15 000 et 20 000 euros (crédit d’impôt non déduit : 50% du coût matériel ; assiette plafonnée à 8000€ par adulte et 400€ pas enfant à charge). En fonction de son exposition au vent, votre éolienne domestique pourra ainsi produire entre 30 à 50% de la consommation annuelle d'électricité d'un foyer de quatre personnes soit environ 5000 kW.h

Par conséquent une éolienne est rentable à partir de 10 ans d'exploitation, et ilne faut pas oublier qu'elle demande un entretien régulier.

Une éolienne de 1 000 kW (1 MW) permet de couvrir les besoins électriques domestiques moyens (chauffage électrique inclus) de 1 000 personnes (au moins).

La production d’électricité augmente avec le diamètre des pales et la longueur du mât :
en effet plus le mât est haut, plus la vitesse du vent est élevée et régulière.

Prenons l’exemple d’un ballon d’eau chaude de masse M, pour avoir une idée du temps nécessaire pour le chauffer en fonction des kWh.

M=200kg

P = W/t

P la puissance en W

W le travail de la force en J

T le temps en s

Donc : 1kWh = 3.6*10⁶J

Q = M

Q l’énergie calorifique en J

M la masse en kg

Δ_T la variation la variation de température ;Δ_T = T_désirée-T_initiale

C_m la capacité thermique massique de l’eau en J/kg/K. C_m = 4186 J/kg/K

T_initiale= 10°C

T_désirée = 60°C

Δt = 50

Q = 200*50*4186 = 4.186*10⁷ J

Pour 1kWh : t = Q/P = 4.186*10⁷/10³≈ 11,6h

Pour 2kWh : t ≈ 5,8h

Pour 3kWh : t ≈ 3,8h

 Il faut donc 11,6h pour chauffer l'eau d'un ballon à 50° à partir de sa température initiale avec 1kWh, 5,8h avec 2kWh et 3,8h avec 3kWh. 

 Avat       Avantages et Contraintes

         L’énergie éolienne est une énergie propre, renouvelable et inépuisable : elle ne produit aucun rejet nocif pour la santé et l’environnement, et donc pas d’émission de gaz à effet de serre.

Une éolienne de 2 MW permet d’éviter le rejet annuel de 2 000 tonnes de dioxyde de carbone CO2 dans l’atmosphère.

De plus elle recouvre une partie de la consommation électrique, ce qui présente un avantage financier.

Enfin, les principaux composants de l’éolienne peuvent être recyclés ou réemployés en fin de vie.

Mais le socle en béton de l’éolienne reste enfoui dans la terre après démantelage de l’éolienne.

En outre, le coût d’un projet éolien, de l’étude à l’exploitation, est élevé ; toutefois, cet aspect pourrait s’améliorer avec le développement de l’énergie éolienne à l’échelle européenne.

Aussi une installation éolienne est-elle prévue pour durer entre 15 et 20 ans minimum. Malgré tout, il n’y a pas assez de recul pour déterminer sa durée de vie exacte, donc sa rentabilité réelle. Comme elle n'est rentable qu'à partir de 10 ans, et qu'elle demande un entretien important, le coût d'un projet éolien est donc élevé.

Ensuite, le bruit dû à la génératrice et au déplacement des pâles est non négligeable : entre 20 à 60 dB (35 décibels équivalent au bruit d’une conversation à voix basse), selon la puissance de l’installation, la zone "critique" se situant dans les 400 à 500 m autour de l’appareil. Mais les technologies utilisées dans la fabrication d’éoliennes ont permis de réduire de manière significative les émissions sonores.

Il faut également prendre en compte le paysage et la nature : Il ne faut pas se situer près d’un site protégé ou monument culturel, site classé, site historique, couloir aérien, couloir de migration d’oiseaux.

Au niveau administratif, au delà d’un mât de 12m de haut pour l’éolienne, un permis de construire est obligatoire, alors qu’en dessous seule une déclaration de travaux est nécessaire. Il faut faire part du projet éolien au maire de la commune concernée, et vérifier sa compatibilité avec la réglementation en vigueur (Zones de Développement de l’Eolien ‘ZDE’).

Enfin la contrainte météorologique est majeure : lorsque le vent est trop fort, les éoliennes se mettent en sécurité et ne produisent plus. La variation de la puissance fournie par l’aérogénérateur, liée au vent, peut être remédiée par la présence d’une batterie de stockage et/ou d’une source d’énergie secondaire qui se met en marche lorsque la batterie est vide (ex : panneaux photovoltaïques).

L’éolienne produit donc une énergie propre non négligeable. Cependant, comparée à l’énergie des centrales thermiques qui rejettent du CO₂ ou des centrales nucléaires , bon marché mais qui impose le stockage de déchets radioactifs, l’énergie éolienne est bien moins productrice : elle ne peut suffire à elle seule par exemple à alimenter des réseaux trop importantes, au même titre que les panneaux solaires. Il faut 450 éoliennes de 2MW pour produire l’équivalent d’une tranche d’une centrale nucléaire, qui produit environ 900MW. Mais compte tenu que l’éolienne fonctionne en moyenne 30% du temps, dans une région, à cause des contraintes météorologiques, il nous faudrait encore 3 fois plus d’éoliennes, soit 1350 éoliennes, implantées dans des régions différentes. Il est en effet  peu probable qu’il n’y ait pas de vent simultanément dans ces trois régions suffisamment éloignées.

Dans une maison écologique, pour assurer une production d'énergie la plus permanente possible, il est donc nécessaire d'utiliser d'autres systèmes complémentaires à l'éolienne: en effet il est assez rare de ne pas avoir de vent la nuit. En outre celui-ci est faible, généralement lors d'anticyclones, donc lorsque les panneaux solaires sont très producteurs la journée.

              Ma maison est enfin transformée. J'ai installé un panneau photovoltaïque sur le toit, changé l'isolation, placé une éolienne domestique et fait du jardinage !

Ce blog reste donc d'actualité mais je ne posterai plus d'articles. Je tiens à rappeler que je n'ai pas parlé de toutes les énergies renouvelables qui existent mais plutôt de celles qui sont accessibles au grand public. Bien sûr il existe de nombreuses façons originales de transformer ou de construire sa maison écologiquement mais je pense avoir saisi le cas général.

Pour atteindre les 21% d'énergie produite, d'origine renouvelable, la France, et d’autres pays, utilisent les centrales l'hydrauliques, qui ne rejettent pas de gaz à effet de serre mais qui sont contraignantes pour la faune (barrage), la flore et la population (évacuation de zones). La solution peut aussi se trouver dans les éoliennes off shores, installées en mer, très près de la côte, où les vents sont plus stables, plus prévisibles et plus forts. 

Pour être efficace énergétiquement tout en diminuant les rejets nocifs, il faut donc associer différentes techniques pour que l’ensemble de la chaîne énergétique soit cohérente, de sa production à sa consommation. Ainsi, c’est de l’efficacité de chaque technique que dépend l’efficacité de tout le système et de l’interconnexion des différentes sources.  

À l’heure actuelle, l’enjeu essentiel serait donc de réduire nos consommations d’énergie à titre individuel, et de mettre en place des systèmes écologiques locaux de production d’énergie, pour particulier.

Ainsi apporteraient-ils une quasi-indépendance énergétique. De plus pour espérer être totalement indépendant, on est contraint à réduire notre consommation car la production locale n’est pas toujours suffisante. Ces systèmes sensibiliseraient donc à l’écologie. Ce choix d’une maison écologique est donc un compromis entre respect environnemental, autonomie, investissement et entretien. 

Le caractère évolutif de l’écologie et le manque de recul doivent être pris en compte à l’échelle collective, comme individuelle, pour ne pas sous-estimer les inconvénients, non tous décelés à ce jour, de l’économie verte, qui nécessite une vision globale et à long terme, et une coopération internationale.

Aussi le changement des habitudes quotidiennes de chacun pourrait-il donner des résultats quasi-immédiats sur la réduction du gaspillage énergétique.

Sur ce je vous laisse. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à me contacter à l'adresse suivante : unemaison@ecolo.fr.

Cordialement,

François.

Voici le référencement des sites que j'ai utilisé pour la construction de ce blog et l'aménagement de ma maison qui pourront éventuellement vous aider dans votre propre transformation.

• PARTIE VMC, AGENCEMENT DES PIECES ET ISOLATION :

       VMC

http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=15048

http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/ventilation/rub4.htm

Documents obtenus via des entreprises, devant respecter la politique de confidentialité

       Agencement des pièces

http://planeteconom.free.fr/index.php/306-economie.html

       Isolation

http://www.climamaison.com/isolation-thermique-maison.php?Doss=37

Documents obtenus via des entreprises, devant respecter la politique de confidentialité

• PARTIE PANNEAUX SOLAIRES :

Le photovoltaïque

http://www.panneauxphotovoltaiques.com/

L’installation

 http://solaire.comprendrechoisir.com/comprendre/panneaux_solaires_photovoltaiques

Estimer sa production

http://photovoltaique.pureforum.net/calcul-de-production-f20/estimer-sa-production-en-10-secondes-t5237.htm

Le thermique

http://www.cuivre.org/ecosimul/informatif/index.php?rub=2

http://www.ideesmaison.com/Energies/Solaire/Panneaux-solaires-thermiques/Panneaux-solaires-thermiques.html

• PARTIE ÉOLIENNE :

LIVRE 

Encyclopædia universalis, Aalto, Althusser, p.328-c

SITES 

http://www.energiepropre.net/eolien.htm

http://www.demain-la-terre.net/Eoliennes-comment-ca-marche

Énergie éolienne

http://www.paysdecorlay.com/page.php?id=69&idPartie=10

http://www.cder.dz/download/jnv2_24.pdf

http://membres.multimania.fr/tipemaster/TIPE/Eole/Eole.html

http://www.sunsystemlt.com/SS_pgFR/PageIntro.htm#EPhotoComposant

http://fopabile.free.fr/Pales.html

http://perso.numericable.fr/~flopark/tpe/

Rentabilité, Coût, Avantages, Inconvénients

http://www.edf.fr/fichiers/fckeditor/File/EDF-Nos-Energies/Enr/EDF200811_eolien.pdf

http://pagesperso-orange.fr/badkiller.alex/Lenergie_eolienne_aujourdhui.htm

http://gte.univ-mlv.fr/salonENR/ROJL.pdf

http://www.consoglobe.com/bp86-2804_installer-eolienne.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_renouvelable

http://www.eolien-poitou-charentes.com/dyn/pages/reunion_cre/presentation_petit_eolien.pdf

http://www.debat-atrebatie.org/suivre/compte-rendus-des-ateliers-de-reflexion/cout-et-rentabilite-de-l-eolien

Entretien

http://eolienne.f4jr.org/auto-construction

Systèmes de sécurité

http://www.talentfactory.dk/fr/tour/wtrb/safety.htm