La gestion de l'électricité à bord d'un voilier est un enjeu crucial, surtout pour les longues navigations où l'accès aux ressources terrestres est limité. Cet article permet d'évaluer vos besoins électriques et de les comparer avec vos capacités de production. En lisant ce texte, vous serez en mesure d'évaluer votre bilan énergétique. Vous pourrez ainsi déterminer le besoin de changer vos systèmes de production ou s'il est préférable de réviser vos besoins.
Fondamentaux : Watt, Wattheure et Ampère-heure
Faire un budget électrique demande de comprendre les concepts de Watt, de Wattheure et d'ampère-heure. Les appareils électriques détaillent leur puissance en Watt alors que les systèmes de piles ou de production détaillent leurs capacités en Ampère-heure. Il faut donc être capable de convertir ces unités pour comparer des pommes avec des pommes.
Le Watt est une mesure de puissance. Par exemple, un grille-pain de 100 Watts demande « 100 unités de puissance » pour être en mesure de fonctionner. Les appareils plus puissants demanderont plus de Watt et les appareils moins puissants en demanderont moins.
Le Wattheure (Wh) est une unité d'énergie : elle calcule la quantité de Watt requis pour faire fonctionner un appareil pendant une durée. Ainsi, 100 Wh représente l'énergie requise pour faire fonctionner un appareil de 100 Watts pendant une heure. Alternativement, elle désigne également l'énergie requise pour faire fonctionner un appareil de 50 Watts pendant deux heures, ou encore un appareil de 25 Watts pendant quatre heures. Par exemple, si votre radio VHF demande 25 Watts de puissance lorsque vous émettez un appel radio, et que vous faites à peu près cinq minutes d'appels radios pendant une journée, alors vos besoins d'énergie pour vos appels VHF sont d'à peu près 2.08 Wh par jour.
Sur les bateaux, la notion d'énergie est souvent exprimée en termes d'Ampère-heure (Ah). Comme le standard des bateaux nord-américains est de 12 volts, un ampère-heure correspond à un wattheure divisé par 12. En d'autres termes, 1 Ah = 1 Wh / 12.
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Méthodologie de construction du bilan sur Excel
La démarche d'identification des besoins par appareil est relativement facile à faire avec un tableur (e.g. Excel). Pour construire son bilan, il convient d'identifier la puissance de nos appareils (sur leurs étiquettes ou leur description en ligne) et d'évaluer pendant combien de temps on les fait fonctionner pendant une journée. Ça nous donne alors les besoins d'énergie en Wh pour une journée. Ensuite, il faut convertir ces Wh en Ah en divisant par douze pour obtenir le nombre d'ampère-heure requis pour ces appareils. Enfin, il faut faire la somme des besoins en Ah pour la comparer à la somme de la production en Ah.
Quelques lignes de ce tableur auraient ainsi la forme suivante :
- Item : Antenne Starlink, Puissance (W) : 75, Temps (h) : 3, Énergie (Wh) : 225, Énergie (Ah) : 18.75.
- Item : Radio VHF, Puissance (W) : 25, Temps (h) : 0.08, Énergie (Wh) : 2, Énergie (Ah) : 0.17.
On remarquera que la dernière colonne n'est rien d'autre que la quatrième colonne divisée par 12. On notera également que la quatrième colonne n'est rien d'autre que le produit de la deuxième par la troisième. L'évaluation du temps n'a pas besoin d'être exacte à la minute près. Une estimation raisonnable suffit pour établir un ordre de grandeur. Ultimement, pour tenir compte de ces estimations et d'autres facteurs impondérables tels que l'énergie perdue dans les circuits, on ajoutera une marge de sécurité de 15% à partir des besoins établis.
Inventaire des équipements et modes opérationnels
Il faut faire le tour de l'ensemble des systèmes électriques à bord pour faire un bilan énergétique. Deux conseils pratiques permettent de sauver du temps. Premièrement, c'est une bonne idée de se concentrer sur les appareils qui consomment beaucoup d'énergie : frigidaire, watermaker, air climatisé, guindeau, radar, ordinateurs personnels, chaîne stéréo, télévision et système de cuisson électrique. Deuxièmement, bien des éléments sont identiques à bord et consomment peu d'énergie, comme les lampes d'éclairage LED.
Vos besoins ne seront pas les mêmes si vous êtes en navigation ou si vous êtes à l'ancre. En navigation, le radar et les instruments de bord seront allumés, mais la télévision ne sera peut-être pas autant en demande. Inversement, le feux de mouillage ne sera allumé qu'à l'arrêt. C'est donc une bonne idée d'estimer vos besoins énergétiques selon les deux modes opérationnels, en adaptant la consommation et les besoins selon le mode.
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Évaluation de la production d'énergie
L'évaluation de la production d'énergie à bord est relativement simple, notamment parce que les sources d'énergie sont limitées : panneaux solaires, alternateurs, éolienne, turbine électrique. Il convient de souligner qu'il faut prendre la capacité de production rapportée par les fabricants avec un grain de sel. C'est particulièrement le cas pour les alternateurs et les panneaux solaires. À titre d'exemple, un alternateur de 40 ampères présume que le moteur tourne à plein régime et que les fils électriques sont suffisamment froids pour négliger les pertes thermiques.
Il n'y a pas de règle ferme, mais c'est mieux de planifier la production de manière conservatrice. Un panneau solaire de 200 W peut produire à peu près 960 Wh par jour, ou 80 Ah par jour. L'alternateur du moteur est une source essentielle d'énergie en navigation. Il charge les batteries lorsque le moteur est en marche, permettant de générer de l'électricité, en particulier pour les longs trajets.
Capacité de stockage et gestion des batteries
L'évaluation de la capacité de stockage est très simple. Il faut évaluer combien de piles sont installées sur votre bateau et ensuite dénombrer les ampère-heures totales associées à ces piles. Il faut alors retenir une plage de 30% de cette capacité, soit la plage de 50% à 80% de la charge totale, car la plage opérationnelle d'une pile (autre qu'au lithium) est l'intervalle de 50% à 80% de sa charge totale.
Les batteries au plomb-acide sont les plus économiques. Les batteries AGM représentent une version améliorée avec des performances plus élevées et un entretien réduit. Les batteries au lithium/LiFePO4 représentent la technologie la plus avancée avec une longue durée de vie (jusqu'à 5000 cycles) et une capacité de décharge profonde jusqu'à 90%. Il est fondamental de mettre en place la bonne section de fil électrique pour éviter les pertes de courant et tout risque de surchauffe.
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