Physique  |  Technique

 

Elie Willemin, 2007 | Prêles, BE

 

Ce travail de maturité porte sur la conception et la mise en place d’une station météorologique autonome en énergie grâce à une éolienne. L’objectif est de mesurer et de transmettre des données météorologiques sans dépendre d’une alimentation externe. Dans le contexte actuel où l’optimisation énergétique est un enjeu majeur, cette étude explore la faisabilité d’un tel dispositif et les défis techniques liés à son autonomie. Après la conception et l’assemblage de la station, plusieurs tests ont été effectués afin d’évaluer la précision des capteurs et la capacité de l’éolienne à subvenir aux besoins énergétiques du système. Les résultats montrent que, bien que le dispositif soit fonctionnel, l’énergie produite reste insuffisante pour garantir une autonomie complète. Ce travail démontre les limites des petites éoliennes pour alimenter des dispositifs électroniques et propose des amélioration pour optimiser l’efficacité du système.

Problématique

Les stations météorologiques nécessitent généralement une alimentation externe, ce qui limite leur déploiement dans des zones isolées. Ce projet vise à concevoir une station totalement autonome, fonctionnant uniquement grâce à l’énergie éolienne. Le principal défi réside dans la production énergétique, qui doit être suffisante pour alimenter les capteurs et le microcontrôleur tout en assurant une transmission fiable des données.

Méthodologie

La conception du projet s’est déroulée en plusieurs étapes. Tout d’abord, une éolienne de type Savonius a été choisie en raison de sa faible vitesse d’activation et de sa capacité à capter le vent dans toutes les directions. Son modèle a été conçu en 3D et imprimé en plastique afin de limiter le poids et de favoriser un démarrage même à faible vitesse de vent. Un générateur a été intégré pour transformer l’énergie mécanique en électricité.
Un microcontrôleur Raspberry Pi Pico a été sélectionné pour gérer les capteurs et assurer le traitement des données. Les capteurs utilisés mesurent la température, l’humidité, la pression atmosphérique et la luminosité, tandis que la vitesse du vent est évaluée indirectement en fonction de la puissance produite par l’éolienne. Un convertisseur Boost a été ajouté pour élever la tension produite à un niveau suffisant pour alimenter le microcontrôleur et les capteurs.
Après l’assemblage du système, des tests en extérieur ont été menés pour observer le comportement de l’éolienne face aux conditions météorologiques réelles.

Résultats

Les capteurs ont fourni des mesures météorologiques fiables, avec des relevés de température variant entre 6°C et 16°C sur 48 heures, une humidité atteignant 100 % lors de périodes de pluie et des variations de pression atmosphérique d’environ 1 hPa sur deux jours. Cependant, l’éolienne a montré des limites importantes en matière de production d’énergie. Même avec des vents forts, la puissance générée restait inférieure aux besoins du système. La tension maximale atteignait 1.8V, insuffisante pour alimenter directement le microcontrôleur, nécessitant l’ajout d’un convertisseur Boost pour élever la tension à 5V. Malgré cette modification, l’énergie produite ne permettait qu’un fonctionnement intermittent du système, et l’autonomie complète n’a pas pu être atteinte.

Discussion

Bien que fonctionnel, le prototype souffre d’une production énergétique insuffisante. L’éolienne, étant certes facile à fabriquer, n’est pas assez performante pour garantir un fonctionnement continu. Un modèle plus efficace pourrait améliorer la situation, mais nécessiterait une conception plus complexe. La consommation énergétique du microcontrôleur et des capteurs représente également un défi. Une optimisation logicielle, avec des mises en veille prolongées, pourrait réduire cette consommation.

Conclusions

Ce projet a démontré qu’une station météorologique autonome alimentée par une éolienne est réalisable, mais encore limitée par la production d’énergie. L’éolienne Savonius a montré des performances acceptables, mais insuffisantes pour une autonomie complète. Ce travail souligne les défis liés à l’utilisation des énergies renouvelables pour des systèmes autonomes et propose plusieurs pistes d’amélioration. Une optimisation de la consommation énergétique et une production électrique supérieure seraient nécessaires pour atteindre l’autonomie totale. Ce travail démontre la complexité d’un tel dispositif, mais souligne aussi le côté prometteur de cette technologie.

 

 

Appréciation de l’expert

Alessandro Basili

Le travail de Elie Willemin, démontre une organisation et une clarté remarquables dans sa présentation. L’exposition de la motivation, la conception d’une station météorologique autonome en énergie, est précise et convaincante. Le rapport relate avec détail les défis techniques rencontrés, témoignant d’une compréhension relativement approfondie des enjeux. L’intégration d’éléments théoriques et pratiques, ainsi que la documentation des expérimentations, assure une approche complète et rigoureuse.

Mention:

très bien

Prix spécial «Recherche sur le Jungfraujoch» décerné par l’Académie suisse des sciences naturelles & le Paul Scherrer Institut

 

 

 

Gymnase de Bienne et du Jura bernois
Enseignante: Eliana Renzo