Recherches innovantes pour produire de l'électricité par des low-tech

Bonjour,

Intéressé par des moyens low-tech pour produire de l’électricité domestique, j’ai quelques idées sur lesquelles j’aimerais faire un peu de recherche.
Je suis en quête d’études qui auraient pu être faites quant à ces idées et/ou savoir si cela existe déjà, et puis expérimenter.

Je cherche surtout des solutions utilisant peu de ressources rares, et qui soient réalisables pour le commun.

Première idée : Utiliser le mouvement des arbres.
Celui qui se promène dans la campagne et dans les forêts voit que nos arbres ne sont pas immobiles, surtout quand il y a du vent. Et certains ont une masse conséquente. Plutôt que de les couper pour mettre des éoliennes, ne pourrait-on pas directement récupérer leur mouvement ? Via des câbles, etc. Et entretenir ainsi le mouvement rotatif d’un alternateur (avec par exemple un volant d’inertie).
Des calculs à la louche montrent qu’il faudrait des dizaines ou centaines d’arbres pour produire suffisamment pour une maison. Mais ce n’est pas les arbres qui manquent. L’investissement est peu coûteux, et c’est mieux que de couper des arbres. Cela pourrait être un bon apport d’énergie complémentaire à la campagne. Même si cela risque de demander de l’entretien (les arbres poussent et meurent, eh oui).

Deuxième idée : Se servir de la force d’Archimède
Il s’agirait d’utiliser le principe d’une Montgolfière, non pas dans l’air, mais dans l’eau (qui est incompressible). Une cuve d’eau, dans laquelle serait mise une masse avec une bouée remplie d’air.
Cette bouée serait reliée à une source chaude et une source froide pour faire monter et descendre la masse.
Les deux sources seraient par exemple deux autres ballons d’eau calorifugés, mis à température froide et chaude par le différentiel jour/nuit (qui peut déjà suffire), et aussi éventuellement par le solaire, par la géothermie, par un poêle à bois, etc.
Une circulation d’air (réchauffée ou refroidie en passant dans les ballons d’eau) changerait la température de la bouée, et donc sa masse volumique. Nous pourrions rendre la masse+bouée plus lourde ou plus légère que l’eau, et ce alternativement.
La masse et la bouée monteraient et descendraient dans la cuve. Cela donnerait un mouvement mécanique qui pourrait être récupéré en rotation dans un alternateur (ce qui donne un bon rendement).
L’avantage, c’est que l’eau contient des milliers de fois plus de chaleur volumique que l’air, donc on a ce qu’il faut pour réchauffer ou refroidir l’air une multitude de fois. L’eau stocke très bien la chaleur.
Les calculs à la louche (si je ne me suis pas trompé) semblent indiquer que c’est plutôt intéressant comme idée.

Je tâcherai d’ajouter un dessin à ce message, pour ceux qui ont besoin.

A priori, rien de brevetable quant au mouvement des arbres et à la force d’Archimède (ce serait honteux :wink:). Cela ne va pas intéressé les puissants.
Mais peut-être cela aura-t-il de l’intérêt pour ceux qui aiment les low-techs ?

Je suis preneur de commentaires, de remarques, etc. Et aussi de liens vers des études qui auraient pu être faites concernant ces deux idées : je n’ai pour le moment encore rien trouvé.
Vous pouvez aussi me dire que mes idées sont nulles :upside_down_face:, mais en expliquant pourquoi !!

2 « J'aime »

Salut Henri,
Pour le mouvement des arbres, c’est marrant il y a quelques temps en traînant sur youtube je suis tombé sur une vidéo d’un gars qui a fait ça y a 6 mois, et qui a même amélioré le système dans une deuxième vidéo à partir des retours dans les commentaires. Une sorte de démarche de conception participative ahah
Bon, sans se lancer dans le débat de est ce que c’est low-tech ou pas, je te laisse regarder les vidéos pour déjà jauger de la viabilité de l’idée : https://www.youtube.com/watch?v=BSxK5VagSb8&ab_channel=ConceptCraftedCreations

Bonjour Pierre,

Merci beaucoup pour ce lien !
Cela me réjouit de voir que d’autres ont eu la même idée quant aux mouvements des arbres. Et j’ai été content de voir un premier prototype !
Je vais prendre le temps de regarder en détail ce qu’ils ont fait.

Pour la force d’Archimède, de la recherche a été faite sur la « batterie de Carnot », qui est bien sûr l’idée similaire la plus répandue.
https://cethil.insa-lyon.fr/sites/cethil.insa-lyon.fr/files/these_mega_2024.pdf

Cela se résume dans ces deux extraits :

« Parmi les technologies de stockage d’électricité à grande échelle les batteries de Carnot
présentent un grand intérêt. Leur principe de fonctionnement repose sur le stockage de
l’électricité sous forme d’énergie thermique. La phase de charge est effectuée par un cycle
de pompe à chaleur (conversion d’électricité en chaleur), et la phase de décharge est
réalisée à l’aide d’un moteur thermique (cycle de Rankine par exemple qui permet de
convertir la chaleur en électricité). »

"La complexité tient au fait que dans une batterie de Carnot les composants agissent de façons inverses :

  • une grande différence de températures entre les sources améliore le rendement de la partie motrice, mais pénalise le coefficient de performance de la partie pompe à chaleur ;
  • une petite différence de températures entre les sources améliore le coefficient de performance de la partie pompe à chaleur, mais pénalise le rendement de la partie motrice."

Pour ma part, j’ai l’intuition qu’un générateur d’Archimède tel que je l’ai décrit plus haut résoudrait le problème, car il faut une petite différence de température pour que l’air devienne plus lourd ou plus léger que l’eau, avec une variation suffisante de densité pour obtenir un mouvement susceptible de fournir de l’électricité.
Mais cela demanderait de la recherche, des calculs et des expériences plus poussées que je n’en ai fait pour le valider ou l’infirmer.

Bonjour,

Pour faire suite aux discussions ci-dessus, voici une autre idée pour produire de l’électricité qui à première vue semble intéressante.

Il s’agit de stocker l’énergie sous forme de chaleur dans l’eau, et de la retransformer à l’aide d’un moteur à air comprimé.
Cela compenserait les défauts reconnus des deux solutions (moteur à air comprimé, stockage dans l’eau chaude), en alliant leurs qualités.

En quelques mots, voici le principe, avec des calculs (que j’espère juste).

1 – Premièrement, récupérer un différentiel de température dans des cuves d’eau calorifugées.
Par exemple, une cuve d’eau refroidie la nuit, et une autre réchauffée le jour, par des échangeurs thermiques.

Pour nos calculs, prenons un différentiel de température de 40 °C (de 10 à 50 °C), et des cuves de 1000 L. J’ai pris ici un petit différentiel, qui peut facilement être augmenté (panneaux solaires à eau chaude, etc).
Comme la chaleur volumique de l’eau est de 4200 kJ/m³/K, on peut stocker ainsi 168 000 000 J.

2 – Deuxièmement, transformer ce différentiel de température en surpression d’un volume d’air.
La chaleur volumique de l’air à pression atmosphérique est de : 1,256 kJ/m³/K. Nous pourrions chauffer 3 343,95 fois plus de volume d’air du même différentiel de température pour l’ énergie contenue dans l’eau.
Comme les moteurs à air comprimé fonctionnent entre 4 et 10 bars, nous prendrons la pression du volume d’air à 6 bars comme valeur minimale. La chaleur volumique de l’air à cette température est de : 7,536 kJ/m³/K. Nous pouvons alors chauffer 557 fois plus de volume.

Prenons une cuve de 1000 L d’air. La chauffer de 40°C représente une énergie de 301 440 J.
D’après la loi des gaz parfaits, PV = nRT.
Élever la température de 40 °C (de 283,15 K à 323,15 K) revient à avoir une pression de 6,85 bar, soit une augmentation de 0,85 bar.
C’est-à-dire de 85 883 Pa (=J/m³).
La surpression correspondant à une énergie de 85 883 J.

Le rendement est ici de 28 %. Il y a de la perte, mais les différentiels de température de 40 °C sont abondants.
Si nous répétions les échanges thermiques entre l’air et l’eau pour récupérer toute l’énergie stockée dans la chaleur de l’eau, nous aurions une énergie de surpression de 47 865 kJ. Cela représente 13,30 kWh.
Pour comparaison, c’est à peu près trois fois la consommation quotidienne électrique d’une maison, hors chauffage.

3 – Troisièmement, utiliser cette compression de l’air dans un moteur à air comprimé pour produire de l’électricité (ou pour être utilisé directement dans une machine rotative).
Les moteurs à air comprimé ne sont pas connus pour avoir des bons rendements, mais ici la compression de l’air semble abondante (grâce à l’eau chaude).
Avec un rendement de 30 %, et pour l’installation dimensionnée selon ce qui a été dit plus haut, cela donne 4 kWh de disponible durant la journée.
C’est ce qu’un foyer a besoin !
Pour compenser des mauvais rendements, ou si nous avons davantage de besoin d’électricité, nous pouvons toujours augmenter la taille des cuves, ou en ajouter d’autres, ou augmenter le différentiels de température.

Cela semble prometteur, car les différentielles de température nécessaires sont abondants, et la matériel est facilement accessible, et installable en quantité.

L’avantage,par rapport à un moteur Stirling (qui pourrait faire la même chose) :
→ c’est qu’un petit différentiel de température ne fait pas chuter le rendement,
→ et cela semble aussi beaucoup moins onéreux.

Que pensez-vous de cette solution ? Ai-je fait une erreur de calcul ?
Je m’en vais expérimenter cela…

Ou alors, la surpression pourrait être récupérée directement en faisant monter de l’eau par gravité, qui passerait ensuite dans une turbine…

Pour revenir à la première idée tout en haut, celle de faire de l’électricité avec le mouvement des arbres, cela m’a donné l’idée d’utiliser pour cela des vases à expansion.

Ce sont des ballons d’eau avec une membrane séparant deux parties :
→ une d’air : qui s’ajuste selon la pression.
→ une d’eau : qui sert normalement à absorber la différence de volume d’eau du système.

L’idée serait d’en accrocher sur les branches des arbres pour récupérer le mouvement vertical. Directement aux branches si le mouvement de la branche est suffisamment vertical ; ou à l’aide d’un câble et d’une poulie si le mouvement de la branche est davantage horizontal.

Le vase à expansion produirait en montant une augmentation de la pression dans le tuyau d’eau au niveau du sol, et en descendant une diminution. Un peu comme un château d’eau : et ces différences de pression seraient récupérables en énergie.

Utiliser un vase à expansion permet de régler la pression de l’air pour ajuster tous les vases en expansion d’une même installation entre eux. Et on en trouve partout à pas cher.

Ce sera plus simple je pense que d’accrocher des câbles depuis les branches jusqu’à un alternateur (comme le fait la personnes sur la vidéo). Les tuyaux d’eau peuvent être souples et s’adapter au parcours des branches et du tronc. Et la masse du vase d’expansion peut facilement être ajustée selon la taille de la branche.

Qu’en pensez-vous ?

1 « J'aime »