Hydrogénérateurs: Comment transformer la vitesse dans l'eau en électricité

En règle générale, un apport d'énergie est nécessaire pour faire tourner l'hélice. Les hydrogénérateurs renversent cette approche. Ils constituent une véritable spécialité de la voile : comme les voiliers utilisent le vent pour se propulser, leur déplacement dans l’eau fournit une source d’énergie renouvelable avec une efficacité remarquable, car l’eau qui s’écoule à grande vitesse développe des forces considérables en raison de sa densité élevée.

À cela s’ajoute, sur les bateaux à coque à déplacement classique, le facteur de vitesse de la coque : un voilier de croisière l’atteint déjà avec un vent de près de 15 nœuds. Un hydrogénérateur adapté à cette vitesse fournit alors déjà une grande partie de sa puissance maximale. Si la vitesse du vent double pour atteindre 30 nœuds, la puissance du générateur ne change que très peu, du moins en théorie, car le bateau ne va pas beaucoup plus vite. Un éolienne En revanche, sa puissance augmente avec la force du vent et n'atteint son rendement maximal qu'en cas de vent fort.

Le rendement d’un hydrogénérateur dépend donc de la vitesse et de la distance parcourue à la voile. Lors des jours d’immobilisation au port ou dans une baie d’ancrage, un hydrogénérateur ne produit naturellement pas d’électricité. Il est donc judicieux de combiner l’énergie éolienne et Énergie solaire à utiliser en complément. De même, un générateur remorqué permet de combler les lacunes d’approvisionnement lorsque l’espace disponible sur le pont ne suffit pas pour assurer un approvisionnement énergétique autonome uniquement à partir de l’énergie éolienne et solaire.

Autrefois considéré comme un frein, aujourd'hui largement répandu

L'idée n'est pas nouvelle : autrefois, certains navigateurs au long cours utilisaient des générateurs à vagues, dans lesquels l'hélice du moteur diesel du bateau servait à produire de l'électricité lorsque le bateau naviguait à la voile. Pour cela, un alternateur était entraîné par une courroie reliée à l'arbre de transmission. Cependant, l'hélice freinait considérablement le bateau et générait du bruit, tandis que le rendement énergétique restait modeste.

Une autre approche consistait à utiliser des systèmes remorqués derrière le voilier, comme par exemple l’Aquair 100 et le LVM Aquagen. Dans ce cas, l'unité d'hélice remorquée est reliée par une ligne au boîtier du générateur situé à l'arrière. Ces générateurs remorqués nécessitent toutefois une profondeur d'eau suffisante et ne sont pas faciles à manipuler.

Sur les modèles actuels, le générateur est généralement beaucoup plus compact et fonctionne sous l’eau, directement derrière l’hélice. Ce n’est que dans le cas du Seawing l'appareil continue d'être remorqué. Sur tous les autres modèles, le générateur est généralement fixé à une nageoire ou à une tige montée sur le tableau arrière. Ces appareils ressemblent davantage à un hors-bord électrique ou à un safran supplémentaire. Ils présentent un rendement élevé, tandis que leur conception optimisée sur le plan hydrodynamique réduit la traînée.

Cela les rend intéressants même pour les bateaux de course au large de la scène IMOCA. Yannick Bestaven, vainqueur du Vendée Globe 2020/21, est même l’un des cofondateurs du fabricant Watt & Sea, dont Boris Herrmann utilise également les produits sur son « Malizia Sea Explorer » . On trouve également des hydrogénérateurs dans le milieu de la Class 40 : Ari Känsäkoski, par exemple, en avait un lors du Global Solo Challenge 2024 Produit Remoran à l'arrière. Son concurrent, Kevin Le Poidevin, utilisait des équipements Ocean Power. Les navigateurs au vent peuvent donc, dans la pratique, négliger sans crainte l'effet de freinage de ces générateurs.

Comparaison de 10 modèles

Le type de bateau et ses caractéristiques de navigation sont déterminants

De nombreux produits sont issus de développements réalisés par des plaisanciers eux-mêmes, et certains sont même commercialisés directement par leurs inventeurs. Le choix de l'hydrogénérateur adapté à votre yacht dépend du type de bateau et de ses caractéristiques de navigation. En effet, ces appareils sont toujours conçus pour une plage de vitesse spécifique. C’est la vitesse de déplacement dans l’eau qui compte, et non la vitesse par rapport au fond déterminée par le GPS. Il faut prêter attention à ce qu’on appelle la « Cut-in Speed ». C’est à partir de cette vitesse que la production d’électricité commence. Il existe également une vitesse maximale d’utilisation, la « Cut-off Speed ». Si le régime est trop élevé, l’hélice risque de caviter et doit alors être sortie de l’eau.

Pour choisir le produit adapté, il est utile de consulter la courbe de puissance de l’alternateur. Celle-ci indique le rendement électrique prévisible en fonction de la vitesse du bateau et doit correspondre aux caractéristiques spécifiques du yacht : Pour un bateau rapide, le générateur ne doit pas atteindre ses limites trop tôt, même si cela implique une vitesse de démarrage plus élevée. Pour les yachts plus lents, en revanche, une montée aussi précoce que possible de la courbe de puissance est souhaitable, même si la limite maximale est alors atteinte plus rapidement. Le tableau comparatif (pages 68/69) se limite aux générateurs destinés à une plage de vitesse comprise entre environ 3 et 10 nœuds. Ces appareils sont donc particulièrement intéressants pour les plaisanciers au long cours.

Certains hydrogénérateurs peuvent être adaptés à différentes plages de vitesse. Chez Eclectic Energy, Kitewinder, Ocean Power, SailnSea et Watt & Sea, différentes tailles d’hélices sont proposées à cet effet. Explication : plus le bateau va vite, plus la force agissant sur l’hélice est importante. Une hélice plus petite suffit alors pour atteindre la puissance de génération souhaitée, ce qui augmente toutefois la vitesse de déclenchement.

En revanche, pour une vitesse moyenne plus faible, il faut une hélice plus grande afin de générer la même puissance. Un exemple : pour ses modèles de croisière, Watt & Sea recommande l'hélice standard pour des vitesses de croisière comprises entre 4 et 11 nœuds, la version plus grande pour une vitesse de 3 à 9 nœuds et la plus petite version pour une vitesse de 6 à 13 nœuds.

La forme de l’hélice joue également un rôle, en particulier son pas. Celui-ci détermine la vitesse de rotation atteinte en fonction de la vitesse du bateau. Certains fabricants proposent donc des hélices réglables, ce qui permet également de couvrir une large plage de vitesses. Chez SWI-TEC, l'hélice est réglée selon les spécifications du client avant la livraison. Watt & Sea utilise une hélice à pas variable pour les bateaux de régate très rapides. Son pas variable étend la plage de vitesse jusqu’à 30 nœuds.

En termes de performances, ces appareils sont très proches les uns des autres

La classe de puissance de l'hydrogénérateur constitue un autre critère de sélection. Le choix de la classe appropriée dépend de la consommation électrique et de la capacité de la batterie, mais aussi de la présence éventuelle d'autres sources d'énergie telles que des panneaux solaires ou une éolienne. Toutefois, à une vitesse de croisière moyenne de 6 nœuds, les différences entre les courbes de puissance des appareils répertoriés ne sont pas très marquées.

Il est également important de disposer d’une fixation solide. Certains supports s’adaptent facilement à différents types de tableaux arrière. Certains fabricants proposent également des supports supplémentaires pour des configurations d’installation spécifiques. La hauteur et la longueur de la tige jouent également un rôle : une hélice trop haute risquerait de sortir de l’eau en cas de mer agitée, tandis qu’une hélice trop basse augmenterait inutilement la résistance à la traînée. Il convient ici de respecter les indications du fabricant concernant la hauteur de montage. De plus, il est pratique que l’appareil puisse être facilement retiré de l’eau ou pivoté, et qu’il puisse être démonté sans difficulté lorsqu’il n’est pas utilisé.

Les éléments qui influencent la décision d'achat

L'achat d'un hydrogénérateur doit être mûrement réfléchi. Il convient tout d'abord d'évaluer de manière réaliste les performances de navigation à la voile du yacht : dans quelle plage de vitesse le bateau navigue-t-il principalement ? À partir de quelle vitesse est-il intéressant de hisser les voiles, et quelle est la vitesse maximale que votre yacht est capable d'atteindre ? Il faut ensuite retenir les appareils dont la courbe de puissance correspond à ces facteurs ou peut s'y adapter.

De plus, un système de fixation sûr et une utilisation simple sont essentiels. Lors de comparaisons directes de prix, il convient de vérifier si un régulateur de charge adapté aux batteries existantes est inclus. Celui-ci protège les batteries contre la surcharge et est indispensable.

​Le moteur électrique comme hydrogénérateur

En principe, les moteurs électriques peuvent également être utilisés sous voile pour produire de l'électricité. Cette technique, appelée « récupération d'énergie », est notamment maîtrisée par les moteurs hors-bord électriques de la gamme EVO d'ePropulsion. Ils ne peuvent toutefois recharger que leur propre batterie, et non des accumulateurs externes. Le Spirit 1.0 EVO devrait fournir environ 95 watts à une vitesse de 6 nœuds. Sa batterie serait ainsi rechargée à moitié au bout d’un peu moins de sept heures. Les propulseurs POD de la gamme EVO maîtrisent également la récupération d’énergie. Oceanvolt fournit un exemple d’utilisation de moteurs intégrés comme hydrogénérateurs. Les Saildrives du constructeur finlandais sont équipés à cet effet de « Servo-Props » – des hélices à pas variable qui s’adaptent au mode de fonctionnement sélectionné. Cela permettrait de générer jusqu’à 1 000 watts à une vitesse de 7 à 8 nœuds. Certains chantiers navals, tels qu’Arcona, Garcia, Linjett et X-Yachts, proposent déjà ces systèmes de propulsion Oceanvolt à leurs clients en option.

Les modèles en détail

​Êtres hybrides : Duo-Gen

Les nombreuses analogies avec les éoliennes ont incité le fabricant britannique Eclectic Energy à mettre au point un appareil combiné : le Duo-Gen 3 fonctionne comme une centrale hydroélectrique en navigation et comme une éolienne au mouillage ou au port. Pour cela, il suffit de changer l'hélice et de relever ou d'abaisser l'appareil. Le fabricant parle d'un « excellent générateur hydraulique doté d'une capacité éolienne ». Dans sa version « Sail-Gen », Eclectic Energy propose également un générateur purement hydraulique. Sur ce modèle également, le boîtier du générateur se trouve au-dessus de l'eau. Une plaque à ailettes maintient l'hélice immergée.

​Easygoing : Ocean Power

C'est Eckard Scholz qui a mis au point l'Ocean Power. Cet ingénieur et navigateur en assure lui-même la commercialisation. Lors de la remontée et de la descente, l'appareil glisse sur un rail de guidage grâce à des roulements. La suspension s'adapte à différentes configurations d'installation. À cela s’ajoutent des fixations adaptées à toutes les formes de poupe imaginables. Lorsqu’il n’est pas utilisé, l’appareil peut être facilement démonté. Le boîtier élancé du générateur ne nécessite aucun joint dynamique. Scholz parle d’une « conception sans joint », qui réduit au minimum les besoins d’entretien. Les pales en carbone de l’hélice sont remplaçables individuellement. D’autres modèles d’hélices sont disponibles sur demande.

​Extrêmement flexible : Remoran Wave

Le Remoran Wave 3, fabriqué en Finlande, compte parmi les produits les plus polyvalents en termes de conception de la pale. Cette polyvalence est assurée par un manche télescopique et un angle d'inclinaison réglable de 40 degrés. À cela s'ajoutent trois fixations arrière différentes. Pour des plages de vitesse différentes, deux modèles désignés par les sigles GD et GS sont disponibles, tous deux situés dans la gamme des 300 watts. « 95 % des clients optent pour notre modèle Remoran Wave 3GS, qui offre une meilleure production d’électricité à basse vitesse », explique Samuli Aura, directeur général. L’appareil est conçu pour une vitesse moyenne comprise entre 3 et 10 nœuds.

​Catégorie débutants : SailingGen

Armin Horn, ingénieur diplômé passionné de voile et professeur de génie mécanique, commercialise sa création, le SailingGen, via sa propre boutique en ligne. Au lieu d’être fixée à un mât profilé, l’unité génératrice est suspendue à une simple tige. Elle se relève lorsqu’elle n’est pas utilisée. Malgré sa construction robuste en acier inoxydable résistant à l'eau de mer, l'appareil ne pèse que 5,5 kilogrammes, support arrière compris. Le support s’adapte à différentes formes de poupe. Le régulateur de charge (299 euros), vendu séparément, assure une surveillance permanente de la charge de la turbine. Un écran en option et une application Android sont également disponibles.

Solution polyvalente : Hydro Charger Universal

Avec l'Hydro Charger Universal, SWI-TEC lance sur le marché le successeur de son modèle standard qui a fait ses preuves. « Le grand avantage de notre nouveau modèle, plus léger, est qu'il permet de régler l'inclinaison de manière à produire environ 4 ampères dès une vitesse de 3 nœuds », explique le fondateur Marco Bachmann. Les petits yachts devraient en bénéficier. L'hélice réglable peut être adaptée à différentes plages de vitesse. De plus, divers supports sont disponibles pour s'adapter à différentes configurations d'installation, dont un support pendulaire. Le régulateur fourni peut être contrôlé via Bluetooth à l'aide d'une application Android.

Une grande diversité : Watt & Sea

C'est Watt & Sea qui propose le plus grand choix. Les plaisanciers peuvent choisir entre un modèle de 300 et un modèle de 600 watts, dotés d'une pale de gouvernail à aérodynamisme optimisé, chacun disponible en deux longueurs d'arbre. À cela s'ajoute un POD qui se fixe solidement sous la coque à l'aide de boulons. Pour chaque générateur, des hélices sont disponibles en trois tailles, ainsi qu'un modèle à pas réglable. À cela s’ajoutent les modèles « Racing » et des versions spéciales destinées à certaines classes de bateaux, telles que le Mini 650 et la Class 40. Des fabrications sur mesure sont également possibles. Chacun devrait y trouver une solution adaptée à ses besoins, même si ces produits se situent toutefois dans le haut de gamme en termes de prix.

​Équipement de plongée : Seawing

Tout aussi exotique qu’innovant, le Seawing, originaire de France, est remorqué derrière un bateau. Ses deux hélices entraînent chacune un générateur, ce qui permet de produire une puissance considérable. Un flotteur et un hydrofoil maintiennent l’appareil à une profondeur comprise entre 0,50 et 1,50 mètre. Le câble de remorquage mesure 3,20 mètres de long et est recouvert d’une tresse en Dyneema qui absorbe la force de traction. « Actuellement, nous produisons les unités 10 à 20 avec des améliorations que nous avons apportées en fonction des retours des clients », explique le fondateur Oliver Normand. Le boîtier de raccordement avec régulateur de charge intégré et Bluetooth est fourni avec l’appareil.

Suggestions de lecture

Théorie et pratique de l'électricité embarquée explique les principes fondamentaux d'un réseau électrique de bord fiable – des batteries de bateau et des techniques de recharge à la distribution du courant continu et à la gestion de l'énergie. En ce qui concerne l’hydrogénérateur, l’ouvrage fournit le cadre technique nécessaire pour coordonner correctement le rendement, la charge des batteries et la consommation à bord. Des conseils sur les matériaux, l’installation, l’entretien et le dépannage aident également à planifier une intégration harmonieuse.

Watts, volts et autres caprices Part des principes fondamentaux de l'électricité et présente les différents composants d'un système de bord, de la batterie et des sources de charge jusqu'aux consommateurs et aux systèmes de bus. L'accent est mis sur la compréhension des relations entre le courant, la tension, la puissance et la résistance, ainsi que sur le dépannage systématique.

L'hydrogénérateur est-il indispensable pour une longue traversée ou l'énergie solaire et l'éolienne restent-elles la solution la plus pratique ? Partagez vos expériences et votre avis dans les commentaires.