8-13 Batteries et systèmes électriques (motoplaneurs)

Batteries et systèmes électriques

Les planeurs purs et motoplaneurs utilisent des batteries pour s'approvisionner en électricité lors du vol. Le pilote peut être amené à manipuler une batterie, à la mettre en charge, ou utiliser des connexions pour permettre un démarrage avec une batterie externe. Un niveau de connaissance minimal sur le sujet est nécessaire pour sécuriser ses actions.

Généralités en électricité

Une tension électrique : C'est la force que possède chacun des électrons pour aller d'un endroit à un autre. L'unité de mesure de la tension est le Volt (symbole : V). Une tension faible (<12Volts) ne représente quasiment aucun danger. Une tension importante (>50Volts) est dangereuse car les électrons auront l'énergie suffisante pour traverser le corps humain et y faire des dégâts. Une haute tension (>1000Volts) est très dangereuse car les électrons ont suffisamment d'énergie pour traverser une mince couche d'air : il est possible de s’électrocuter sans toucher le conducteur !

• ordre de grandeur : La tension entre les deux bornes d'une batterie automobile ou d'une batterie de planeur est de 12Volts.
• La tension dans un système de motorisation electrqie de planeur ou de voiture peut atteindre plusieurs centaines de volts (attention danger !)
• La tension envoyé sur une bougie d'allumage est de l'ordre de 10 000 volts et permet aux électrons de franchir un petit espace d'air, donc de faire une étincelle. Les gaines isolantes des fils qui transportent ces tensions élevés sont très épaisses pour pouvoir garder leur propriété isolante.

Le courant électrique : C'est le déplacement des électrons dans un matériau conducteur. Il est analogue au débit d'un fluide dans un tuyau. L'unité de mesure de l'intensité du courant est l'Ampère (symbole :A). Le risque bien connu associé à l'intensité est de faire circuler un courant trop important dans un fil d'un diamètre trop petit : le fil va s'échauffer jusqu'à prendre feu.

• ordre de grandeur : dans les planeurs, il faut un fil de cuivre d'un diamètre de 1.13mm (section de 1mm²) pour permettre le passage d'un courant d'une intensité de 3 à 5 ampères en toute sécurité.

La Résistance électrique d'un matériau : les matériaux s'oppose plus ou moins au passage d'un courant électrique. Le cuivre et l'aluminium s'y oppose très peu (résistance faible), le graphite s'y oppose fortement (résistance moyenne), le plastique s'y oppose complètement (résistance infini - isolant). La résistance électrique se mesure en Ohm (symbole : Ω).

Le Champ magnétique : La circulation d'un courant électrique dans un câble génère un champ magnétique, et réciproquement un champ magnétique (qui varie) peut induire la circulation d'un courant électrique (phénomène d'antenne).

• Une antenne radio placé à côté d'un gros fil d'alimentation n'est pas une bonne idée : l'antenne va capter le champ magnétique généré par le fil d'alimentation.
• Un compas magnétique doit être placé loin des gros fils d'alimentations électriques.
• Un microprocesseur génère beaucoup de perturbation magnétique. Pour ne pas polluer les autres appareils, il est généralement blindé (enfermé dans un caisson métallique).
• Certaines batteries portatives "power bank" peuvent générer des parasites, parfois audible via la radio VHF.

L'électricité statique : Il s'agit d'une charge électrique, souvent de très forte tension, stockée sur un support isolant et immobile. L'électricité statique est souvent le résultat de frottements entre deux éléments, l'un arrache des électrons à l'autre. Ces charges s'évacueront dès qu'elles rencontre un chemin plus ou moins conducteur, en créant un petit arc électrique le cas échéant. La présence d'électricité statique n'est pas une bonne chose et tout est fait pour qu'un chemin conducteur de "décharge" existe en permanence afin qu'aucune accumulation ne puisse se produire.

• Sur un aéronef, toutes les pièces métalliques sont généralement reliés entre elles par des "tresses de masses".
• Sur les aéronefs métalliques, il existe des déperditeurs d'électricité statique pour évacuer les charges durant le vol.
• Lors de l'avitaillement, l’aéronef est connecté au sol via un câble pour décharger toute l'électricité statique avant d'approcher le pistolet à carburant.

courant alternatif versus courant continu

• Le [[wikipedia:courant continu est type d'alimentation sont le sens est constant. C'est, par exemple, le type de courant délivré par les piles, les batteries.
• Le courant alternatif est un type d'alimentation électrique qui change de sens de manière cyclique. Il transporte des quantités d'électricité alternativement égales dans un sens et dans l'autre. C'est, par exemple, le type de courant délivré par un alternateur.

Pourquoi ces deux types de courant ? Parce que certains équipements électriques préfèrent l'un ou à l'autre! Grossièrement, l'alternatif est très pratique pour les machines tournantes (alternateur, moteur électrique) et l'abaissement ou l'élévation de tension (transformateur électrique), alors que le continu est pratique pour le stockage et l’électronique (batteries, PC, téléphones....etc). Les éléments chauffants s’accommodent très bien des deux types (chauffage électrique, résistance chauffante...). Aujourd'hui, les technologies modernes permettent de convertir efficacement l'un à l'autre :

• Le courant alternatif d'un alternateur doit être converti avant de pouvoir recharger la batterie d'un motoplaneur

Pour associer deux éléments en parallèle, il faut préalablement vérifier que le type (continue ou alternatif) et la valeur de la tension (en Volts).

• Par exemple, pour démarrer un motoplaneur avec une source d'énergie extérieure, il faut vérifier que la source extérieur est compatible avec le circuit de l'aéronef !

la foudre

La foudre est le déchargement soudain d'une quantité d'énergie électrique importante d'un nuage : vu l'épaisseur d'air traversé, il est facile de conclure à la tension colossale qui règne juste avant la décharge. Mais c'est le courant important circulant très brièvement qui occasionne des dégâts : Destruction des éléments trop petit traversés par la foudre, et génération d'un champ magnétique important pouvant détruire les équipements mal protégés à proximité.

Parmi les stratégies de protection contre la foudre :

• créer un chemin d’éléments conducteurs suffisamment important pour permettre la circulation du courant sans dommage
• Blinder les équipements fragiles et les protéger des surtensions.

Les batteries

• type et technologies : Au plomb, au plomb gélifié, au lithium...etc. Chacune a ses avantages. Le pilote planeur doit veiller attentivement à utiliser son type de batterie avec tous les accessoires compatibles avec ce type (exemple : chargeur spécifique pour batterie lithium)

• la tension de la batterie : généralement 12Volts de tension nominale pour les planeurs. Attention à ne pas installer ou connecter une batterie 24volts !

• la capacité : elle s'esprime en "Ampère x Heure" (symbole Ah). Une batterie de 12Ah est capable de fournir 12Ampères durant 1 heure, ou 6ampères pendant 2 heures, ou 0.5 ampères pendant 24heures...etc

• le courant maximum : caractéristique souvent oubliée, c'est ce qui fait la différence entre batterie de planeur (décharge lente, alimenter quelques instruments plusieurs heures) et une batterie pour motoplaneur (pic de décharge : alimenter un démarreur durant 10s). Le courant maximum d'une batterie de démarrage est de l'ordre de quelques centaines d'ampères.

Suivant les technologies une batterie sera apte à se recharger un certain nombre de fois. En arrivant à la limite, la capacité de la batterie diminue. La température est un élément qui impacte fortement le fonctionnement d'une batterie. Une température basse "engourdie" la batterie (les réactions chimiques qui génèrent le courant sont ralenties) qui semblera alors déchargée plus tôt que prévue. Une température trop élevée peut détruire la batterie, et pour certaines occasionner un incendie.

Batteries

1. Types, caractéristiques et limitations
2. Chargeurs de batteries, caractéristiques et limitations

Électricité statique : généralités

1. Principes de base
2. Déperditeurs de potentiel
3. Protection contre les interférences
4. Effets du foudroiement

Générateurs : production, distribution et utilisation

1. Générateurs de courant continu : types, conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé, indications et alarmes
2. Générateurs de courant alternatif : types, conception, utilisation, modes de fonctionnement dégradé, indications et alarmes
3. Barre bus

Composants électriques

1. Eléments de base : principes de base des commutateurs, des disjoncteurs et des relais