Gestion des batteries et de l’électricité à bord d’un voilier

Presque chaque bateau à voile ou à moteur possède à son bord un système électrique plus ou moins complexe et un nombre variable de batteries. Cela dépend de la taille du bateau, des instruments installés et de l’équipement à bord. Quel que soit le niveau de complexité, les mêmes principes de base s’appliquent.

Les circuits électriques d’un voilier et les batteries

Tout d’abord, les circuits électriques à bord d’un bateau se distinguent des circuits électriques domestiques par le type de courant utilisé. Le courant est continu plutôt qu’alternant et diffère en tension. Les systèmes des bateaux sont à 12 ou 24 volts, au lieu des 220 des circuits domestiques en Europe.

Sur les petits voiliers, nous trouvons généralement des circuits électriques de 12 volts. Sur les voiliers à partir de 15 mètres et sur les bateaux à moteur, nous trouvons des circuits électriques de 24 volts. Par conséquent, lorsque vous achetez un nouvel instrument ou appareil électrique, vérifiez sa compatibilité avec votre système de bord.

De nombreux appareils électroniques tels que les traceurs de cartes électroniques ont un mécanisme automatique pour sélectionner la tension correcte. D’autres types d’équipements, comme des pompes de cale ou des dessalinisateurs, sont fournis séparément pour les systèmes 12 ou 24 volts.

Lorsque nous analysons pour la première fois le circuit électrique d’un bateau, quelle est la plus grande difficulté? Il ne s’agit pas tant de comprendre les principes de base d’un système électrique. Souvent, la tâche la plus difficile consiste à démêler des masses de fils électriques sans étiquettes.

Si vous mettez la main sur votre système électrique, apprenez à étiqueter chaque fil. Pas tant pour l’élégance que pour pouvoir résoudre un problème rapidement en cas d’urgence.

Pour appréhender un système embarqué il va d’abord falloir comprendre les circuits de base, simplifiés au maximum, séparés en catégories.

Moteur in-bord marin

Batteries pour l’inboard

Du pôle positif de la batterie moteur, nous trouverons un câble électrique rouge très épais qui atteint le démarreur du moteur. Du moteur, un câble noir reviendra au pôle négatif. Un deuxième fil de plus petit diamètre sera connecté avec la clé sur le panneau de commande.

Lorsque vous tournez la clé ce circuit secondaire va actionner un relais et le circuit du démarreur primaire pour l’alimenter, en tournant il va démarrer l’inboard. Bien entendu il s’agit d’une simplification, sur un diesel on retrouvera bien d’autres circuits et fils qui font partie du circuit de base.

Tels que les capteurs de température de l’eau de refroidissement et de pression d’huile. Ainsi que le circuit des bougies de préchauffage des chambres de combustion de chaque cylindre.

Si nous éliminons tout le reste à bord du bateau c’est le circuit minimum qui permet à notre système de propulsion de démarrer. Savoir quels câbles se réfèrent au démarreur vous fera gagner beaucoup de temps en cas de problème en mer.

La cause la plus fréquente de problèmes sur ce circuit est l’oxydation des contacts. L’oxydation empêche le démarrage en réduisant la quantité de courant de pointe. En effet, lorsque l’on démarre un moteur diesel, le pic d’absorption initial est très élevé.

Tout problème d’oxydation des contacts peut compromettre le bon fonctionnement du système. D’autres problèmes courants sont causés par des dysfonctionnements du démarreur. Malheureusement, sur les modèles inboard modernes, il n’y a pas grand-chose à faire, il n’est pas possible de démarrer un inboard à la main si le démarreur tombe en panne. Veillez donc à vérifier régulièrement l’état de votre système de démarrage.

Alternateur avec régulateur intelligent

Circuit d’Alternateur

Poursuivant notre extrême simplification des circuits électriques d’un bateau, passons au circuit de l’alternateur. Sur un petit moteur diesel on retrouvera une courroie de distribution entraînée par une poulie sur l’axe de l’arbre à cames. Celui-ci est responsable du fonctionnement de la pompe à eau de refroidissement et de l’alternateur.

L’alternateur est conceptuellement juste un autre moteur électrique. Mais au lieu d’être stimulé par le courant pour tourner, cela produira du courant lorsqu’il sera mis en route par le moteur.

Tant que l’alternateur tourne, il aidera à recharger les batteries. L’alternateur est un composant assez délicat et complexe et si vous n’êtes pas un expert il est peu probable que vous puissiez résoudre des problèmes en mer.

Pour cette raison, il est conseillé d’avoir un système de charge pour les parcs de batteries de démarrage et de service avec deux alternateurs. Surtout pour les longues navigations. Le circuit de l’alternateur est parallèle au circuit de démarrage mais ici aussi les câbles démarrent et retournent au parc de batteries du moteur ou au diviseur de charge. Ces deux circuits sont à la base du fonctionnement d’un inboard.

Parc de batteries de services

Le circuit des services

Le circuit des services est totalement distinct et indépendant des deux circuits décrits ci-dessus. Le seul point commun est la phase de charge. Dans un système typique d’un petit voilier, l’alternateur va d’abord recharger la batterie de démarrage.

Ensuite, grâce à un diviseur de charge, il commencera à fournir l’énergie supplémentaire produite au parc de batteries de services. Cela alimentera l’ensemble du système électrique des instruments et des équipements électriques à bord. Si nous pouvons identifier ces trois circuits, nous avons déjà une longueur d’avance.

L’énergie pour démarrer l’inboard

La batterie du moteur est généralement une seule et doit être de taille et de caractéristiques appropriées pour fournir le courant de crête de démarrage nécessaire pour démarrer l’inboard. Par exemple, sur un voilier typique avec un moteur in-bord de 30 chevaux, vous trouverez une batterie d’une capacité de 80 ampères environ.

Les caractéristiques de la batterie du moteur sont les mêmes que celles requises d’une batterie de démarrage de voiture. Ainsi, une batterie acide-plomb commune de la taille appropriée et du type scellé est adéquate.

Le parc des batteries des services

Le parc de batteries de services est utilisé exactement à l’opposé de notre batterie du moteur. La batterie du moteur doit être capable de délivrer un courant de crête très élevé pendant un court instant.

Le parc de services, en revanche, doit libérer relativement peu de courant pendant de très longues périodes. Surtout quand on navigue ou on est au mouillage.

Il faut imaginer le parc de batteries de services comme un réservoir de courant avec un robinet ouvert. Le conteneur se vide lentement jusqu’à ce que vous puissiez remplacer ce qui est consommé en remplissant le conteneur avec une source d’énergie.

Le dimensionnement de la banque de services

Afin de déterminer la taille minimale de votre parc de batteries de services, vous devrez calculer la consommation attendue sur une période prédéterminée, par exemple 24 heures.

Quel que soit le type de circuit, 12 ou 24 volts, calculez les ampères que votre équipement embarqué utilise avec cette formule.

Par exemple, un feu de navigation à incandescence à l’ancienne avec une ampoule de 12W consomme, sur un circuit de 12V, un ampère par heure. En moyenne, en été, le feu de mouillage sera allumé pendant 8 heures la nuit, consommant 8 ampères toutes les 24 heures.

Répétez l’exercice pour tous les systèmes embarqués, vous pouvez faire deux hypothèses, calcul de consommation lorsque le bateau est à l’arrêt, ou en mer. Par exemple:

  • Feux de navigation LED : 0.5A x 8h = 4A
  • Radar : 2,2A x 24h = 52,8A
  • Pilote automatique : 2.5A x 18h = 45A
  • Lumières LED internes : 1A x 2h = 0,5A
  • GPS AIS : 0.75A x 24h = 18A
  • PC portable : 2.5A x 4h = 10A
  • Tablettes : 2A x 4h = 8A
  • etc.

Lorsque vous avez terminé, ajoutez la colonne d’ampères pour obtenir une consommation quotidienne totale. Votre parc de batteries de service doit être au moins le double ou le triple de ce montant.

C’est parce que nous n’avons pas à regarder la capacité nominale du banc, nous devons calculer combien d’ampères sont réellement utilisables.

Batterie AGM

Cycle de charge et de décharge des batteries

Les batteries, lorsqu’elles sont complètement chargées, doivent avoir la capacité indiquée par le fabricant, par exemple 100 ampères. Une batterie est définie comme complètement déchargée lorsqu’elle atteint 40 % de sa capacité. Ainsi, avec une batterie de 100 Ampères, la capacité effective maximale utilisable n’est que de 60A.

Un autre principe à retenir est que la capacité d’une batterie à recharger, la capacité d’absorption, est inversement proportionnelle à l’état de charge. Une batterie très déchargée absorbe bien plus qu’une batterie presque chargée. Il sera donc difficile en navigation d’imaginer recharger les batteries jusqu’à 100%.

Il sera plus efficace de décharger les batteries à 40 % puis de les recharger jusqu’à, par exemple, 80 % de leur capacité. Par conséquent, la capacité réelle utilisable d’une batterie n’est que de 40% de la capacité nominale.

Sur un bateau de croisière, il est courant de trouver des bancs de batteries de centaines d’ampères. Précisément parce que la capacité réelle disponible n’est pas grande et doit être proportionnelle à la consommation. Si vous consommez 200 ampères par jour, vous aurez besoin d’un parc de batteries de service de 500 ampères. Ceci est simplement pour vous permettre de recharger les batteries une seule fois par jour.

Si vous le pouvez, optimisez votre consommation d’énergie à bord en désactivant toujours tout ce dont vous n’avez pas besoin. Sinon, vous serez obligé de faire fonctionner votre inboard plusieurs fois par jour juste pour charger le parc de batteries de services. Alternativement, vous devrez intégrer votre système électrique à d’autres systèmes de charge, tels que des panneaux solaires, éoliens, hydroélectriques, etc.

Types de batteries

Il existe de nombreux types et modèles sur le marché, les plus courants étant ceux contenant de l’acide-plomb. Il existe également des technologies GEL et des AGM avec des coûts beaucoup plus élevés. Les batteries haut de gamme sont les batteries lithium super légères utilisées sur certains bateaux de course.

Les batteries plomb-acide scellées traditionnelles, que vous trouvez installées dans un camping-car ou un camion, sont souvent peu coûteuses et parfaitement adéquates. Avant de dépenser des sommes énormes pour des batteries aux performances supposées très supérieures, dressez une liste de vos priorités de dépenses.

Par exemple, vous pouvez maltraiter les batteries au plomb et les remplacer fréquemment. Les nouvelles batteries, même les batteries au plomb bon marché, seront toujours efficaces. Installer la technologie Gel, en revanche, implique toujours d’avoir peur de les abîmer. Et vous vous retrouverez à les garder installés pendant de nombreuses années pour amortir le triple coût de l’achat initial.

Régulateur d'alternateur standard

L’utilisation de l’inboard comme système de recharge

Avant de passer en revue les méthodes alternatives et plus écologiques, parlons un instant de l’inboard.

Sur un voilier ou un bateau à moteur, vous transportez des centaines de kilos de moteur in-bord et dans certains cas autant de diesel. Il n’est pas difficile de conclure qu’il s’agit du système le plus puissant dont vous disposez pour recharger vos batteries. Un in-bord de seulement 30 chevaux a une puissance nominale de 23 kilowatts.

Celles-ci correspondraient à plus de 1900 Ampères, si nous pouvions convertir cette puissance en énergie électrique et la stocker immédiatement. En théorie, nous serions capables de générer nos 200 ampères dont nous avons besoin quotidiennement en moins de 10 minutes de moteur par jour.

Malheureusement, le système de charge n’est pas aussi efficace. Si vous n’avez qu’un seul alternateur régulé par le régulateur d’usine, la réalité est que cela vous prendra 5 ou 6 heures. Cela peut-être divisé en plusieurs sessions pour obtenir vos 200 amplis, un gaspillage incroyable.

Régulateur d'alternateur externe

Régulateur d’alternateur externe

Avant d’investir dans toute autre technologie écologique ou non, il est donc important de tirer le meilleur parti de ce que vous possédez déjà. Installez un régulateur sur votre alternateur, un appareil électronique peu coûteux qui contrôle le champ magnétique de l’alternateur.

En le contrôlant, il maximise le courant produit et gère le cycle de charge de vos batteries. Avec cette installation simple, vous réduirez immédiatement de moitié les temps de charge.

Instinctivement, on pourrait penser qu’en installant un alternateur encore plus puissant, vous pouvez encore réduire les temps de charge. Cependant, rappelez-vous que l’absorption maximale est dictée par la taille de votre parc de batteries. Ainsi, pour pouvoir recharger plus rapidement avec un alternateur plus gros, vous aurez également besoin d’un plus grand parc de batteries de services.

En fonction de votre navigation et de vos besoins, évaluez l’opportunité d’installer un deuxième alternateur. Pas tant pour réduire les temps de charge mais surtout pour avoir un système avec redondance.

Systèmes pour produire de l’électricité

Si vous avez déjà optimisé au maximum votre consommation électrique, il vous suffit d’installer des systèmes alternatifs pour recharger vos batteries. Par exemple, vous avez déjà remplacé votre cabine à incandescence et vos feux de navigation par des feux à LED.

Si vous voulez éviter de passer trop d’heures à faire tourner le moteur pour recharger les batteries, voyons les options.

Énergie éolienne

Générateurs d’énergie éolienne

Les éoliennes ou aérogénérateurs ne sont pas très répandus en Méditerranée où en été les jours de calme total sont fréquents. Ils sont très adaptés à la navigation au près, très puissants et efficaces.

Il existe différents modèles de différentes capacités nominales et sont très appréciés des croisiéristes notamment dans les Caraïbes où les alizés soufflent régulièrement. Une petite éolienne vous permettra de répondre proprement à tous vos besoins énergétiques quotidiens.

Panneaux solaires

Les panneaux solaires présentent de nombreux avantages et un défaut majeur important. Ils sont sans aucun doute le système qui a le coût d’installation initial le plus élevé et nécessite de grandes surfaces pour générer une énergie importante.

Sur un voilier ou un bateau à moteur un petit panneau vous permettra de garder les batteries chargées lorsque vous quittez le bateau. Surtout si vous n’avez pas de prise de courant à votre place. Quant au courant produit, ne vous attendez pas à grand chose.

Un panneau solaire de 120W devrait théoriquement générer environ 100 ampères par jour. Mais comme il n’y aura jamais de soleil à la verticale sur le panneau, la réalité sera différente. Votre panneau fournira environ 30 à 40 ampères par temps ensoleillé, moins avec des nuages. Il faudrait un bateau avec de grandes surfaces recouvertes de panneaux pour être autonome.

Pile à combustible

Piles à combustible

Les piles à combustible sont des générateurs à alcool, très silencieux et capables de produire jusqu’à 200 Ampères par jour (selon les modèles). Ceci en ne consommant que quelques litres d’alcool par jour.

Ils sont très populaires sur les bateaux de course qui n’ont pas de moteur in-bord. Parmi celles-ci les mythiques Mini 650: pour le plaisancier elles ne sont pas très intéressantes compte tenu de leur coût très élevé. Un coût qui n’est pas justifiable si minimiser les poids n’est pas la priorité principale.

Hydro-générateur

Hydro-générateurs

Ces dernières années, les hydrogénérateurs se sont répandus d’abord sur les bateaux de course puis également sur les voiliers de croisière. Ce ne sont rien de plus que de petites hélices montées sur une jambe semblable à celle d’un hors-bord qui plonge dans l’eau derrière le bateau.

La perte de vitesse est également peu importante pour un marin même en course et totalement hors de propos pour un bateau de croisière. Ces hydrogénérateurs sont encore assez chers mais leur efficacité les place en tête des solutions les plus adaptées pour ceux qui naviguent sur de longues routes.

Conclusions

Un système électrique embarqué doit être rendu efficace tant en termes de consommation que de modes de recharge. Un régulateur d’alternateur et un parc de batteries bien dimensionné sont les points de départ. Ceci est valable aussi bien pour la navigation longue distance que pour la croisière et le mouillage.

Pour éviter de trop solliciter le moteur pour recharger vos batteries, vous pouvez intégrer les heures moteur avec des systèmes alternatifs. Parmi ceux-ci, l’éolienne est très efficace là où soufflent des vents constants, pensez également aux panneaux solaires. Ces derniers ne nécessitent aucun entretien mais sont assez coûteux à installer. Si, par contre, vous prévoyez de naviguer en permanence, vous pouvez évaluer un hydrogénérateur.

Quel que soit votre choix, pensez à tout tester bien à l’avance. Par exemple, l’installation de l’hydrogénérateur peut nécessiter des modifications et des adaptations. Ne partez pas pour un long voyage avec du matériel que vous n’avez pas testé et dont vous ne connaissez pas le fonctionnement exact.

Faites vos calculs pour comprendre comment gérer les problèmes avec l’un de vos systèmes de charge. Un petit panneau solaire lors d’un long voyage vous fournira de l’énergie pour les instruments essentiels. Vous devez avoir une redondance entre les différents systèmes et ne pas dépendre uniquement d’une solution unique. En mer, tout peut casser et, par expérience, tout va casser, tôt ou tard.