Un des premiers pionniers de l'énergie éolienne : Charles F. Brush
Le pionnier oublié des éoliennes
Toutes les photos figurant à cette page copyright © the Charles F. Brush Special Collection, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio.
Charles F. Brush
Charles F. Brush (1849-1929) est l'un des fondateurs de l'industrie électrique américaine.
Il inventa, entre autres, une dynamo à courant continu très efficace employée dans le réseau électrique public, la première lampe à arc commerciale, et une méthode efficace de fabrication de batteries à plomb-acide. Son entreprise, Brush Electric à Cleveland, Ohio, fut vendue en 1889 pour ensuite être fusionnée en 1892 avec Edison General Electric Company sous le nom de General Electric Company (GE).
L'éolienne géante à Cleveland
Brush Windmill 1888
Brush Windmill 1888 Durant l'hiver de 1887-88, Brush construisit ce qui est aujourd'hui considérée comme la première éolienne à fonctionnement automatique destinée à la production d'électricité.
Cette éolienne était une géante - la plus grande au monde - avec un diamètre de rotor de 17 m et 144 pales fabriquées en bois de cèdre. Remarquez la "petite" personne en train de faucher l'herbe à droite de l'éolienne.
L'éolienne fonctionna pendant 20 ans et chargea des batteries d'accumulateurs dans la cave de la maison de Brush.
Malgré la taille géante de l'éolienne, la puissance de sa génératrice était seulement de 12 kW. Cela est dû au fait que l'efficacité des éoliennes à rotation lente, du type roses de vent américaines, n'est pas particulièrement grande. Ce fut le Danois Poul la Cour qui découvrit plus tard que les éoliennes à rotation rapide, avec un nombre limité de pales, sont bien plus efficaces pour la production d'électricité que celles à rotation lente.
   
Article sur l'éolienne de Brush, publié dans Scientific American Scientific American cover
Le 20 décembre 1890, le magazine Scientific American publia une description très détaillée de l'éolienne de Brush. Celle-ci se distingue surtout par son système de contrôle électrique entièrement automatique.
Les principes de contrôle, fondés sur l'emploi de solénoïdes, n'ont pas beaucoup changé avec les générations suivantes d'éoliennes - pas avant environ 1980 où les éoliennes commencèrent à être contrôlées par des ordinateurs.
   
La dynamo éolienne de M. BrushScientific American, le 20 décembre 1890
(C'est une bonne idée de cliquer sur l'image ci-dessus - cela vous permet de la voir à côté de cette page lorsque vous lisez l'article, et donc de suivre les références de l'article.)
Il est toujours difficile d'estimer l'effet qu'aura une invention sur les pratiques et les industries existantes. Parfois, une nouvelle invention influera tellement sur de nombreuses inventions et industries qui lui sont liées que des traditions bien établies sont totalement changées, de nouvelles pratiques introduites et de nouvelles disciplines établies par la suite. Le développement de l'électricité en est un exemple remarquable.
Après que M. Brush a réussi à réaliser de l'éclairage électrique au moyen de lampes à arc, la lampe à incandescence a rapidement été développée et perfectionnée. La lumière à gaz a également été améliorée de diverses manières. Simultanément, la distribution électrique de l'énergie a progressé, et des améliorations importantes ont été apportées aux premiers actionnant les dynamos. Sur ce point, beaucoup de progrès ont été faits avec tant les moteurs à vapeur que les moteurs à eau. A plusieurs reprises, l'usage de l'énergie éolienne a été proposé pour l'actionnement de dynamos, mais l'adaptation des moulins à vent à cet effet semble accompagnée de problèmes apparemment difficiles à résoudre. Peu nombreux sont ceux qui ont osé attaquer ces problèmes, ceux-ci concernant non seulement la force motrice et la dynamo, mais aussi la transmission de l'énergie depuis la roue jusqu'à la dynamo, ainsi que l'appareillage de contrôle, le stockage et l'emploi de l'électricité.
A l'exception du moulin à vent gigantesque et de l'installation électrique montrés sur notre gravure, nous n'avons connaissance d'aucun système d'illumination électrique basé sur l'énergie éolienne qui ait eu du succès.
Le moulin à vent ici montré, ainsi que tout l'appareillage électrique utilisé conjointement, et le système très complet par lequel les résultats sont assurés, ont été conçus et implantés d'après les dessins de M. Charles F. Brush de Cleveland, Ohio, et sous sa supervision personnelle. En tant qu'exemple d'un travail minutieux d'ingénierie, il ne peut être surpassé.
Tout cas d'urgence a été pris en considération, et l'appareillage, depuis l'énorme roue jusqu'au régulateur de courant, est totalement automatique.
Le lecteur ne doit pas croire que l'éclairage électrique en provenance d'énergie fournie de cette façon est bon marché vu que le vent est gratuit. Au contraire, le coût d'une telle installation est tellement élevé que celui-ci plus que contrebalance la modicité de l'énergie motrice. Cependant, pouvoir employer une des forces motrices les plus indisciplinées de la nature ne peut que produire une grande satisfaction.
En se promenant sur l'avenue Euclide de la belle ville de Cleveland, on remarque la résidence magnifique de M. Brush, derrière laquelle et un peu plus loin dans le parc se trouve montée sur une tour haute l'immense roue qui entraîne l'installation électrique mentionnée. La tour est rectangulaire et mesure environ 60 pieds de hauteur. Elle a été fixée sur un goujon en fer forgé de 14 pouces de diamètre qui a été enfoncé 8 pouces dans la maçonnerie solide sous terre. Le goujon se dresse à 12 pouces au-dessus du sol et s'enfonce dans le cadre en fer de la tour. Le poids de la tour qui est de 80.000 livres est supporté par une tôle qui repose sur la partie supérieure du goujon. La tôle a été montée sur un lourd dispositif d'engrenage fixé sur la partie inférieure du cadre de la tour.
Dans la partie supérieure de la tour se trouve l'arbre principal du rotor. Cet arbre a une longueur de 20 pieds et un diamètre de 6 1/2 pieds. Il est muni de paliers autolubrifiants de 26 pieds de long et supporte la poulie principale qui mesure 8 pieds de diamètre et 32 pieds de large. La roue, qui a un diamètre de 56 pieds, a été fixée sur l'arbre et est munie de 144 pales tordues comme celles des hélices des bateaux. La surface balayée par la roue est d'environ 1.800 pieds carrés, la longueur de la queue qui tourne la roue face au vent est de 60 pieds et sa largeur est de 20 pieds. Le moulin à vent fonctionne automatiquement grâce à une girouette auxiliaire qui sert à tourner la roue de côté pendant une tempête. La queue peut être pliée contre la tour parallèlement à la roue, de sorte que le côté du rotor soit orienté face au vent lorsque la machine n'est pas en fonctionnement. L'arbre secondaire monté au-dessous de l'arbre principal de la roue mesure 3 1/2 pouces de diamètre, et il supporte une poulie de 16 pieds de diamètre et large de 32 pieds. Celle-ci reçoit la courroie principale de la poulie de 8 pieds située sur l'arbre principal de la roue. Cette courroie est double et mesure 32 pieds de large. L'arbre secondaire est muni de deux poulies propulsives, chacune mesurant 6 pieds de diamètre et 6 1/2 pieds de large, et la dynamo est munie, à chacune des deux extrémités de l'arbre de l'armature, de poulies recevant les courroies des roues motrices situées sur l'arbre secondaire.
La dynamo, qui a été conçue par M. Brush lui-même, a été fixée sur un support qui glisse verticalement et qui est partiellement équilibré par un levier. L'arbre secondaire est suspendu à l'arbre principal par la courroie principale, et la dynamo est partiellement suspendue de l'arbre secondaire par les courroies motrices. De cette façon, une tension correcte des courroies est assurée à tout moment, la charge totale sur les courroies de la dynamo étant de 1.200 livres, et de 4.200 livres sur la courroie principale. Les extrémités de l'arbre secondaire ont été fixées dans des paliers lisses reliés par des leviers équilibrants, assurant que les deux extrémités se meuvent dans la même direction. Les poulies sont proportionnées de telle façon que la dynamo fasse cinquante tours pour chaque tour de la roue. A pleine charge, la vitesse de la dynamo est de 500 tours par minute, et sa capacité de 12.000 watts.
Les dispositifs automatiques de commutation ont été aménagés de telle sorte que la dynamo passe en fonctionnement effectif à 330 tours par minute, et un régulateur automatique assure que la force électromotrice ne dépasse 90 volts à aucune vitesse. Le circuit de charge a été construit de façon à se déconnecter à 75 volts et à se connecter à 70 volts. Les balais montés sur la dynamo sont automatiquement soulevés lorsque la charge change. Le champ de la dynamo est légèrement composé. Le courant court depuis la dynamo jusqu'aux cosses de câbles en acier poli et endurci, supportées par une entretoise dans la tour dont les supports glissent sur des plaques annulaires qui entourent le goujon. Sous terre, des fils conducteurs s'étendent depuis ces plaques jusqu'à l'habitation. Pour la protéger contre une pression du vent inhabituelle, la tour est munie, à chaque coin, d'un bras orienté vers le bas et vers l'extérieur qui supporte un galet pivotant très proche de la lame circulaire ayant le goujon en son centre. Normalement, les galets pivotants ne touchent pas la lame, mais lorsque le vent est très fort, elles le font, libérant le goujon de la charge supplémentaire.
Dans la cave de la maison de M. Brush, il y a 408 cellules de batteries auxiliaires groupées en douze batteries de 34 cellules chacune. Ces 12 batteries sont chargées et déchargées parallèlement, et chaque cellule a une capacité de 100 ampères-heures. Les récipients contenant les éléments de la batterie sont en verre, et le liquide de chaque cellule est recouvert par une couche d'huile minérale "sigillaire", épaisse d'un quart de pouce, ce qui évite totalement l'évaporation et la projection de liquide tout en éliminant les odeurs. Les dispositifs de régulation automatiques se voient dans un une des fenêtres composant notre gravure. Dans la fenêtre no. 1, on voit les voltmètres et ampèremètres utilisés pour mesurer les courants de charge et de décharge ; no. 2 montre une série d'indicateurs, un pour chaque batterie ; 3 montre un interrupteur contrôlé électriquement qui permet de connecter ou interrompre le courant du réseau de la maison en appuyant sur des boutons dans des lieux différents dans la maison ; 4 représente un détecteur de terre, relié au centre de la batterie ainsi qu'à la terre de sorte que, dans le cas où le conducteur à chaque extrémité de la batterie serait connecté à la terre, ceci se verrait par le mouvement de l'indicateur dans une direction ou dans l'autre depuis le point zéro de l'échelle, indiquant donc non seulement que la batterie est reliée à la terre, mais aussi le la borne qui a été reliée ; 5 est un détecteur de fuite connecté aux circuits des lampes, et disposé pour montrer toute fuite depuis un conducteur vers un autre ; 6 montre un groupe de relais qui contrôle la résistance automatique montrée dans la fenêtre no. 7. Cette résistance a été placée entre les batteries et le réseau de la maison, et elle a été disposée de façon à maintenir le voltage des lampes constant à tout moment. Dans ce dispositif, la résistance correcte est assurée par du charbon en poudre exposé à une pression variable, le mouvement nécessaire étant réalisé à l'aide d'une pression hydraulique contrôlée par les relais.
La maison est équipée avec 350 ampoules, d'une intensité lumineuse équivalente à entre 10 et 50 bougies. L'intensité des lampes les plus fréquemment utilisées est de 16 à 20 bougies ; environ 100 ampoules sont utilisées tous les jours. En plus de ces ampoules, il y a deux lampes à arc et trois moteurs électriques. Après usage constant de cette centrale électrique durant un certain temps, il a été constaté que l'attention nécessaire pour maintenir l'éolienne dans une condition optimale de fonctionnement est pratiquement nulle. L'éolienne de Brush est en fonctionnement constant depuis plus de deux ans, et elle est sous tous les aspects un succès absolu.
© Copyright 1997-2003 Association danoise de l'industrie éolienne
Dernière mise à jour le 24 juillet 2003
http://www.windpower.org/fr/pictures/brush.htm
Attendez svp...