Le principe d’un alternateur
Un alternateur est un élément mécanique qui, lorsqu'il est mis en rotation, transforme l'énergie mécanique en énergie électrique. La partie tournante (rotor) est constituée de trois électro-aimants et la partie fixe (stator) de trois bobines décalées de 120°. Lorsque l’électro-aimant passe devant les bobines du stator, un courant alternatif triphasé apparaît aux bornes des bobines d’où le nom d’alternateur. Ce courant, pour être compatible avec les batteries est ensuite converti en continu par des diodes et stabilisé par un régulateur. Sur la majorité des moteurs marins, les alternateurs sont identiques à ceux utilisés en automobile, il en est de même des batteries. Théoriquement, on devrait retrouver en marine, les mêmes résultats que sur une voiture et avoir des batteries toujours chargées. C’est sans compter sur l’installation et l’utilisation qui en est faite. Sur une voiture, on a un alternateur, une batterie. Lorsque le moteur tourne, il recharge la batterie et fournit le courant nécessaire aux équipements. Lorsqu’il est arrêté, la consommation est minime, elle se résume à celle de petits équipements comme l’horloge, l’alarme… Sur un bateau, on a bien souvent deux parcs de batteries (moteur et servitudes) qui doivent être indépendants et la consommation est loin d’être négligeable lorsque l’on est à l’arrêt (éclairage, réfrigération, électronique, etc.). Il en est de même en navigation sous voiles. Il faut donc emmagasiner suffisamment d’énergie dans les batteries lorsque le moteur tourne pour compenser la consommation lorsqu’il est à l’arrêt. Un alternateur standard peut-il assurer cette contrainte ? pour le savoir, voyons quelles sont les limites.
Un alternateur peut-il recharger à 100% les batteries ?
Un alternateur standard fournit une tension maximum de 14.2 volts et un courant, suivant sa puissance, de 45 à 115 ampères et il ne possède aucun réglage. Sur un bateau, l’installation standard est constituée d’un alternateur, de deux parcs batteries avec entre l’alternateur et les batteries, un répartiteur chargé d’orienter le courant vers les deux parcs batteries. En pratique, l’alternateur voit les deux parcs mais ceux-ci sont isolés entre eux. Le répartiteur standard est constitué de diodes qui provoquent une chute de tension d'environ 0,6 volts quel que soit le courant qui le traverse. En prenant en compte cette donnée, on a aux bornes de la batterie (14.2 - 0.6), 13.6 volts. Toutes les batteries de la nouvelle génération demandent entre 14.5 et 15.5 volts pour être rechargées au maximum. Une tension trop basse a deux conséquences, elle ne permet pas de recharger à 100% les batteries (moins de capacité disponible) et contribue à un vieillissement prématuré par sulfatation des plaques.
Les limites d’un alternateur standard
Si la batterie est déchargée, l’alternateur fournit au départ un courant maximum et une tension faible. En fonction de l’état de charge de la batterie, le courant décroit et la tension augmente. Par exemple, sur une batterie de 120 Ah déchargée à 50%, un alternateur de 75 ampères fournit au départ un courant de 60 ampères sous une tension proche de 13 volts. Le courant décroît rapidement pour n’être que de 5 à 8 ampères au bout d’une heure. Ce qui fait qu’au bout d’une heure, on a injecté que 15 ampères dans la batterie sous une tension moyenne de 13.5 volts. Ce courant ne représente que ¼ de la décharge qui est de 60 ampères, sous une tension au maximum de 13.75 volts voire 13.15 volts si on utilise un répartiteur de charge. Dans ces conditions, très souvent rencontrées, même au bout de plusieurs heures moteur, la batterie ne retrouve pas sa pleine charge.
Les moyens pour retrouver une pleine charge
Pour retrouver une pleine charge des batteries dans un temps relativement court, il faut que l’alternateur délivre un courant important sous une tension élevée. Un alternateur standard ne peut pas remplir ces deux conditions, il est conçu pour entretenir les batteries de démarrage qui ne subissent pas de décharges profondes. Pour pouvoir utiliser toute la puissance que l’alternateur peut fournir, il faut remplacer son régulateur par un système évolué (chargeur d’alternateur). Le principe du chargeur d’alternateur type Sterling est de tromper l’alternateur. Il indique à ce dernier que la batterie est déchargée pour qu’il puisse fournir un courant maximum. Ce courant est ensuite transformé par l’amplificateur de tension. En pratique, il travaille comme un chargeur de batterie en trois phases boost/absorption/floating. Pendant la phase boost il fournit le courant maximum, ensuite il égalise la tension et, lorsque les batteries sont chargées il passe en mode floating en fournissant uniquement le courant demandé par le bord. Son installation se résume à le mettre à la place du répartiteur standard. Il possède deux sorties pour recharger indépendamment les batteries moteur et celle de servitudes. Chaque phase peut être réglée en fonction de la technologie des batteries. Vous pouvez également vous orienter vers un régulateur d’alternateur (sans répartiteur) et remplacer le répartiteur à diode d’origine pas un électronique sans perte de tension. En pratique, si vous naviguez à la voile et démarrez le moteur pour recharger les batteries, en fonction du temps de fonctionnement et de l’état des batteries, vous n’irez pas au-delà de la phase d’absorption. Si vous faites plusieurs heures au moteur, là vous passerez en floating et le courant que vous consommez, sera compensé par l’alternateur, dans la limite de sa puissance. En résumé, on recharge efficacement les batteries dans un temps réduit.
La vitesse moteur optimum pour bien recharger
Un alternateur se stabilise (courant / tension) à environ 1800 t/mn. Entre ce dernier et le moteur, il y a une courroie et des poulies. En pratique, on lance le moteur et on réduit sa vitesse pour obtenir un fonctionnement régulier avec un minimum de bruit et de vibration. Compte tenu du rapport des poulies, une vitesse moteur entre 800 et 1200 t/mn est suffisante. Deuxième point important, le temps de recharge. Pour éviter des décharges profondes et permettre à l’alternateur de travailler dans de bonnes conditions, il est conseillé de les recharger lorsque l’on estime avoir consommé 20 à 30% de leur capacité. Par exemple, 40 à 60 ampères sur un parc batteries de 200 ampères.
Les moyens de contrôle bien souvent insuffisants
La majorité des bateaux est équipée d’un voyant de charge qui vous indique que l’alternateur charge, d’un voltmètre qui donne la tension de la batterie et, éventuellement, d’un ampèremètre pour connaître le courant consommé et produit. Ces moyens sont insuffisants pour gérer son énergie. Seul un gestionnaire de batteries encore appelé contrôleur est à même de vous donner toutes les informations : tension, courant (consommé et produit), état des batteries, etc. C’est un appareil simple, facile à installer même par un non professionnel et peu onéreux (entre 170 et 380 euros).
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