Bilan électrique, batteries, chargeurs et alternateurs

Voilà un chapitre un peu plus ardu, moins amusant à écrire et sujet sur lequel la littérature ne manque pas … dans les revues, car il y a bien longtemps que je n'ai plus vu un nouvel ouvrage complet sur la question. Et cette matière évolue également comme toutes les autres. C'est aussi un sujet de sécurité : pompes de cale, instruments de navigation, pilote automatique, feux de navigation, …

L'objet de tous nos désirs est devenu un grand gourmand en énergie. On veut toujours plus : un grand frigo, un surgélateur, un radar qui fonctionne toute la nuit, de l'éclairage agréable, un pilote automatique costaud, puis faire des toasts, réchauffer sa barquette surgelée au micro-ondes, faire sa lessive, etc… Comme à la maison !

C'est possible, agréable quand on vit à demeure sur son bateau, mais il faut calculer son coup pour que ce soit fiable et que l'ensemble tienne la route.

BILAN ELECTRIQUE

Il faut en réalité calculer plusieurs bilans, car la consommation durant une traversée est différente de celle au mouillage.

Aligner pour chaque consommateur : son intensité (ou débit) en Ampères (A) et sa durée de fonctionnement prévue par 24 heures (en heures). La formule P=Ui (puissance (Watts) = tension (Volts) x courant (Ampères) permet de trouver l'intensité en Ampères si les caractéristiques du consommateur sont données en puissance (Watts). On retourne aisément la formule : P/U= i pour avoir l'intensité (A).

Ensuite pour chaque ligne calculer le volume total d'Ampères-heure nécessaire en 24 heures.

Exemples :

1) le feu de mouillage de 10 Watts (soit 10W/12V = 0,83 A), brûlera en une nuit de 8 heures : 8 x 0,83A = 6,64 Ah

2) la pompe de cale consomme 10 A, quatre fois par jour durant 30 secondes (soit 2 minutes ou 0,033 heure) >> 0,033 x 10A = 0,33 Ah (en effet, une forte puissance pendant peu de temps donne une consommation presque négligeable)

Parfois il faut extrapoler le temps de fonctionnement : frigo, congélateur fonctionneront plus sous les tropiques qu'au Spitzberg même en plein été, et ce sont les plus gros consommateurs.

Totaliser verticalement cette dernière colonne pour avoir le besoin journalier en Ampères. Normalement la consommation totale en navigation est supérieure. On retiendra pour le calcul des batteries et des moyens de recharge, le bilan le plus gourmand.

BATTERIE

Tous ces Ampères consommés en 24 heures doivent sortir d'une boîte noire appelée : Batterie. Il faut la dorloter, car elle est précieuse et souffre en silence.

Ici les choses se compliquent un peu pour calculer la réserve d'Ah à mettre dans la batterie pour faire fonctionner tous les appareils électriques durant les prochaines 24 heures. On va partir du principe que pendant cette période, on ne va pas recharger la batterie. Il faut alors prévoir une batterie qui peut livrer tous les Ampères nécessaires sans descendre en dessous de 11,5 Volts (soit ± 60 % de sa capacité). Exemple : la consommation du bord est de 82Ah par jour, la batterie devrait être de 205Ah. Ensuite il faut la recharger à bloc pour permettre une nouvelle journée de consommation.

BON TRUC : installer un Voltmètre pour surveiller la tension de service du bord et démarrer la recharge à temps. Si la consommation et les batteries sont plus conséquentes, s'orienter vers un petit calculateur de type LINK 10 (Heartlink), MASTERVOLT ou autre qui donnera toute une série d'informations pour surveiller ses chères batteries.

Dans la réalité des choses, c'est plus flexible. On recharge souvent la batterie avant de tomber à 60% de sa capacité par plusieurs moyens examinés ci-après.

Lorsque les besoins en Ah sont conséquents, on peut mettre en parallèle plusieurs batteries, dont les capacités vont alors s'additionner (banc de batteries). Il est impératif de coupler des batteries de marque, de type et de capacité identiques et si possible du même lot de fabrication (gravé sur la batterie). Lorsque le bateau possède un ou plusieurs gros moteurs (winchs ou propulseur d'étrave électrique) et qu'il est long, on peut travailler en 24 V pour réduire la section des câbles (montage des batteries en série-parallèle).

Attention, si une batterie dans le banc faiblit ou passe en court-circuit, elle entraîne tout le banc dans la débâcle. Il peut être laborieux de déterminer quelle est la mauvaise. Un bon contact entre la borne de la batterie et la cosse est important, il faut la serrer correctement avant de l'enduire de graisse anti-sulfatage.

Pour vous aider à détecter les défauts d'une batterie, on trouve sur le marché un analyseur de batterie électronique (http://www.selectronic.fr > encoder dans la zone de recherche l'article BCD2112) qui va mesurer une série de paramètres de la chère boite noire.

La plupart des batteries des bateaux de plaisance sont de type plomb-acide et sans entretien. Elles sont fermées et étanches. Les bornes sont maintenant en inox fileté. Deux variantes plus chères (plus de longévité ?) : la batterie à électrolyte gélifié ou dernier cri : la batterie AGM (mat de verre gorgé d'acide entre les plaques de plomb).

Nous utilisons les DELCO standards (vendues aussi sous les marques Delphi et Vetus), type plomb-acide qui sont relativement faciles à trouver en dehors des sentiers battus. C'est un détail important, car on ne peut pas refaire un nouveau coffre à chaque changement du jeu de batteries.

Un switch rotatif ou simplement des câbles permettent de démarrer le moteur sur les batteries de service si la batterie moteur déclare forfait.

Attention : la durée de vie des batteries est beaucoup plus courte si l'on vit à bord : 18 à 24 mois au lieu de 5 ans en utilisation estivale. La durée de vie d'une batterie est fonction du nombre de cycles "consommation-recharge". Une batterie qui n'est pas sollicitée et qui est maintenue chargée ne s'use pas (en théorie). Il est donc utile d'essayer de la maintenir chargée et d'essayer de compenser la consommation le plus souvent possible. Cela paraît un peu utopique, mais c'est le principe à suivre.

Pour mieux comprendre cet aspect important de la vie des batteries, voici un exemple parlant :

• une batterie déchargée de 15% avant d'être rechargée aura droit à 1500 cycles de recharge
• une batterie déchargée de 35% avant d'être rechargée aura droit à 500 cycles de recharge

Donc, il vaut mieux recharger ses batteries plusieurs fois par jour plutôt qu'une seule fois. Si cela prolonge la durée de vie des batteries (important en grand voyage), cela allonge considérablement le temps de charge, car comme vous allez le voir ci-dessous, amener une batterie de 90 à 100% de sa capacité prend beaucoup plus de temps que de passer de 60 à 70% de sa capacité.

Winter TRUC : à moins que vous ne deviez laisser un consommateur en marche (alarme, feu de mouillage, ...), ne laissez pas l'éolienne ou les panneaux solaires en marche durant vos longues absences à bord. En effet, cela "cyclera" vos batteries inutilement. Une batterie moderne n'a que +-3% d'auto-décharge sur 6 mois, alors le mieux est de tout couper et d'isoler les batteries.

La recharge des batteries peut être faite par différents appareils. Voyons d'abord le chargeur et l'alternateur, puis dans le chapitre suivant, les autres moyens de charge.

CHARGEURS

L'outil le plus puissant pour regonfler une batterie est le chargeur. Il va la gaver de bons Ampères pour la ramener à 100% de sa capacité. Pour l'alimenter, il faut du 220V en provenance du quai ou d'un groupe électrogène embarqué. La puissance du chargeur dépend de la capacité totale du banc de batterie en Ah et de la consommation journalière. Associer un chargeur de 80A avec un banc de 400Ah et une consommation de 160 Ah. Pourquoi ? Parce que le régulateur du chargeur ne va pas donner en permanence toute sa puissance de feu, il va réguler son intensité et son voltage en fonction de l'état de charge de la batterie. En moyenne, il doit pouvoir débiter ± 10 % de la capacité de la batterie. Il va débiter 70A au début pour redescendre progressivement à pratiquement zéro en fin de charge. Il faut charger vite, mais pas trop, pour ménager les batteries. Dans une installation sophistiquée, le chargeur mesure la température de la batterie et débite un maximum d'ampères tant que la température reste en dessous d'un certain seuil. Cela raccourci légèrement la vie de la batterie, mais on gagne énormément en temps de charge.

QUICK TRUC : pour une même consommation, il est intéressant d'avoir une batterie plus importante, cela permet de la recharger avec plus d'Ampères, donc plus rapidement. Ex.: On peut recharger à 40 A deux fois plus vite sur une batterie de 200Ah que sur une batterie de 100Ah. Il faut donc dans ce cas un plus gros chargeur …

Les chargeurs modernes sont dits "à découpage". Cette technologie est plus fragile que l'ancienne technique à transfos, mais beaucoup plus compacte et légère. Il faut vérifier la compatibilité entre la technologie de la batterie (acide, gel, AGM) et le chargeur.

TRISTE TRUC : en grande croisière, il tombera en panne une fois par an, … donc il faut en avoir deux. En prendre un très gros pour le faire tourner en mer sur le groupe et un normal pour le quai (ne fait pas sauter les fusibles du ponton !). Le chargeur marin est introuvable hors des sentiers battus, surtout en 24 V ...

PHASE TRUC : une fois quitté l'Europe, la tension du quai est rarement à 220V/50 Hz. Choisissez obligatoirement un chargeur qui fonctionne de 90 à 250 Volts en 50 ou 60 Hz.

Les batteries sont lourdes et doivent être arrimées dans le bateau pour éviter de riper à la gîte (ou au chavirage). L'idéal étant de les mettre dans un bac étanche et ventilé.

ALTERNATEUR

Beaucoup de bateaux utilisent l'alternateur d'origine du moteur de propulsion et un répartiteur de charge. Cet accessoire permet d'orienter plus ou moins d'Ampères vers les batteries de service ou celle de démarrage. Méfiance ! Si vous souhaitez utiliser un tel accessoire, il faut choisir un modèle pratiquement sans perte de tension (par exemple chez MASTERVOLT ou CRISTEC). Sinon, vous ne remplirez jamais vos batteries.

L'idéal est de séparer complètement les circuits de charge. L'alternateur moteur d'origine (généralement faiblard) s'occupe de la batterie démarrage. Les batteries de service sont chargées par un second alternateur plus puissant. On peut monter allègrement un 100A avec un banc de 400Ah. On fait Ampères à part et on dispose de deux alternateurs pour parer aux pannes. C'est mieux en Grand Voyage.

BAT TRUC : importée en France par Victon Energy, la gamme BALMAR est particulièrement bien étudiée pour recharger vite et bien votre parc de batteries. Je vous invite à lire leur documentation. On y trouve une gamme d'alternateurs à haut rendement, des répartiteurs sans perte de tension, des senseurs de température, ... Pensez seulement à rajouter une paire de courroies de remplacement.

J'ai également repéré un chargeur-régulateur chez Sterling qui permet de charger très rapidement le parc batterie. Cela vaut la peine de s'informer plus en détail surtout si l'on ne dispose pas d'un groupe électrogène à bord pour recharger les batteries via le chargeur 220V.

Voilà, le sujet est vraiment traité en bref et sans détails. En grande croisière c'est la gestion la plus délicate du bord. Il faut bien étudier cette matière et se documenter avant de partir. Si le programme de la croisière ramène le bateau à quai tous les 3 ou 4 jours, le système peut être évidemment moins conséquent.

La batterie reste un domaine mystérieux et mal connu des plaisanciers et même de la majorité des professionnels du milieu nautique. Je n'ai jamais rencontré d'électricien de marine, pourtant il doit en exister !

Mise à jour : janvier 2008