Le circuit proposé pour charger une batterie à partir de la décharge du poisson électrique a été fait avec toutes les rigueurs pour qu’à la phase de sa réalisation, les résultats attendus pourraient être les plus proches possibles de la conception. Les courbes des figures 28 et 29 simulent les deux types de décharge qu’émet souvent Malapterurus electricus du Bénin. Cette tension d’entrée Ue a une amplitude variante entre 13 V et 23 V avec une fréquence oscillant entre 250 et 300 Hz.
La figure 30 présente la simulation du signal électrique sortant du bloc de redressement et après filtrage par les condensateurs on obtient la courbe de la figure 31. Nous observons bien sur la figure 31 que le signal est bien filtré et débarrassé de différents harmoniques. Le signal électrique qui provient du bloc de filtrage est régulé à 15 V par le bloc de régulation pour sortie le signal électrique présenté dans la figure 32. Le signal de sortie du bloc de régulation a une tension d’environ 15 V et un courant maximal 1,8 A contrôlable par le potentiomètre Rp1. Toute la simulation a été faite par le logiciel de simulation des circuits électriques Multisim 9.
Vers la fin de la recharge de batterie, la différence de potentiel aux bornes de la batterie s’élève jusqu’à 13,8 V environ. Cette dernière valeur fait chuter le courant de charge automatiquement. Cependant la batterie est dans ce cas sur le courant de maintient de la recharge. Ce courant de l’ordre de quelques milliampères n’et pas destructif pour la batterie.
Figure 28: Courbe de simulation de l’impulsion positive Source : Zonou
Figure 29: Courbe de simulation de l’impulsion négative Source : Zonou
Figure 30: Simulation du signal provenant du redresseur (13 V-23 V) Source : Zonou
Figure 31: Signal filtré par le bloc du circuit de filtrage (12 V-22 V) Source : Zonou
Figure 32: Tension de sortie du circuit régulateur (15 V, Imax=2 A) Source : Zonou
5.3. Dispositif de stockage de l’énergie électrique produite
Le dispositif qui sert à stocker la décharge du poisson électrique avant d’être réutilisée en énergie électrique est une batterie d’accumulateur. C’est un ensemble d’accumulateurs reliés pour emmagasiner l’énergie électrique durant l’opération de charge pour la restituer par la décharge. Il se comporte donc en un premier temps comme un récepteur puis par la suite à un générateur. Il existe plusieurs types d’accumulateurs (tableau A3, annexe). Toutefois, notre choix portera sur l’accumulateur au plomb ACD ou VARTA (photo 8). Les caractéristiques de cet accumulateur sont présentées dans le tableau VII.
Tableau VII : Caractéristiques de la batterie ACD
.
Photo 8: Batterie au plomb Source : cliché Zonou
L’accumulateur au plomb ACD ou VARTA a les avantages ci-après :
Avantages
Le montage en plaques planes épaisses, assure une excellente aptitude aux cycles et prolonge la vie des batteries.
L’utilisation pour les grilles d’alliage spécifique à très faible taux d’antimoine limite la consommation d’eau et l’autodécharge, simplifie la maintenance et améliore la longévité des batteries, même en atmosphère chaude.
Capacité nominale C10
50 Ah
Encombrement 260 x 174 x 238 mm Poids sèche 12,10 Kg
Volume d'acide 6,60 litres
Densité 1,28
Autodécharge < à 25 % après 6 mois Grilles Épaisseur > à 2 mm
Grilles Pb 1,8 % Sb Plaques Oxyde Friction – Pb
99,99
La présentation en bac polypropylène translucide permet un contrôle visuel rapide du niveau d’électrolyte.
La batterie est présentée en version «chargé sec» (c’est à dire batterie prête à l’emploi, l’acide étant à part). Il n’y a pas d’autodécharge lors d’un stockage d’énergie électrique prolongé.
Toutes ces caractéristiques font de la gamme la solution appropriée, propre et sûre pour tous les besoins domestiques ou professionnels.
Pour mettre en service la batterie pour une première utilisation, quelques démarches sont à suivre.
Mise en service de la batterie
La mise en service de la batterie commence par son remplissage de manière à ce que le niveau d’électrolyte affleure le couvercle. Ensuite la batterie est laissée au repos 30 minutes (imbibition des éléments). En Outre un réglage du niveau d’électrolyte 30 à 40 mm en dessous de la surface du couvercle est recommandé et enfin on peut procéder à la mise en charge, au minimum deux heures à une tension de 14,70 volts.
Entretien de la batterie
Pour garantir une longue durée de vie d’une batterie il est nécessaire de lui faire un bon entretien. La tension circuit ouvert, c’est-à-dire sans courant de décharge, d’un élément contenant une solution d’un poids spécifique de 1,28 est d’environ 2,1 V. Lorsque la batterie débite du courant, l’effet de la résistance interne de chaque élément peut faire descendre la tension jusqu’à 2 V et moins.
Il est indispensable, pour un bon entretien de la batterie, de contrôler le plus souvent possible le niveau de la solution électrolytique, surtout après une longue période d’inactivité.
Au cours du fonctionnement de la batterie, l’acide sulfurique présent dans l’électrolyte ne s’use jamais (sauf en cas de renversement accidentel ou de cassure du bac qui est fragile).
En revanche, l’eau de la solution est sujette à l’évaporation, d’où la nécessité de rétablir le niveau de l’électrolyte en ajoutant périodiquement, une fois par mois, de l’eau distillée de préférence.
L’eau distillée doit être ajoutée dans une batterie au repos et froide (20 °C) jusqu’à recouvrir les séparateurs d’environ 3 mm. Si la batterie est chargée à fond, par exemple après un long parcours, il faut que la hauteur de la solution dépasse de
Le contrôle peut s’effectuer en utilisant un tube de terre d’un diamètre de 5 à 8 mm, que l’on introduit dans un élément, jusqu’à ce qu’il repose sur les séparateurs. On obture du doigt l’extrémité supérieure du tube, on l’extrait et on vérifie alors la hauteur de la solution au-dessus des séparateurs. Cette opération est répétée pour chacun des éléments.
L’eau distillée doit être contenue dans des récipients en terre ou en matière plastique bien propre. Les entonnoirs et les baguettes qui viennent en contact avec l’eau distillée doivent être de même matière et jamais en métal.
La batterie doit être toujours propre et sèche, surtout sa partie supérieure. Il faut éviter d’introduire des détritus ou des poussières à l’intérieur des éléments car les impuretés, en accélérant la sulfatation de la batterie, en raccourcissent considérablement la durée d’utilisation. Les bornes et les cosses doivent être nettoyées soigneusement.
Il ne faut jamais taper sur les cosses, car on risque de provoquer des fissures dans le bac. Elles doivent être nettoyées et recouvertes de vaseline pure fluide, jamais de graisse (car elle peut à la longue rendre les cosses isolantes).
Chaque élément est muni d’un bouchon à pression, à travers lequel il est possible de contrôler le niveau de la solution électrolyte. Ce bouchon est muni généralement d’un petit trou qui permet la sortie des gaz résultant de différentes réactions chimiques. Si ce trou est bouché par des détritus, les gaz n’ont plus la possibilité de sortir et créent, à l’intérieur de l’élément, une pression qui peut s’avérer nuisible. Il convient donc de vérifier qu’il est bien libre chaque fois qu’on inspecte la batterie.
Avant de mettre la batterie en charge, il est conseillé d’enlever complètement ce bouchon et de couvrir l’ouverture avec un petit chiffon car le phénomène d’ébullition qui se produit vers la fin du processus de charge, impose la présence d’une ouverture suffisante pour permettre la sortie batterie des gaz qui se dégagent en quantité importante.
Chaque batterie doit être chargée en respectant les indications fournies par le fabriquant: par défaut, il faut utiliser un courant de charge équivalant au plus au dixième de la capacité de la batterie. En outre, il faut rappeler qu’en aucun cas le courant de charge ne doit être trop intense de la solution et que la température de l’électrolyte ne doit jamais dépasser 52 °C.
En pratique, bien qu’il ne soit pas possible d’établir avec une rigoureuse exactitude à quel moment la charge peut être jugée complète, on interrompra généralement le courant lorsque la solution électrolyte semble bouillir avec certaine intensité.
Rappelons que l’hydrogène est un gaz fortement combustible et que, combiné à l’oxygène, il peut constituer un mélange explosif très dangereux. Il faut donc éviter d’approcher une cigarette allumée d’une batterie en charge ou de provoquer des étincelles électriques à proximité immédiate: en effet, dans un cas comme dans l’autre, on pourrait provoquer l’explosion du mélange, avec les conséquences désastreuses qu’on imagine.
5.4. Dispositif de la mise en service de l’énergie stockée
L’énergie électrique provenant du poisson électrique stockée peut être ensuite utilisée à partir d’un onduleur électrique. Cet équipement permet, à partir d'une source qui fournie une tension de 12 V en continu, d'alimenter des appareils électriques classiques fonctionnant sur le courant domestique de tension 230 V alternative avec une fréquence fixe de 50 Hz. L’équipement a trois bornes pour le signal d’entrée (la borne positive, la borne négative et la terre) et trois bornes pour le signal de sortie (la phase, la masse et la terre).
Par ailleurs, en dehors de l’onduleur de la Photo 9, il existe d’autres onduleurs qui peuvent être adaptés selon les besoins.
Puissance en continu : 300 W Puissance en pointe : 450 W Rendement : 90 %
Consommation à vide à 12 V : < 0.65 A Fréquence en sortie : 50 Hz +-1%
Tension de sortie : 230 V
Normes CE : EN60650, EN6100-4-2, ENV50140, EN55014 et EN50091
Photo 9: Onduleur électrique (Vin=12 V en continu, Vout=220 V, 50 Hz) Source : modèle série EN
5.5. Evaluation de la puissance de la charge à utiliser
Le dispositif de stockage de l’énergie électrique à partir du poisson électrique a une capacité de 50 Ah mais ou tout autre capacité de batterie plus élevée. Le choix
d’un type de batterie dépend d’abord de la capacité de la source à fournir un minimum de courant en une durée la plus longue que possible.
Lorsque le poisson débite un courant de 1 A pendant 20 heures en une journée, la batterie est chargée à 20 Ah a partir de cet instant, on peut globalement utiliser cette énergie pour un ensemble de charge consommant 0,17A×5=0,85A pendant 12 heures soit une consommation de 10,2 Ah parmi les 20 Ah initiales. Au cours de l’utilisation, l’énergie est restituée par la recharge qui est en permanence
DISCUSSION
L’étude de l’EOD au niveau des poissons électriques en général et surtout sur Malapterurus electricus au Bénin en particulier révèle la liaison entre les caractéristiques électriques des décharges par rapport à certains poissons électriques des autres milieux géographiques. Malapterurus electricus produit des salves électriques quelquefois pour se défendre, pour la communication sociale dans son milieu aquatique et également pour assommer sa proie en cas de nécessité.
Pendant la journée, le rythme de la décharge est moins régulier, 7 fois par heure ou presque absent. A la tombée de la nuit, la décharge devient plus régulière allant à 87 par heure. En générale, l’activité électrique du Malapterurus electricus nécessite l’obscurité pour être plus régulière. La durée de chaque décharge est de l’ordre d’une demie seconde. Comparativement aux résultats de Belbenoit et al. (1977) dont la fréquence du rythme de la décharge est de l’ordre de 108 par heure pour une durée 2 ms à 8 s, ces valeurs confirmes le rythme de décharge des Malapterurus electricus et le fait qu’ils soient non seulement des chasseurs nocturnes mais aussi des espèces qui aiment s’enfouir dans les eaux troublées. L’étude faite par Rabut, (2000) révèle qu’une salve peut s’étendre jusqu’à 30 secondes et peut contenir plus de 1.000 décharges.
La forme mono-alternance des impulsions est pareille à ce qui est observé au niveau du Gymnotus, de la torpille et de Gymnarchus Lissmann (1963) ; François (1966) ; Decoursey (1992) ; Par contre en ce qui concerne la forme de la décharge de Malapterurus electricus relevée dans l’étude de Bebenoit et al. (1977) il est noté l’existence de deux principales formes de signal qui sont sinusoïdale et mono-alternance. La fréquence dominante de chaque EOD varie entre 250 et 300 Hz.
L’amplitude maximale la plus régulière de chaque décharge oscille autour de 20 V et dépend du type d’excitant et de l’âge de l’espèce. Au cours de notre expérience, Malapterurus electricus produit cette tension régulièrement lorsque nous le chatouillons avec une baguette. Cet instrument est utilisé pour représenter un prédateur pour le poisson. Malapterurus electricus adulte produit de EOD allant jusqu’à 350 V François (1966) et Moller (1980). La circulation du courant à l’intérieur du Malapterurus electricus est de la tête vers sa queue, tandis qu’à l’extérieur le courant circule de la queue vers la tête. Cette observation du sens de courant que nous avons obtenue lors de notre étude confirme celle de certains auteurs Marey (1872) et François (1966) mais contredit l’hypothèse de Fohrman Aquaristik (2008) [37].
Le milieu physico-chimique de vie du poisson électrique au Bénin et les conditions climatiques favorisent bien l’élevage dans les étangs ou dans les bassins ou également en aquarium.
La conductivité du milieu est voisine de 25 µS/cm. Cette valeur de la conductivité nécessite le rapprochement des électrodes de capture de l’EOD pour minimiser l’impédance de l’eau séparant les électrodes au poisson électrique et pour avoir le maximum de puissance délivrée par la source. Une baisse de cette valeur s’observe lorsque ces précautions ne sont pas prises. L’entendue du champ électrique autour du poisson électrique le prouve également Moller (1980) ; Rasnow (1996) ; Florion (2008) par la diminution de l’intensité du champ électrique lorsque l’on s’éloigne du poisson électrique.
La régularité du taux de EOD au niveau du Malapterurus electricus est moins par rapport à celui d’Electrophorus electricus. Notre étude comparative sur les travaux d’étude fais par tous les auteurs n’a contredit aucun d’entre eux sur le fait que Electrophorus electricus est le seul poisson électrique ayant la possibilité de faire deux catégories d’EOD, une salve d’impulsion intermittente allant jusqu’à 800 V et des décharges électriques permanentes de l’ordre de 20 V [31], [28] et [11]. Au cours du stockage de l’EOD, le temps pour atteindre la recharge complète de la batterie d’accumulateur au niveau de la première espèce est plus long que celui de la deuxième espèce.
Sur le plan théorique et conceptuel les condensateurs de filtrage du circuit de charge de la batterie de notre référentiel de base peuvent avoir une valeur plus faible que ce qui est prévu dans le dimensionnement. Ceci a pour avantage la recharge à courant mono alternance avec écrêtage qui est aussi souhaité pour les batteries au plomb. Le fait d’avoir utilisé un minimum de composant a fait que la perte en énergie dans le circuit est faible. Quant aux autres dispositifs du modèle de base, il ne pose aucun problème d’utilisation avec les règles et précautions d’entretien.
CONCLUSION ET SUGESTIONS
Au vu de l’analyse des paramètres électriques des poissons électriques produisant de fortes décharges électriques, nous admettons qu’il est possible que ces poissons électriques soient utilisés pour combler une partie des déficits d’énergie électrique pour des charges modérées dont la consommation est d’environ 200 W.
Les poissons électriques pouvant vivre aisément dans des aquariums mobiles, il est évident que cette source d’énergie électrique peut encore mieux servir les sites isolés en particulier les villages où l’énergie électrique fait défaut. Les résultats de notre étude favorisent dans un premier temps la collecte des poissons électriques sur tous les cours d’eau douce du Bénin et de mettre par la suite ces poissons électriques en élevage. L’intérêt immédiat de l’élevage des poissons électriques est d’avoir en quantité et en qualité suivant l’âge des poissons électriques qui permettront d’avoir des paramètres électriques adéquats pouvant être valorisés dans la production d’énergie électrique. Malapterurus electricus est une source d’énergie électrique de salves intermittentes polarisées. Il produit des décharges électriques dont le rythme est plus important dans l’obscurité qu’en présence de la lumière.
Pour mieux utiliser Malapterurus electricus comme source d’énergie, la première précaution à prendre est de mettre environ trois Malapterurus electricus dans le même aquarium et les séparer par des grilles isolantes. Malapterurus electricus a besoin aussi de l’obscurité pour la régularité de son activité électrique.
Notre étude nous a permis de concevoir un modèle de base d’utilisation comme source d’énergie électrique à partir des paramètres électriques relevés et les études faites par d’autres auteurs sur la décharge des poissons électriques.
Malapterurus electricus et d’autres poissons électriques peuvent être détectés dans les eaux douces au cours des pêches à partir d’un capteur de signal électrique.
Les perspectives qui s’ouvrent à partir de notre étude faite sur les poissons électriques au Bénin sont nombreuses. Les études complémentaires à la nôtre peuvent s’orienter sur la partie des différents modes d’excitant pour rendre le signal électrique régulier ou permanent sans affecter la vie du poisson électrique et avoir également une puissance électrique exploitable. La disponibilité des poissons électriques nécessite à ce sujet, la collette et le démarrage de l’élevage des poissons électriques au Bénin, sans quoi il n’y aura pas l’élément fondamental sur lequel il faut faire des essais. Nous pouvons valoriser davantage nos musées à partir des décharges des poissons électriques pour réaliser des systèmes électroniques.
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