L’électrification d’un voilier est une étape cruciale pour tout chef de bord cherchant à rendre son bateau autonome en énergie, surtout dans le cadre de navigations au long cours. Cet article est l’occasion pour moi de combiner diverses connaissances acquises dans différents domaines, tout en découvrant un sujet auquel je ne suis pas encore pleinement familier. Ayant une solide expérience dans l’électricité résidentielle et la production photovoltaïque, ainsi que des compétences liées à la gestion des systèmes électriques sur des embarcations à moteur inboard, je réalise que l’électrification d’un voilier, et plus particulièrement la gestion de l’autonomie énergétique en haute mer, représente un nouveau défi. Comment Électrifier un Voilier ?

Comme ancien professionnel de la plongée subaquatique, l’électricité à bord d’un bateau à moteur, souvent utilisé pour des plongées ou des sorties de courte durée, repose sur des problématiques plus ponctuelles, l’autonomie énergétique d’un voilier en navigation hauturière nécessite une compréhension nettement plus fine et plus complète. Cette transition vers une gestion énergétique plus complexe implique une réflexion sur la production, la consommation et la distribution d’électricité à bord, en tenant compte des conditions de navigation. Ce cheminement fait partie de mon parcours pour Devenir Chef de Bord à la Voile capable de relever le défi d’un tour du monde, où chaque ressource énergétique devient précieuse et chaque panne électrique peut compromettre la sécurité et le confort à bord.

1. Comment Électrifier un Voilier ?

Dans cet article, nous allons explorer les différents systèmes électriques d’un voilier, qu’il s’agisse du circuit 12V ou du circuit 230V, ainsi que les équipements nécessaires pour garantir une autonomie optimale en mer. Nous aborderons également les éléments essentiels comme les batteries, les régulateurs de charge, les convertisseurs et les tableaux de distribution. Loin de moi l’idée de vous faire un cours complet en électricité, il faut tout de même considérer qu’un minimum de bases sont nécessaires à la compréhension de cet article.

Nous l’avons vu dans l’article précédent Optimiser le Bilan Énergétique d’un Voilier, il faut maitriser l’équilibre énergétique entre les capacités de production réelle et les besoins en consommation en fonction de plusieurs types de situations (Quai, navigation, mouillage et météo). Nous allons voir dans cet article, comment mettre en œuvre une installation répondant à cet équilibre.

2. 12VDC et 230VAC, deux circuits électriques complémentaires

Un système électrique de voilier se divise en deux circuits principaux : 12VDC (DC : Continu) et 230VAC (AC : Alternatif), chacun alimentant différents types d’appareils à bord, depuis l’éclairage jusqu’aux électroménagers. Comprendre comment chaque composant se connecte est crucial pour une gestion optimale de l’énergie à bord. Voici une explication de l’interconnexion des composants clés du système électrique.

Petit rappel : Courant continu, alternatif et fréquence

Nous allons aborder la notion d’AC/DC… il ne s’agit pas des règles de sécurité au tir 😉 , mais de la description de deux types de courant : courant alternatif (AC ou CA) et courant continu (DC pour Direct Current, ou CC).

Cette notion de AC ou DC est généralement indiquée juste après la tension, pour indiquer ce qu’une alimentation délivre ou le type d’alimentation électrique dont un appareil à besoin : il y a par exemple un courant alternatif 230 VAC pour le courant au secteur en sortie d’une prise électrique, et un courant continu de 12 VDC pour une alimentation d’un petit appareil.

Dans un courant continu, les charges électriques ne vont que dans un seul sens, du [-] vers le [+], tandis que dans un courant alternatif, le sens des charges change très régulièrement. Un courant alternatif est donc défini par sa tension mais également par sa fréquence, à savoir le nombre de fois que les charges changent de sens.

Cette fréquence est de 50 Hz dans la plupart des pays, y compris la France, et de 60 Hz aux États-Unis. Vous constaterez sur la plupart des alimentations la mention 50/60 Hz, indiquant qu’elles acceptent les deux fréquences.

Voyons maintenant comment identifier les différents composants des deux circuits électrique, leurs sources d’énergie, le stockage, et leur usages.

Le système électrique d’un voilier est une combinaison bien pensée de plusieurs sources d’énergie, de stockage et de distribution. La clé pour maintenir l’autonomie en mer est une bonne gestion des batteries et une compréhension claire des interactions entre le 12V, le 230V, et les sources de production d’énergie. Un bon dimensionnement des batteries et un usage raisonné des ressources (quai, panneaux solaires, alternateur moteur, éolienne) garantissent le bon fonctionnement de tous les systèmes, que ce soit au mouillage ou en pleine navigation.

2.1. Le Circuit 12V : Équipements Essentiels

La plupart des appareils essentiels à bord d’un voilier fonctionnent en 12 volts, alimentés par un ensemble de batteries de servitude. Les équipements connectés au circuit 12V incluent :

• • • Éclairage : Feux de navigation, éclairage intérieur et extérieur.
    • Instruments de navigation : GPS, traceur, sondeur, anémomètre, etc.
    • Systèmes de communication : VHF, AIS, etc.
    • Pompes : Pompe à eau douce, pompe de cale.
    • Réfrigérateur et petits appareils.
    • …

Tous ces équipements sont reliés à un tableau électrique 12V, qui distribue l’énergie (interrupteurs) et protège chaque circuit via des fusibles et des disjoncteurs.

Les batteries de servitude sont rechargées par différentes sources d’énergie comme les panneaux solaires (via un régulateur MPPT), l’alternateur du moteur, et le régulateur de l’éolienne. Lorsque plusieurs sources de production 12v cohabitent sur un parc de plusieurs batteries, il peut être nécessaire de mettre en place un répartiteur (Isolateur) pour gérer la charge des différentes batteries indépendamment. Le système peut aussi comprendre un coupleur qui connecte temporairement la batterie moteur et les batteries de servitude pour partager la charge lorsque l’une est faible.

Le régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking) optimise la charge des batteries 12V à partir des panneaux solaires. Il ajuste la tension et le courant généré par les panneaux pour maximiser leur rendement. Par exemple, s’il fait nuageux ou que l’ensoleillement n’est pas optimal, le MPPT permet d’optimiser la faible production et de la convertir en énergie utile pour la recharge des batteries.

L’alternateur du moteur produit de l’électricité lorsqu’il tourne. Il recharge principalement la batterie de démarrage moteur, mais grâce à un coupleur de batteries, il peut aussi recharger les batteries de servitude lorsque celles-ci sont plus basses. Ce processus est particulièrement utile en navigation longue ou par manque d’ensoleillement pour les panneaux solaires.

D’autres sources de production 12VDC peuvent coexister sur un voilier, comme principalement l’éolienne, l’hydrogénérateur ou encore une pile à combustible méthanol. Ces dispositifs devront eux aussi disposer de régulateurs de charges pour se connecter au circuit des batteries de servitudes.

2.2. Le Circuit 230V : Équipements de confort (Accessoires)

Le circuit 230V est principalement utilisé pour les équipements à haute consommation énergétique, comme les appareils électroménagers (Outils électroportatif, micro-ondes, bouilloire), des outils électriques, et certains ordinateurs. Il se connecte à différentes sources, selon la situation :

À Quai

Quand le voilier est amarré, il peut être branché à une source d’alimentation externe en 230V via un câble spécifique connecté au quai. Ce courant est utilisé pour :

• • • • Recharger les batteries via un chargeur de quai.
      • Alimenter directement les appareils 230V comme les chargeurs de téléphone, les outils ou des petits électroménagers.
      • Alimenter par conversion le circuit 12VDC.

Au mouillage et en navigation – Inverter (Convertisseur)

Lorsque le voilier est au mouillage ou en navigation et que vous n’avez pas accès à une alimentation de quai, un inverter (convertisseur) transforme l’énergie des batteries de servitude en 230V. Il permet de faire fonctionner des appareils 230V à partir de l’énergie stockée dans les batteries 12V. Toutefois, l’inverter consomme beaucoup d’énergie et ne doit être utilisé que pour de courtes durées, ou prévoir un parc de batterie bien dimensionner pour répondre aux besoins énergétiques de vos équipements de confort.

La génératrice fossile – Groupe électrogène Complément

Un groupe électrogène (Essence, Gazoil, Propane) peut être un complément judicieux comme source 230VAC. Il propose une alternative au sous-titrage des batteries de servitude de l’inverter, et permet de combler un niveau de batteries à la limite du seuil de charge.

3. Composants Essentiels du Système Électrique à Bord

4. Comment connecter des panneaux photovoltaïques sur un voilier ? 

Lorsqu’il s’agit d’installer des panneaux solaires sur un voilier, une question cruciale se pose : faut-il les connecter en série ou en parallèle ? Chaque configuration présente des avantages et des inconvénients en fonction de la manière dont l’énergie est utilisée et des conditions spécifiques rencontrées en navigation.

3.1 Connexion en série : avantages et inconvénients

Principe : Les panneaux sont connectés en série, ce qui signifie que la tension (voltage) s’additionne tandis que l’intensité (ampérage) reste constante.

Avantages :

1. 1. 1. • Tension plus élevée : Avec plusieurs panneaux connectés en série, la tension totale augmente. Cela permet une meilleure efficacité dans la transmission de l’énergie sur de longues distances. En effet, un système à haute tension peut réduire les pertes de puissance dans les câbles, ce qui permet d’utiliser des sections de câble plus fines, réduisant ainsi le poids à bord.
         • Compatibilité avec les régulateurs MPPT : Les régulateurs de charge MPPT (Maximum Power Point Tracking) sont plus efficaces lorsque la tension des panneaux solaires est plus élevée que celle du parc de batteries, ce qui favorise la connexion en série pour maximiser la production d’énergie solaire.

Inconvénients :

1. 1. 1. • Problème d’ombrage (offuscation) : Un inconvénient majeur de la connexion en série est l’impact de l’ombrage. Si un seul panneau est partiellement ombragé (par la bôme, par exemple), la production de toute la chaîne de panneaux peut être considérablement réduite. Un panneau affecté limite le courant dans toute la chaîne.
         • Panne unique : Si un panneau solaire tombe en panne, toute la chaîne peut être affectée, provoquant une coupure d’énergie pour l’ensemble du système.

3.2 Connexion en parallèle : avantages et inconvénients

Principe : Les panneaux sont connectés en parallèle, ce qui signifie que l’intensité (ampérage) s’additionne tandis que la tension reste la même que celle d’un seul panneau.

Avantages :

1. 1. 1. • Résilience face à l’ombrage : Contrairement à une connexion en série, si un panneau est partiellement ombragé, les autres panneaux continueront de fonctionner normalement, car chaque panneau fonctionne indépendamment. Cela rend le système plus résilient aux conditions variables, comme l’ombre de la bôme ou du gréement.
         • Panne localisée : Si un panneau tombe en panne, cela n’affectera pas la production d’énergie des autres panneaux, car ils restent indépendants.
         • Flexibilité d’extension : Il est souvent plus facile d’ajouter des panneaux supplémentaires dans un montage en parallèle sans avoir à ajuster la tension de tout le système.

Inconvénients :

1. 1. 1. • Intensité plus élevée : Avec une intensité accrue, il faut des câbles de plus grande section pour transporter le courant sans perte de puissance. Cela peut rendre l’installation plus lourde et plus coûteuse, en particulier sur un voilier où l’espace et le poids sont limités.
         • Perte d’efficacité pour les longues distances : Comme la tension est plus basse, il y a plus de pertes d’énergie dans les câbles si les panneaux sont éloignés des batteries.

3.3 Connexion en hybride (couplage de string) :

Le compromis entre série et parallèle est un mélange des deux solutions, il apporte parfois un peu de flexibilité sur les inconvénients de chaque montage. Le terme « string » désigne un groupe de panneaux solaires connectés en série. Il est possible de combiner plusieurs strings en parallèle pour profiter des avantages des deux configurations. Cela permet d’augmenter la tension tout en maintenant une certaine résilience en cas d’ombrage partiel. L’association série/parallèle de panneaux solaires nécessite également l’emploi de diodes anti-retour, afin que le courant ne parcoure pas une chaîne de panneaux en sens inverse. Ces diodes sont à placer en sortie de chaque bloc de panneaux montés en série (de chaque « string », donc), avant de relier ces blocs en parallèle.

3.4 Impact de l’ombrage

L’ombrage est une des préoccupations majeures pour les installations solaires sur un voilier. L’ombre d’un élément du bateau comme la bôme peut réduire considérablement la production d’énergie solaire. Cela affecte surtout les configurations en série, car un panneau ombragé peut limiter la puissance produite par tous les panneaux connectés en série. Dans un montage en parallèle, l’ombrage d’un seul panneau n’aura qu’un impact localisé, laissant les autres panneaux continuer à fonctionner à pleine capacité.

3.5 Considérations pratiques pour un voilier

• • Sections de câbles : En fonction du type de montage choisi, la section des câbles devra être adaptée pour éviter les pertes d’énergie. Pour un montage en parallèle, où l’intensité est plus élevée, des câbles plus épais seront nécessaires. Il est recommandé de calculer la section des câbles en fonction de la longueur et de la puissance prévue pour éviter les chutes de tension.
  • Régulateur de charge MPPT : Que vous optiez pour un montage en série ou en parallèle, il est fortement conseillé d’utiliser un régulateur MPPT pour maximiser l’efficacité de la conversion d’énergie et prolonger la durée de vie des batteries.

3.6 Synthèse

Le choix entre une connexion en série ou en parallèle dépend des priorités en termes d’efficacité énergétique, de résilience face à l’ombrage et des contraintes d’installation. La série offre une meilleure efficacité de conversion avec un régulateur MPPT, tandis que le montage en parallèle assure une plus grande résilience face aux conditions variables en mer. Dans certains cas, un mix des deux configurations (via des strings) peut offrir un bon compromis entre efficacité et fiabilité.

5. Conseils Pratiques d’Électrification d’un Voilier

Le montage électrique d’un voilier nécessite rigueur et attention pour garantir une installation sécurisée et conforme aux normes. Voici une liste non exhaustive de recommandations pour l’électrification d’un voilier :

5.1. Conformité aux Règles de Sécurité

• • • Respectez scrupuleusement la DIVISION 240, qui définit les exigences en matière d’équipement de sécurité et de prévention des risques à bord.
    • Assurez-vous de suivre les prescriptions liées à la sécurité électrique et aux indices de protection IP (résistance à l’humidité, protection contre les infiltrations).

5.2. Préparation et Schéma de Câblage

• • • Préparer un schéma de câblage détaillant chaque circuit, ses composants, et les connexions entre les différents éléments.
    • Numéroter chaque extrémité des conducteurs et indiquer leur fonction (ex. alimentation, retour) ainsi que la source d’énergie (batteries de servitude, moteur, etc.).

5.3. Choix des Conducteurs et Fusibles

• • • Utiliser des conducteurs multibrins adaptés aux exigences mécaniques et à la consommation électrique de chaque appareil.
    • Veiller à ce que la consommation ne dépasse pas 70 % du calibrage des fusibles ou disjoncteurs. Exemple : pour un appareil consommant 3 ampères, utiliser un fusible de 5 ampères et des câbles de section 1,5 mm².
    • La section des câbles doit être déterminée selon un tableau de correspondance (section du câble en fonction de la longueur et du courant).
    • Relais : Utilisez un relais adapté si la consommation dépasse 10 ampères pour éviter d’endommager les circuits.

5.4. Gestion des Câbles

• • • Utiliser au minimum des câbles de 1,5 mm² pour les circuits basse consommation.
    • Rouge pour le positif, noir pour le négatif : Respectez cette convention de couleur pour éviter les erreurs de connexion.
    • Limitez les raccords et les borniers pour éviter les faux contacts.
    • Évitez les dominos pour les connexions, préférez des barrettes normalisées ou des connexions par soudure étain, garantissant une meilleure durabilité et sécurité.
    • Étamer les extrémités des câbles avant connexion pour améliorer la conductivité et protéger contre la corrosion.

5.5. Sécurité et Organisation du Tableau Électrique

• • • Les tableaux de bord doivent être installés dans un endroit isolé de l’humidité et protégé contre les chocs.
    • Installer les circuits en bipolaire (positif et négatif coupés simultanément) est fortement recommandé, surtout sur les bateaux en aluminium ou acier. Cela limite les risques d’électrolyse, un phénomène de corrosion accéléré par les courants errants.
    • Utilisez des disjoncteurs thermiques plutôt que des fusibles pour faciliter la remise en service après une surcharge. Les disjoncteurs évitent la tentation de remplacer temporairement un fusible par un modèle trop puissant (ce qui pourrait entraîner des risques de surchauffe et d’incendie).

5.6. Câblage Unipolaire versus Bipolaire

Unipolaire

• • • Avantages :
      • Câblage simplifié, un seul câble positif à connecter.
      • Les négatifs sont regroupés sur une barrette commune et peuvent être repiqués en plusieurs endroits du bateau.
    • Inconvénients :
      • Protection contre l’électrolyse moins efficace qu’un système bipolaire, ce qui peut causer des problèmes à long terme, surtout sur les coques métalliques.

Bipolaire

• • • Avantages :
      • Protection contre l’électrolyse optimale car les deux pôles sont coupés.
      • Réduit les risques de corrosion électrique sur la longueur des câbles.
    • Inconvénients :
      • Câblage plus complexe avec deux câbles (positif et négatif) à ramener au tableau pour chaque circuit.
      • Recommandé sur les bateaux en aluminium ou en acier.

5.7. Précautions de sections de câbles

Une mauvaise gestion de la section des câbles et du calibrage des fusibles peut entraîner des risques de surchauffe et d’incendie. Par exemple, un éclairage LED livré avec des conducteurs de 0,5 mm² ne pourra supporter qu’une intensité maximale de 2,5 ampères. Si le fusible choisi dépasse cette valeur, il ne protégera pas correctement le circuit en cas de court-circuit.

5.8. Gestion des Batteries et Électrolyse

• • • Utilisez des coupe-batteries bipolaires pour isoler chaque batterie (servitude, démarrage).
    • Installez un coupe-circuit sur le positif de chaque batterie ainsi qu’un coupe-circuit commun pour le négatif.
    • Soyez vigilant aux phénomènes d’électrolyse dans les bateaux à coque métallique. Installer des dispositifs tels que des isolateurs galvaniques ou des transformateurs d’isolement peut réduire les risques.

5.9. Utiliser des outils conformes

Pour pratiquer des interventions sur des installations électrique, il faut bien entendu des outils adaptés et spécialisés. N’allez pratiquer des actions sur un circuit électrique sans matériels dédiés.