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Le Moulin de la Lussière (Maine-et-Loire) : Un moulin à vent résolument moderne

Présentation
Il existe dans le Canton de Gennes, Sud-Saumurois, dans la commune de Saint-Georges-des-Sept-Voies, un moulin à vent tout à fait atypique. Dans cette région dominée par les moulins dits "caviers", il dresse fièrement sa magnifique tour en pierre de taille appareillée, toute de tuffeau blanc resplendissant, sur le plateau dominant le village de La Lussière.
Ses propriétaires, Elyane Sommer et Jean-François Quervet, se sont toujours demandé pourquoi un moulin de ce type et de cette importance avait été construit à cet endroit, alors qu’il y existait déjà trois autres moulins caviers et deux moulins à eau. Lors de l’achat du moulin en 1993, s’est posée la question de la restauration de ce monument. Dans quel esprit le faire ? Fallait-il le restaurer "à l’ancienne", c’est à dire le remettre au vent comme il l’était à l’époque de sa construction, en faire un "moulin-musée" en quelque sorte, ou bien essayer de comprendre l’esprit, déjà très moderne pour son époque et sa situation géographique, dans lequel ce moulin avait été construit, et lui redonner une nouvelle vie en respectant ce que ses constructeurs avaient voulu en faire, voire même en continuant cette restauration tout en allant encore plus loin.
Pour cela, il fallait comprendre l’histoire de ce moulin, de ses constructeurs. Savoir pourquoi ils avaient choisi de faire un aussi gros moulin-tour dans cette région où on ne trouve pratiquement que des “caviers”.

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Le Moulin de la Lussière avant restauration en 1993

Les choix difficiles de la restauration
Elyane et Jean-François ont acheté ce moulin en 1993. Le site était habité depuis une dizaine d’années par des jeunes qui avaient fait quelques travaux pour rendre la petite maison du meunier habitable, mais le reste de la propriété était resté dans l’état, tel qu’il était lors de l’arrêt du moulin vers 1910. Ils avaient seulement enlevé le lierre qui recouvrait la tour et le "tunnel", comme ils appelaient la cave voûtée qui prolonge la cave du moulin jusqu’à la route. Cette cave, d’une dizaine de mètres de long sur quatre de large, donne vraiment l’impression d’être dans un tunnel, et mérite donc bien son nom.
Autre particularité très rare, le Moulin de la Lussière est un moulin-tour sur "masse cavière". Et contrairement au Moulin Cartier de Doué-la-Fontaine, qui est construit sur une masse cavière extérieure, cette cave-tunnel est semi-enterrée et conduit à la cave située sous le moulins qui est, elle, complètement souterraine et constitue le premier niveau de la tour, invisible de l’extérieur.
Malgré le souhait d’en connaître plus long sur l’histoire de leur moulin, Elyane et Jean-François n’ont pas eu trop le choix. En 1999, la violente tempête qui s’est abattue sur la France n’a pas épargné La Lussière, et le pauvre toit du moulin, déjà en fort mauvais état, n’y a pas résisté. Un énorme trou est apparu dans la toiture, au sud-ouest, zone très exposée aux vents dominants.
Il a bien fallu faire un choix et prendre des décisions. Les assurances n’ayant pas donné suite à leur demande d’aide, ils ont pris le taureau par les cornes et, après de nombreuses visites d’autres moulins, ils ont étudié les différents choix qui se proposaient à eux. Fermer le haut du moulin par une terrasse, pour sauver au moins la tour, était la solution la moins coûteuse, mais quel gâchis cela aurait été ! Les professionnels consultés proposaient de refaire le toit à neuf, mais à quel prix ! Inabordable pour leur budget. Restait la solution de faire les travaux eux-mêmes en prenant modèle sur la charpente existante et de la reconstruire à l’identique, au sol, sur leur terrain pour plus de facilité d’accès, et conserver le plus longtemps possible l’ancienne charpente en place comme modèle. C’est cette décision qui a finalement été prise.

Le début de la restauration
Les travaux de restauration du moulin ont donc commencé dès 2001 par l’élaboration des plans de la nouvelle charpente, le calcul des volumes de matériaux et l’étude des contraintes techniques. Par exemple, il a fallu, dès le départ, penser à l’endroit où construire ce toit, pour que la grue puisse y accéder et manœuvrer ensuite pour le monter sur le fût. Pour résoudre ce problème, les conseils de l’entreprise Landreau ont été bien utiles pour que tout se passe bien jusqu'à l'installation du toit sur la tour.

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La charpente en construction dans le jardin

Dans un premier temps, l’histoire du moulin fut donc laissée de côté pour se consacrer principalement à son sauvetage, un énorme chantier ! Mais cette première étape franchie, il fallait encore choisir : fallait-il continuer à restaurer ce moulin à l’identique ou le moderniser ?

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Mise en place du toit sur la tour


Les moulins visités, ainsi que les nombreux documents consultés, ont appris à nos restaurateurs amateurs qu’en matière de moulins, les meuniers ont toujours été des constructeurs très ingénieux et inventifs, cherchant sans cesse à perfectionner leurs "machines" pour se simplifier la tâche et en améliorer le rendement. Il n’y a qu’à voir la manière dont les meuniers douessins et saumurois ont inventé les "caviers" et les ont sans cesse améliorés pour s’en rendre compte.
La réponse à la question sur la manière de restaurer le moulin était toute trouvée. Le Moulin de la Lussière était un moulin "moderne", que les meuniers constructeurs, pour une raison encore inconnue de ses propriétaires actuels, avaient délibérément choisi de forme différente de la coutume locale de l’époque, plus moderne, plus performant. Il fallait donc continuer dans cet esprit. Nos meuniers feraient de leur moulin un moulin moderne, facile à utiliser, et le plus "automatique" possible, en utilisant les outils modernes à leur disposition.

La rotation du toit
À partir des premières constatations faites par Jean-François lors de ses visites de moulins-tours, il fallait absolument diminuer au maximum les frottements qui rendent si laborieuse la rotation du toit pour la mise face au vent de la voilure, sinon elle ne pourrait jamais s'orienter automatiquement. Pour cela, le système de patins de fer frottant sur un chemin de roulement en bois reposant sur le sommet de la tour, système entraînant des frottements terribles, a été remplacé par des roulements de chariot à benne qui roulent sur un chemin de roulement métallique. Ce système rend les frottements quasiment inexistants. Les boules de bois qui servaient à centrer le toit et à l’empêcher de s’écarter de son chemin de roulement ont aussi été remplacées par des roues en caoutchouc.

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Les galets porteurs pour faciliter la rotation du toit

Pour faire tourner le toit d’un moulin-tour, autrefois, le meunier devait pousser la queue du moulin jusqu’à ce que les ailes soient face au vent. Système très lourd qui rendait la tâche très ardue, comme c’était souvent le cas au Moulin des Basses Terres dont le toit, très difficile à manier, faisait le désespoir de son précédent meunier. Parfois, on utilisait des ânes pour le faire, ou encore un système de palans ou de cabestan. C’est pourquoi les meuniers ont essayé d’améliorer ce système. Certains moulins plus récents ont été équipés d’un système de crémaillère, comme le Moulin du Rat ou le Moulin Benoît. D’autres ont un "papillon d’orientation", système mécanique qui fonctionne grâce au vent, comme au Moulin de l’Épinay.
Jean-François, technicien de formation, a choisi d’installer une girouette pour permettre l’orientation du toit grâce à un système électrique et à un automatisme qu’il comptait mettre en place une fois le toit monté. Mais il a bien entendu fallu le prévoir avant la construction du nouveau toit, pour fixer la girouette au bon endroit et prévoir la place pour le mécanisme qu’il comptait élaborer.

L’arbre-moteur
Autrefois, l’arbre-moteur, celui qui est entraîné par les ailes, était fait d’un tronc en bois dont l'extrémité reposait sur un "marbre", une sorte de berceau en marbre. Pour limiter l’usure et le frottement qui pouvait y mettre le feu, l’emplacement où le bois frottait sur la pierre était renforcé de lamelles métalliques. Autant dire que les frottements étaient, là aussi, très importants !
Afin de diminuer ces frottements, l’arbre actuel est cerclé d’acier au niveau des paliers et repose sur des galets, ce qui améliore considérablement son rendement.

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Le palier à galets de l’arbre-moteur

Le système de réglage de la surface des ailes
Pour simplifier encore le fonctionnement du moulin, il a aussi été prévu, dès le départ, de mettre en place un réglage automatique de la surface des ailes, en utilisant le système Berton où les ailes sont constituées de lattes qui se déploient au moyen d'une tringlerie commandée par un système différentiel porté par l'arbre- moteur.

Le but de la restauration a donc été de respecter la construction d’origine, en reconstruisant le toit à l’identique, tel qu’il était, mais d'ajouter des éléments contemporains et modernes afin de simplifier le fonctionnement du moulin jusqu’à le rendre automatique et, qui plus est, de le doter d'un aérogénérateur.

Le régime des vents à La Lussière et la puissance utilisable
Ces premières réflexions sur la restauration du moulin ont amené Jean-François à s’intéresser de très près au régime des vents à La Lussière, pour pouvoir les utiliser dans son moulin en prenant en compte leur force et leur direction, qui varient constamment dans la région. La manière dont le vent se comporte autour du moulin conditionne en effet la puissance que pourra fournir le moulin.
Pour résoudre ce problème difficile, Jean-François s’est appuyé sur les relevés de Météo France et ceux de l’aéroport d’Angers.

Le vent est un flux irrégulier et instable, il peut varier en direction de 20 degrés en deux secondes, ou se lever d’un coup, mettant le pauvre moulin à rude épreuve ! Il varie selon les saisons, les heures de la journée, la température de surface du sol, sa rugosité, l'altitude et les obstacles naturels qu’il rencontre...
La situation du moulin dans la nature joue donc aussi un rôle important.

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Diagramme des vents au Moulin de la Lussière


À l’époque où le moulin a été construit, en 1836, il se trouvait sur un plateau dominant la "cuvette" de Coutures, formidable accélérateur de vent à l’ouest et au nord du moulin. Il était entouré de champs et dominait le village de la Lussière situé au nord-est, où il existait à cette époque peu d’habitations extérieures, la vie se déroulant surtout dans des caves troglodytiques. Le moulin, comme ses voisins des Viogettes et de la Hutte, ainsi que l’ancien Moulin Cassé de la Lussière, recevait donc le vent de toutes les directions.
Maintenant, le moulin se trouve au centre d’un jardin. Ce jardin a été paysagé ; de grands arbres, plantés par les propriétaires successifs, y ont poussé. Des maisons ont été construites à proximité, avec de grands arbres également. Cette végétation et ces nouvelles constructions ont modifié le comportement du vent au niveau du moulin.

Il existe différentes formules pour déterminer l’énergie éolienne disponible sur un site à faible relief où il n’existe pas ou peu de relevés, par exemple celles de Rayleigh ou Weibull. La formule de Betz donne la limite théorique du pourcentage de cette puissance éolienne qu'il est possible de récupérer : 59 %. Mais la part de puissance récupérée et transformable en électricité est en général inférieure à ce chiffre et ne dépasse pas souvent 30 %.
De plus, la connaissance de la durée des périodes pendant lesquelles le moulin est improductif, par manque de vent ou vent trop faible, est primordiale pour estimer la production annuelle d’électricité. Il faut savoir que les moulins traditionnels ne démarrent pas avec des vents dont la vitesse est inférieure à 4 m/s et se mettent "en sécurité" lorsque les vents atteignent une vitesse de 12 à 15 m/s.
Afin d’optimiser le fonctionnement du moulin, il fallait donc tout mettre en œuvre pour gérer au mieux le vent qu’il reçoit.

L’équipement électrique du Moulin de La Lussière et son fonctionnement
La volée (diamètre du cercle balayé par les ailes) du moulin est de 14 m et la surface de la voilure est de 46 m2. Avec ces caractéristiques, la puissance utile délivrée par le moulin a été estimée à environ 6 - 7 kW pour un vent soufflant à la vitesse de 7 m/s et une vitesse de rotation de l'arbre-moteur de l'ordre de 7 tr/min.

La génératrice électrique
Pour convertir cette énergie en énergie électrique, on a choisi d'utiliser une génératrice à aimants permanents, de marque Leroy-Somer, dont les caractéristiques sont : 7,5 kW à
750 tr/min ; 50Hz ; 370 V ; 11,7 A ; Cos φ 0,99.
Cette génératrice est accouplée à l'arbre moteur du moulin par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse et d'un ensemble pignons et chaîne à rouleaux de pas 38,10 mm. Le multiplicateur (Sumitro drive 6000) a un rapport de 21 et les pignons ont respectivement
75 dents pour celui monté sur l'arbre-moteur du moulin et 15 dents pour celui monté en sortie du multiplicateur. Le rapport total de multiplication de la vitesse est donc égal à 105. Si les ailes du moulin tournent à 7 tr/min, la génératrice tourne donc à 735 tr/min.

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La génératrice et son accouplement à l'arbre-moteur du moulin


Les organes de contrôle
Pour pouvoir gérer automatiquement le fonctionnement du moulin, il a fallu assurer par des motoréducteurs électriques la rotation du toit et le réglage de la surface des ailes, le fonctionnement de ces motoréducteurs étant géré au moyen d'un automate.
Ont été ainsi installés :

  • un motoréducteur pour l'orientation du toit
  • un motoréducteur agissant sur le différentiel du système Berton pour le développement de la voilure
  • un motoréducteur d’assistance, pour aider au démarrage quand il n’y a pas de vent
  • un groupe de sécurité autonome. Ce système permet de mettre en sécurité le moulin lors de coupure du secteur et en cas de survitesse ou de vents violents. Au cas où ces sécurités ne fonctionneraient pas, le moulin dispose en outre d’un système de contrepoids qui actionnera les marteaux traditionnels de fermeture de la voilure.

Ces organes d'entraînement peuvent être actionnés de trois manières :

  • manuellement et localement à l’aide des boutons poussoirs situés sur le panneau de contrôle dans le moulin
  • en mode semi-automatique à l’aide d’une télécommande d’une portée de 100 m
  • en mode automatique par l’automate en fonction des signaux provenant des différents capteurs (anémomètre, girouette, compte-tours, capteurs de sécurité, etc...)

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Le système de réglage de la surface de la voilure

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Le motoréducteur pour l'orientation du toit


Les dispositifs électroniques pour utiliser l’énergie électrique produite
Si la reconstruction du moulin et de son équipement électromécanique était tout à fait abordable pour Jean-François, il n'en était pas de même pour l'utilisation de l'énergie produite, qui pose de nombreux problèmes.

En raison des variations et des fluctuations de la vitesse du vent, l'énergie électrique fournie par la génératrice à aimants permanents a des caractéristiques très variables en tension et en fréquence. Pour gérer cette production instable d'électricité, il faut donc intercaler des dispositifs électroniques entre la génératrice et les utilisations.
Dans un premier temps, le plus simple et le plus économique a été d'installer un gradateur afin de pouvoir contrôler la tension fournie par la génératrice. Ce gradateur peut fonctionner de 1 à 100 Hz et alimente des radiateurs à bain d'huile de 8,5 kW connectés en permanence. Il a été spécialement conçu pour cette application, car les gradateurs industriels ne
fonctionnent que pour des fréquences de
45 à 60 Hz alors que la génératrice produit une tension d'amplitude et de fréquence variable de 0 à 100 Hz.
Ce gradateur est soit contrôlé par un potentiomètre manuel soit par l'automate en prenant alors en compte la vitesse de rotation des ailes. Il peut également être programmé pour sa mise en route selon d'autres critères.
Ce système, relativement simple et peu onéreux, présente l'inconvénient de produire une énergie de caractéristiques variables (fréquence, forme de la tension) et ne peut donc être utilisé que sur des systèmes résistifs : radiateur, ballon d’eau chaude,...

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Schéma fonctionnel du moulin (Fabrice Thébault)

Un peu plus tard, un ensemble redresseur-onduleur de 6 kW (marque Aurora) a été installé de manière à pouvoir produire, à partir de la génératrice à aimants, de l'énergie électrique à tension et fréquence fixes. Il est ainsi possible d'alimenter les appareils électriques traditionnels de l'habitation et également de raccorder l'installation au réseau ERDF. En cas de production d'énergie insuffisante, c’est le réseau qui complète la demande. Le surplus de production n'est cependant pas revendu à ERDF car il est insuffisant.

Actuellement, il y a donc trois possibilités de fonctionnement :

  • production à travers le gradateur vers des radiateurs de chauffage standards
  • production à travers l'onduleur vers le compteur électrique du foyer
  • production avec association des deux systèmes précédents.

Cette dernière possibilité d'associer les deux systèmes a été implantée pour les raisons suivantes :
L'onduleur étant calibré pour 5 kW, si le moulin produit plus de puissance, l'automate connecte automatiquement le gradateur afin d'injecter le surplus de puissance vers les radiateurs. Ce système intervient aussi pour la sécurité en évitant que le moulin s'emballe par forte rafale de vent.

Description du Moulin de la Lussière tel qu’il est actuellement
Le Moulin de la Lussière est un moulin-tour en tuffeau, en pierre, construit sur une cave artificielle creusée dans un talus en tuffeau. La tour ronde en pierre de taille a une hauteur de 12 m, dont
3 m de soubassement en sous-sol, soit une hauteur extérieure de 9 m au niveau du sol. La tour comprend 4 niveaux superposés, dont un en cave. L’accès à la cave du moulin se fait depuis la route par une cave voûtée de 12 m de long (le "tunnel"), qui était certainement semi-enterrée dans le talus à l’origine.
Le toit, ou "coiffe", a une hauteur de 3,50 m au-dessus de l’entablement de la tour. Le centre de l'arbre-moteur se trouve à une hauteur extérieure de
11 m au-dessus du sol côté est, sud, sud-ouest, et à 14 m côté nord, au-dessus de la porte d’entrée du tunnel. Ce toit, qui supporte les ailes du type Berton, pèse environ 12 à 13 t.
Le Moulin de la Lussière était équipé à l'origine de deux paires de meules de diamètre 1,50 m. Ces meules, toujours en place aujourd'hui, n'ont pas encore été restaurées. Il y avait également deux bluteries qui ont aujourd’hui disparu.
Pour pallier ce manque d'appareil de production de farine, le Moulin de la Lussière s’est équipé d’un petit moulin dit "Moulin du Tyrol" et de sa bluterie qui fonctionnent grâce à l’électricité produite par l’aérogénérateur.

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Le Moulin de la Lussière en 2015. Photo Adrien Hinnerblesse

Conclusion
Le meunier de La Lussière peut donc aujourd'hui gérer la marche du moulin avec les mêmes paramètres que ceux utilisés par le meunier du XIXe siècle : orientation du toit et réglage de la surface des ailes. Toutefois, la technologie actuelle a permis de beaucoup faciliter le réglage de ces paramètres, grâce à une manœuvre par motoréducteurs électriques, commandables directement depuis l’armoire électrique, ou à distance par télécommande, ou encore de manière totalement automatique à partir de l'automate.
L’électricité actuellement fournie par l’aérogénérateur du Moulin de la Lussière permet d'alimenter des radiateurs électriques, de contribuer à la fourniture d'énergie pour l'habitation, et aussi de faire fonctionner à volonté le petit Moulin du Tyrol et sa bluterie, donc de fabriquer quand même de la farine en attendant la restauration des meules.
Après ces premières phases d'aménagement, il reste encore beaucoup à faire pour finaliser les réglages des paramètres de production d'énergie, améliorer les mises en sécurité, procéder à des mesures de puissance afin de les comparer aux estimations théoriques, etc.
Élyane et Jean-François, en restaurant et équipant leur moulin, ne recherchaient pas de retombées financières et ils se disent déjà largement récompensés de leur long travail de recherche et de mise en œuvre, qu'ils ont mené avec beaucoup de ténacité, simplement en voyant fonctionner le moulin dans leur jardin.
La présentation, dans cet article, de cette aventure au Moulin de la Lussière donne quelques informations sur le travail accompli et devrait permettre de favoriser les échanges avec ceux qui s'intéressent à la sauvegarde de nos moulins traditionnels vers l'automatisation ou la production d'électricité.


http://lemoulin.moulindelalussiere.fr

Elyane et Jean-François - Article paru dans le Monde des Moulins - N°57 - juillet 2016