Soutenance mémoire
Étude du potentiel solaire
Les différentes énergies renouvelables
L’énergie hydraulique
L’eau est également une source renouvelable puisqu’elle se régénère grâce au cycle d’évaporation et des précipitations. Sa force est connue et exploitée depuis des milliers d’années au travers des barrages, des moulins à eau et des systèmes d’irrigation. Plusieurs technologies permettent d’exploiter l’énergie produite par la chute ou le mouvement de l’eau. Les roues à aubes peuvent la transformer directement en énergie mécanique (moulin à eau), tandis que les turbines et les générateurs électriques la transforment en électricité [24]. C’est l’une des sources d’énergie les plus utilisées dans le monde, elle représente environ 19% de l’électricité produite dans le monde bien que tout son potentiel énergétique ne soit pas encore totalement exploité. On distingue plusieurs types de l’énergie hydraulique : Energie des vagues : utilise la puissance du mouvement des vagues. Energie marémotrice : issue du mouvement de l’eau créé par les marées (variation du niveau de la mer, courants de marée) Energie hydrolienne : les hydroliennes utilisent les courants sous marins. Energie thermique des mers : produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans. Énergie osmotique : la diffusion ionique provoquée par l’arrivée d’eau douce dans l’eau salée de la mer est source d’énergie. L’énergie potentielle des cours d’eau est fonction du débit et de la différence de niveau entre l’amont et l’aval de la centrale (hauteur de chute). La production électrique de cette filière dépend fortement du régime des précipitations. L’énergie hydraulique est exploitée grâce à des barrages. Les centrales hydrauliques sont dites de basses chutes si elles sont situées sur un grand fleuve ayant une faible pente mais un très fort débit. L’électricité est donc produite en continue. Des barrages sont installés permettant ainsi de dériver l’eau vers la centrale. Des écluses sont également installées afin de ne pas interrompre le trafic fluvial. Une fois l’eau placé dans la centrale, on déplace les aubes du distributeur qui est ensuite amené sur une turbine d’un type Kaplan. Cette turbine est constituée de « palle » ayant une orientation aidant à avoir un bon rendement. Grâce à sa rotation, la turbine entraîne un alternateur qui produira l’électricité. Pour finir, l’énergie produite est envoyé vers un réseau de transfert d’électricité par l’intermédiaire d’un transformateur.
L’énergie biomasse
Issue d’une matière organique qui a fermenté, produit du gaz qui peut être utilisé pour produire de l’électricité ou de la chaleur. Les centrales à biomasse fonctionnent grâce aux déchets forestier, agricole ou encore aux ordures ménagères. Il existe trois familles pour la biomasse : La biomasse lignocellulosique, (ou lignine) comprenant principalement le bois, les résidus verts, ainsi que la paille. Leurs utilisation est faite à partir d’une combustion, ou conversions thermochimiques. La biomasse à glucide, utilisant la canne à sucre, les céréales et les betteraves sucrières. On favorise ces constituants par une méthanisation (C’est un processus naturel biologique de dégradation de la matière organique en l’absence d’oxygène), ou encore par distillation, conversions biologiques. La biomasse oléagineuse, qui est riche en lipide. Ses composants sont le colza, ainsi que le palmier à huile. Cette catégorie de biomasse est appeler « Biocarburants ». Ces carburants sont récoltés suite à de nouvelles transformations chimiques, et en ressort sous deux formes : Les esters d’huile végétale, et sous la forme de l’éthanol. C’est matériaux sont employer en tant que combustibles dans la production de la chaleur, de carburants ou même d’électricité. En écologie, on dit souvent que la biomasse est la masse totale (en quantité de matières) de toutes les espèces vivant dans un milieu naturel donné. Les principaux utilisateurs de cette énergie biomasse, sont les Etats-Unis, avec 30,7% de production a l’échelle mondiale, juste devant l’Allemagne.
Les étapes de production de l’énergie biomasse : 1. La combustion : La biomasse brûle dans une chambre de combustion en dégageant de la chaleur. 2. La production de vapeur : La chaleur transforme l’eau de la chaudière en vapeur. 3. La production d’électricité : La vapeur fait tournée une turbine qui entraîne un alternateur. L’alternateur produit de l’électricité transportée dans les lignes. 4. La production de chauffage : A la sortie de la turbine, une partie de la vapeur est utilisée pour le chauffage grâce à un cogénérateur. 5. Le recyclage : Le reste de la vapeur est transformée en eau grâce à un condenseur.
L’énergie géothermique
Consiste à trouver des nappes d’eau chaude d’environ 55 à 80°c que les villes pompent afin d’utiliser cette chaleur avant de la renvoyer dans ces mêmes nappes. C’est une énergie dite propre et renouvelable, bien que son renouvellement ne soit pas aussi immédiat que le renouvellement des énergies solaire et/ou éolienne. Cette énergie désigne l’industrialisation de l’utilisation de la chaleur et les phénomènes thermiques sur la Terre. Des capteurs sont enterrés à plus de 1800 mètres en dessous du sol servant à récolter l’énergie située dans l’eau ou dans le sol. Une fois récupérée, elle est distribuée dans les habitations de petites tailles sous forme de chauffage. Une fois utilisée, elle sera renvoyée sous la terre par un forage de réinjection (figure2.3).
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Table des matières
Introduction général 1
Chapitres 1 : Étude du potentiel solaire
1. Introduction
2. L’énergie solaire
2.1. Le soleil
2.2. Le mouvement de la terre autour du soleil
2.3. Principe de calcule de l’énergie solaire
2.3.1. Déclinaison
2.3.2. Le temps solaire vrai
2.3.3. La durée et le taux d’insolation
2.3.4. L’angle horaire
2.3.5. Position du soleil
2.4. Le rayonnement solaire
2.4.1. Le rayonnement solaire hors atmosphère
2.4.1.1. L’éclairement
2.4.1.2. L’irradiation journalière
2.4.1.3. L’irradiation journalière moyenne mensuelle hors atmosphère
2.4.2. Le rayonnement solaire reçu au niveau du sol
2.4.2.1. L’indice de clarté
2.4.2.2. L’irradiation diffuse sur une surface horizontale
2.4.2.3. L’irradiation globale journalière mensuelle sur une surface horizontale
2.4.2.4. L’irradiation globale journalière mensuelle sur une surface inclinée
2.4.3. L’albédo
3. Le gisement solaire
3.1. Définition
3.2. Le gisement solaire en Algérie
4. Le programme Algérien du développement des énergies renouvelables
5. Conclusion
Chapitres 2 : Étude des énergies renouvelables et en particulier le solaire photovoltaïque
1. Introduction
2. Généralités sur les énergies non renouvelables
2.1. Définition d’une énergie non renouvelable
2.2. Impacts sur l’environnement et la santé
2.2.1. L’effet de serre
2.2.2. Pollution atmosphérique
2.2.3. Les pluies acides
2.2.4. Les marées noires
3. Les énergies renouvelables
3.1. Définition
3.2. Les différentes énergies renouvelables
3.2.1. L’énergie hydraulique
3.2.2. L’énergie biomasse
3.2.3. L’énergie géothermique
3.2.4. L’énergie éolienne
3.2.5. L’énergie solaire
3.2.5.1. Le solaire thermique
3.2.5.2. Le solaire photovoltaïque
3.2.5.2.1. Principe de fonctionnement
3.2.5.2.2. Caractéristique d’une cellule photovoltaïque
3.2.5.2.3. Les différentes technologies des cellules solaires
3.2.5.2.4. Constitution d’un générateur photovoltaïque
4. Conclusion
Chapitres 3 : Étude du pompage solaire de l’eau
1. Introduction
2. Notions hydrauliques
2.1. Le débit Q
2.2. La hauteur manométrique totale HMT
3. Méthodes de pompages
3.1. Définition général du système de pompage d’eau
3.2. Méthodes de pompages photovoltaïques
3.2.1. Pompage avec batteries
3.2.2. Pompage au fil de soleil
4. Schémas et description du principe
4.1. Les types de pompes
4.1.1. La pompe volumétrique
4.1.2. La pompe centrifuge
4.1.3. Comparaison entre les pompes centrifuges et les pompes volumétriques …
4.2. Les types de moteurs
4.2.1. Moteur à courant continu
4.2.2. Moteur à courant alternatif
4.3. L’électronique de commande et de contrôle.
4.3.1. Le convertisseur DC/DC (hacheur
4.3.2. Le convertisseur DC/AC (onduleur
4.4. Le générateur photovoltaïque
4.5. Définition générale d’une irrigation Goutte à Goutte
5. Dimensionnement complet de l’installation
5.1. Estimation des besoins en eau
5.1.1. Méthodologie
5.1.2. Modes de calcul
5.1.2.1. L’évapotranspiration
5.1.2.2. Les besoins en eau
5.2. Calcul des énergies quotidiennes requises
5.2.1. L’énergie hydraulique
5.2.2. L’énergie électrique
5.3. Détermination de l’énergie solaire disponible
5.4. Dimensionnement de la pompe
5.5. Taille du générateur photovoltaïque
5.5.1. Méthode analytique
5.5.2. Méthode graphique
5.6. La procédure du dimensionnement
6. Conclusion
Chapitres 4 : Étude et dimensionnement d’un système de pompage solaire pour l’irrigation agricole à Ghardaïa
1. Introduction
2. Présentation de la zone d’étude
2.1. Situation géographique de Ghardaïa
2.1.1. La wilaya de Ghardaïa
2.1.2. La commune de Ghardaïa
2.1.3. L’URAER
2.2. Situation agricole de Ghardaïa
2.3. Caractéristique des sols de Ghardaïa
2.4. Ressources en eaux souterraines de Ghardaïa
2.4.1. La nappe du complexe Terminal
2.4.2. La nappe du continental intercalaire
2.5. Recensement des forages de Ghardaïa
2.6. Climatologie de Ghardaïa
2.6.1. La pluviométrie
2.6.2. La température
2.6.3. Le vent
2.6.4. L’humidité relative de l’air .
2.6.5. L’insolation
2.6.6. L’évapotranspiration
2.6.6.1. L’évapotranspiration mesurée
2.6.6.2. L’évapotranspiration sous environnement CROPWAT 8.0
2.6.6.2.1. CROPWAT 8.0
2.6.6.2.2. Evaluation numérique
3. Dimensionnement
3.1. Estimation des besoins en eaux
3.1.1. Evaluation expérimental
3.1.2. Evaluation Théorique
3.2. Rayonnement solaire
3.3. Hauteur manométrique Totale
3.4. Dimensionnement de la station de pompage
3.5. Choix de la pompe
3.6. La capacité du réservoir
3.7. Convertisseur DC/AC
3.8. Taille du générateur
3.9. Nombre de modules
3.9.1. Nombre de modules en série
3.9.2. Nombre de modules en parallèle
3.9.3. Le schéma de branchement
3.9.4. Correction de la puissance crête
3.10. Le mode d’irrigation proposé
3.10.1. Exigence de la cultur
3.10.2. Dimensionnement de la conduite principale
4. Conclusion
Conclusion général
Références bibliographiques
Annexe
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