Soutenance mémoire
Dans le cadre du développement d’un pays, face au double enjeu planétaire posé par l’épuisement prochain des ressources énergétiques fossiles et les problèmes posés vis à vis du respect de l’environnement, de fortes incitations poussent au développement des énergies renouvelables. En effet, la consommation mondiale d’énergie ne cesse de croître posant des questions cruciales sur l’effet de serre et l’amenuisement des ressources énergétiques. Dans le courant de 21ème siècle, le paysage énergétique va radicalement changer car plusieurs ressources fossiles risquent de disparaître. D’où, la nécessité d’envisager de nouvelles sources d’énergie propres, accessibles, renouvelables et moins chères. Madagascar est un pays dont les ressources en énergies dépendent essentiellement du pétrole. Beaucoup de régions de l’île sont alimentées par des centrales thermiques. L’ancienneté de ces installations engendre des conséquences néfastes sur l’environnement (bruits, émanations de gaz polluants…). De plus, la hausse des prix du pétrole et les coûts de maintenance de ces installations alourdissent les factures de l’Etat. Dernièrement, un problème que rencontre ce pays est l’incapacité de satisfaire les besoins en énergie. Par conséquent, ce présent mémoire propose l’étude d’une source d’énergie exploitable qu’est la vague.
Energies des mines et des gisements
Energies fossiles
Elles sont issues de la matière vivante, végétale ou animale : charbon, pétrole, gaz naturel. Les réserves de pétrole et de gaz sont difficilement accessibles et sont mal reparties dans le monde. Le charbon est le plus abondant dans le monde, il a été utilisé le premier par la Révolution Industrielle, en remplacement des énergies mécaniques (d’origine hydraulique, éolienne, animale ou humaine). Le pétrole est venu un peu plus tard, et a supplanté le charbon dans un grand nombre d’applications, principalement par sa plus grande facilité de stockage et de transport (liquide). Le gaz a commencé à être utilisé lors des crises pétrolières des années 70. Ces fossiles sont utilisés dans des centrales thermiques à foyer. Ils sont brûlés et produisent de la vapeur d’eau. La vapeur d’eau sous pression fait tourner une turbine. Puis la rotation de la turbine engendre un courant électrique. Aujourd’hui plus de 85% de l’énergie produite est obtenue à partir des matières fossiles comme le pétrole, le charbon ou le gaz naturel [1]. Le véritable inconvénient est que ces formes de production d’énergie non renouvelables engendrent une forte pollution environnementale par rejet des gaz à effet de serre (gaz carbonique).
Energie nucléaire
Elle est localisée dans les noyaux des atomes. Il existe deux procédés pour extraire cette énergie : la fission nucléaire et la fusion ou fusion thermonucléaire. La fission nucléaire est la division d’un noyau atomique en plusieurs fragments plus légers (généralement en deux ou plus rarement en trois), sous l’impact d’une particule (généralement un neutron), avec libération d’énergie.
Energies renouvelables
Parmi les énergies renouvelables, trois grandes familles émergent : l’énergie d’origine mécanique (produite par exemple par la houle ou le vent), énergie électrique (panneaux solaires) ou l’énergie thermique (géothermie, solaire thermique,…). On remarque qu’à la racine de presque toutes ces énergies est l’énergie en provenance du soleil transformée ensuite par l’environnement terrestre .
Energie photovoltaïque
L’énergie photovoltaïque est obtenue directement à partir du rayonnement du soleil. Les panneaux photovoltaïques composés des cellules photovoltaïques à base de matériau semi-conducteur comme le silicium ont la capacité de transformer les photons en électrons. L’énergie sous forme de courant continu est ainsi directement utilisable.
Les panneaux solaires actuels sont relativement onéreux à la fabrication malgré la matière première peu coûteuse et abondante (silice) car un travail significatif est nécessaire à la production des cellules. Cependant, de nets progrès ont été faits à ce sujet et on considère aujourd’hui qu’il suffit de 3 à 5 ans pour qu’un panneau produise l’énergie que sa construction a nécessitée. Des progrès technologiques sont en cours pour rendre l’énergie photovoltaïque plus compétitive. En raison des caractéristiques électriques fortement non linéaires des cellules et de leurs associations, le rendement des systèmes photovoltaïques peut être augmenté par les solutions utilisant les techniques de recherche du point de puissance maximale [3]. Les panneaux solaires sont très pratiques d’utilisation. L’intégration dans le bâtiment est facile et devient même esthétique. Pour les sites isolés et dispersés qui demandent peu d’énergie, c’est une solution idéale (télécommunication, balises maritimes, etc..). La technique photovoltaïque malgré sa complexité est aussi en très forte croissance.
Génération thermique
la géothermie
Le principe consiste à extraire l’énergie contenue dans le sol. Partout, la température croît depuis la surface vers le centre de la Terre. Selon les régions géographiques, l’augmentation de la température avec la profondeur est plus ou moins forte, et varie de 3 °C par 100 m en moyenne jusqu’à 15 °C ou même 30 °C. Cette chaleur est produite pour l’essentiel par la radioactivité naturelle des roches constitutives de la croûte terrestre. Cependant, l’extraction de cette chaleur n’est possible que lorsque les formations géologiques constituant le sous-sol sont poreuses ou perméables et contiennent des aquifères. Quatre types de géothermie existent selon la température de gisement : la géothermie haute énergie (>180°C), la géothermie moyenne énergie (>100°C), la géothermie de basse énergie (>30°C) et la géothermie de très basse énergie. Les deux premiers types favorisent la production de l’énergie électrique. La géothermie basse énergie permet de couvrir une large gamme d’usages : chauffage urbain, chauffage de serres, utilisation de chaleur dans les processus industriels…
les biomasses
La biomasse désigne toute la matière vivante d’origine végétale ou animale de la surface terrestre. Généralement, les dérivés ou déchets sont également classés dans la biomasse. Il s’agit donc essentiellement d’énergie solaire transformée par les plantes chlorophylliennes utilisées soit directement (bois de chauffage), soit après de nouvelles transformations chimiques (biogaz, biocarburant). Différents types sont à considérer : le bois, les biocarburants et le biogaz. Le bois est une ressource très abondante. C’est la ressource la plus utilisée parmi les biomasses. Elle se concentre sur l’utilisation destinée au chauffage. On peut utiliser toutes les ressources du bois (déchets inclus). L’utilisation va de petites chaufferies individuelles jusqu’à la production de la chaleur industrielle de plus de 15 MW. Le développement des biocarburants est souvent relié aux cycles de variation des prix du baril de pétrole. Aujourd’hui éthanol (betterave, blé…) et biodiesel (colza, tournesol…) offrent des avantages environnementaux appréciables dans le contexte de la lutte contre l’effet de serre.
On appelle biogaz les effluents gazeux, méthane essentiellement, issus de la fermentation de matières organiques contenues dans les décharges, les stations d’épuration, etc. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre et sa captation est de toute façon hautement souhaitable. Il peut être considéré comme une ressource énergétique, souvent via sa combustion pour produire de la vapeur et de l’électricité L’utilisation du biogaz n’est pas encore à son maximum : une croissance de cette technologie est donc à prévoir.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1. SOURCES D’ENERGIES
1.1Energies des mines et des gisements
a) Energies fossiles
b) Energie nucléaire
1.2Energies renouvelables
a) Energie photovoltaïque
b) Génération thermique
c) Energie d’origine mécanique
1.3Autres sources d’énergies
a) Energie thermo solaire
b) Energie thermique des mers (ETM)
c) Energie osmotique
CHAPITRE 2. VAGUES ET ENERGIES EXPLOITABLES
2.1Approches théoriques sur les vagues
a) Définition et principales caractéristiques d’une houle
b) Formation d’une houle
c) Propagation d’une houle
d) Mouvement de particules
e) Phénomènes modifiant la houle
2.2Equations régissant la houle
a) Hypothèses générales
b) Autres définitions et notations
c) Relations et équations
d) Energie et travail
2.3Vagues réelles
CHAPITRE 3. MODÉLISATION ET SIMULATION
3.1Le langage VHDL appliqué à la modélisation
a) La macromodélisation
b) Présentation du langage VHDL-AMS
3.2Macromodélisation du système avec VHDL
a) Macromodélisation du générateur de vague
b) Macromodélisation de la houle
c) Macromodélisation du système de récupération d’énergie
3.3Simulation et résultats
CONCLUSION
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