Dimensionnement d'un système de pompage d'eau potable pour les sites de Tlemcen et Adrar

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Abou Bekr BELKAID de Tlemcen

Faculté des Sciences

Département de Physique

Unité de Recherche « Matériaux et Energies Renouvelables »

Mémoire de Fin d'Etude

Pour l'obtention du Diplôme de Master 2

En Physique Energétique et Matériaux

Thème

Dimensionnement d'un Système de Pompage d'Eau Potable pour les Sites de Tlemcen et Adrar

Présenté par : Melle Meriem CHADEL

Soutenue publiquement le 24 Juin 2012 devant le Jury composé de :

Pr. B. BENYOUCEF Président (Univ. Tlemcen)

Dr. L. MERAD Encadreur (Univ. Tlemcen)

Pr. N. GHELLAI Examinatrice (Univ. Tlemcen)

Dr. T. BAGHDADLI Examinateur (Univ. Tlemcen)

Dr. S. BENSMAINE Examinatrice (Univ. Tlemcen)

Année Universitaire 2011-2012

Remerciements

Ce Mémoire de Fin d'Etude à été réalisé à l'Université de Tlemcen, Faculté des Sciences, Département de Physique, à l'Unité de Recherche « Matériaux et Energies Renouvelables », URMER au titre de l'année universitaire 2011-2012.

Merci à mon Encadreur Monsieur L. MERAD, Maitre de Conférence (B) à l'Université de Tlemcen qui ma fait confiance pour mener à bien ce travail. Il est clair que la bonne ambiance repose en grande partie sur ses qualités humaines, ses conseils avisés et son soutien.

Ont tiens à exprimer nos plus sincères remerciements à Mr. B. BENYOUCEF, Professeur à l'Université de Tlemcen d'avoir bien voulu présider le jury.

J'adresse aussi mes sincères remerciements à Mme N. GHELLAI, Professeur à l'Université de Tlemcen, qui ma fait l'honneur de faire partie de ce jury.

Exprimant toute notre gratitude à Mr. T. BAGHDADLI, Maitre de Conférence (B) à l'Université de Tlemcen, pour avoir accepté d'examiner ce travail.

Je remercie une autre fois Mme S. BENSMAINE, Maitre de Conférence (B) à l'Université de Tlemcen, pour avoir accepté d'examiner ce travail.

Au cours de ces années d'études, nombreuses ont été les personnes qui ont contribué à ce travail et je voudrai leurs exprimer ici toute ma sympathie.

Merci à tous...

Melle Meriem CHADEL

NOMENCLATURE

SYMBOLES LATIN

a.d.s : au dessus de sol ;

C : Facteur d'échelle (m/s) ;

Cx : Coefficient de traînée (-);

Cz : Coefficient de portance (-);

D : Diamètre spécifique de la pompe (m);

Dr : Diamètre du rotor de l'éolienne (m) ;

Fp : Facteur de puissance (-);

Fx : Force de traînée (N) ;

Fz : Force de portance (N) ;

f(V) : Fonction de la distribution de la vitesse du vent ;

G : Rapport de vitesse de rotation (-);

g : Intensité moyenne de pesanteur (9.81 m/s²) ;

h : Hauteur (m) ;

H_m : Hauteur manométrique totale (m) ;

h₀ : Hauteur initial pour V0 (m) ;

k : Facteur de forme (-) ;

m : Masse (kg) ;

N_pv : Vitesse de rotation de la pompe (m/s) ;

N_pm : Vitesse maximale de rotation de la pompe (m/s) ;

P : puissance (Watt) ;

: Puissance moyenne récupérable (Watt) ;

P_e : Pression (Bar) ;

P_d : Puissance moyenne disponible (Watt) ;

P_n : Puissance nominale (Watt) ;

P_p : Puissance consomme la pompe (Watt) ;

P(V) : Fonction de la puissance de l'éolienne ;

Q : Débit moyen (m³/s) ;

Qm: Débit maximal (m³/s);

q(V) : Débit en fonction de la vitesse du vent;

S : Surface (m²) ;

t : Période donnée (s) ;

T : Température (°C) ;

V : Vitesse du vent (m/s) ;

: Vitesse du vent moyenne (m/s) ;

V_d : Vitesse de démarrage (m/s) ;

V_n : Vitesse nominale (m/s) ;

V_m : Vitesse maximale (m/s) ;

V_o : Vitesse du vent optimal  (m/s) ;

<V³> : Vitesse cubique moyenne du vent (m/s) ;

SYMBOLES GRECS

: Coefficient de friction ;

: Fonction GAMMA ;

 : Paramètre de vitesse ;

: Densité de l'air [1.225 kg/m³] ;

: Masse volumique de l'eau [1000 kg/m³] ;

: Rendement de l'éolienne ;

: Rendement global du système (éolien et pompe) ;

LISTE DES FIGURES

Figure I. 1: Répartition de vitesse du vent en fonction du relief rencontré et de l'altitude 3

Figure I. 2 : Courbe vitesse-durée ; I- vitesse moyenne annuelle 3m/s ; II-vitesse moyenne annuelle 5m/s . 6

Figure I. 3 : Fonction de densité de probabilité de Weibull pour différentes valeurs du facteur de forme K, C = 7,2 m/s. 7

Figure I. 4: Fonction de densité de probabilité de Rayleigh pour différentes valeurs du paramètre d'échelle C, pour k=2 8

Figure I. 5 : Aérogénérateur. 9

Figure I. 6: Moulin traditionnel. 10

Figure I. 7 : Portance et Traînée sur un profil d'aile en mouvement. 11

Figure I. 8: Capteur a axe horizontale : définition des vitesses. 12

Figure I. 9: Coefficients de puissance Cp, de couple Cm et de poussée axiale Cf en fonction du paramètre de vitesse pour des éoliennes à axe horizontal. 14

Figure I. 10 : Caractéristique d'une pale d'éolienne. 14

Figure I. 11: Évolution des profils le long d'une pale quelconque. 16

Figure I. 12: Eolienne lente. 17

Figure I. 13: Éoliennes rapide. 18

Figure I. 14 : Rotor SAVONIUS. 19

Figure I. 15: Coefficients de puissance Cp et de couple Cm en fonction du paramètre de vitesse dans le cas du rotor de Savonius. 19

Figure I. 16: Rotor de Darrieus : différentes formes adoptées pour les surfaces décrites par les pales. 20

Figure I. 17 : Coefficient de puissance en fonction de la vitesse normalisée pour différents types de turbines 21

Figure I. 18: Atlas de la vitesse moyenne du vent de l'Algérie estimée à 10 m du sol. 23

Figure II. 1 : Cartes saisonnières de la vitesse su vent de l'Algérie . 3

Figure II. 2 : Vitesse moyenne mensuelles du vent du site Tlemcen pour l'année 2011. 31

Figure II. 3: Vitesse moyenne mensuelles du vent du site d'Adrar . 32

Figure II. 4: Distribution de Weibull de la vitesse du vent du site d'Adrar et Tlemcen à 10 m a.d.s. 33

Figure II. 5 : Variation du paramètre de forme k en fonction de la hauteur pour le site de Tlemcen. 34

Figure II. 6: Variation du paramètre d'échelle C en fonction de la hauteur pour le site de Tlemcen. 34

Figure II. 7 : Variation du paramètre de forme k en fonction de la hauteur pour le site d'Adrar. 35

Figure II. 8: Variation du paramètre d'échelle C en fonction de la hauteur pour le site d'Adrar. 35

Figure II. 9: Vitesses moyennes annuelles du vent à différentes altitudes pour le site de Tlemcen. 36

Figure II. 10: Vitesses moyennes annuelles du vent à différentes altitudes pour le site d'Adrar. 37

Figure II. 11 : Vitesses moyennes cubiques annuelles du vent à différentes altitudes pour le site de Tlemcen. 37

Figure II. 12 : Vitesses moyennes cubiques annuelles du vent à différentes altitudes pour le site d'Adrar. 38

Figure III. 1 : Représentation schématique des systèmes éoliens mécanique et électrique pour le pompage de l'eau  3

Figure III. 2 : Présentation de différentes parties de système éolien. 42

Figure III. 3 : Tour en tube. 42

Figure III. 4 : Tour de pylône. 43

Figure III. 5: Rotor à 72 pales. 44

Figure III. 6: Composition d'une pompe centrifuge. 45

Figure III. 7 : Caractéristique puissance/vitesse de vent d'une éolienne classique. 48

Figure IV. 1 : Variation de la puissance fournie par chaque aérogénérateur de la vitesse de vent. 3

Figure IV. 2 : Variation de la puissance éolienne produite en fonction de la hauteur. 55

Figure IV. 3 : Variation du facteur de puissance en fonction de la hauteur. 56

Figure IV. 4 : Variation du débit en fonction de la vitesse du vent. 57

Figure IV. 5: Variation de la puissance hydraulique en fonction de la vitesse du vent. 58

Figure IV. 6: Variation du débit moyen fourni avec la hauteur manométrique totale. 59

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE