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

CHAPITRE I : ENERGIE EOLIENNE

INTRODUCTION 3

I. LE VENT 4

II. MODELES STATISTIQUES DE L'ANALYSE DU VENT 7

II.1. Distribution de Weibull 7

II.2. Distribution de Rayleigh 8

III. ÉNERGIE DES EOLIENNES 9

IV. EOLIENNES 9

IV.1. Historiques 9

IV.2. Classification des turbines éoliennes 10

a) Capteurs à axe horizontal 12

b) Capteurs à axe vertical 18

c) Comparaison des différents capteurs présentés 21

V. GISEMENT EOLIEN EN ALGERIE 22

VI. AVANTAGES ET INCONVENIENTS D'ENERGIE EOLIENNE 23

CONCLUSION 24

CHAPITRE II: GISEMENT EOLIEN DU SITE DE TLEMCEN ET D'ADRAR

INTRODUCTION 26

I. LES RESSOURCES EN ENERGIE EOLIENNES 26

II. L'INTERET DE L'ENERGIE EOLIENNE 26

III. CONDITIONS MINIMALES DE VENT 27

IV. VENTS EN ALGERIE 27

V. PROPRIETES DE L'AIR 28

VI. CHOIX DU SITE 29

VII. LOI DE DISTRIBUTION DE WEIBULL 29

VIII. INFLUENCE DE LA HAUTEUR SUR L'ENERGIE EOLIENNE 30

IX. EVALUATION DE LA DENSITE DE PUISSANCE DU VENT 30

X. RESULTATS ET DISCUSSION 31

CONCLUSION 38

CHAPITRE III: MODELISATION DU SYSTEME DE POMPAGE EOLIEN

INTRODUCTION 40

I. EOLIENNES DE POMPAGES 40

1) Éoliennes de pompage mécaniques 40

2) Éoliennes de pompage électriques 40

II. AEROMOTEURS CONSACRES AU POMPAGE 42

1) Tour 42

2) Rotor 43

3) Pales 43

4) Matériaux 44

5) Transmission 44

III. SYSTEME DE POMPAGE 44

III.1. Pompes centrifuges 45

III.2. Pompes volumétriques 46

IV. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SYSTEME DE POMPAGE 46

IV.1. Couplage mécanique 46

IV.2. Couplage électrique 47

V. MODELISATION D'UN SYSTEME DE POMPAGE 47

V.1 Modélisation de l'éolienne multipale 47

V.1.1. Puissance moyenne annuelle fournie par un éolienne 48

V.1.2. Facteur de puissance 49

V.2. Modélisation de système de pompage 49

V.2.1. Puissance hydraulique de la pompe 49

V.2.2. Estimation du débit moyen fourni 50

CONCLUSION 52

CHAPITRE IV : EVALUATION DES PERFORMANCES D'UN SYSTEME EOLIEN

INTRODUCTION 54

I. SYSTEME SIMULE 54

II. SIMULATION 54

CONCLUSION 59

CONCLUSION GENERALE 61

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Erreur ! Signet non défini.4

ANNEXE

INTRODUCTION GENERALE

INTRODUCTION GENERALE

D

epuis le début du siècle, les besoins énergétiques dans le monde ont été augmenté ; les ressources fossiles utilisées actuellement pour la grande majorité de la production électrique, sont épuisables ce qui incite à trouver des ressources compensatrices. En effet, plus de 80% de l'énergie mondiale provient de gisements de combustibles fossiles, dont les réserves s'épuisent continuellement. Il s'agit du pétrole, du charbon et du gaz. Cette dépendance énergétique entraîne de plus une dépendance économique et même politique ; d'où l'urgence de profiter autant que possible des énergies renouvelables.

Ces énergies sont utilisées à l'échelle d'un pays ou plus simplement pour surmonter les besoins énergétiques et en eau potable et d'irrigation (pompage) d'un site isolé.

Aujourd'hui, les énergies solaires, et éoliennes, ont un fort potentiel, cette dernière devenant de plus en plus compétitive.

La ressource éolienne provient du déplacement des masses d'air qui est dû indirectement à l'ensoleillement de la terre. Par le réchauffement de certaines zones de la planète et le refroidissement d'autres une différence de pression est créée et les masses d'air sont en perpétuel déplacement. Après avoir pendant longtemps oublié cette énergie pourtant exploitée depuis l'antiquité, que ce soit pour la navigation à voile ou les moulins à vent, elle connaît depuis environ 30 ans un essor sans précédent notamment dû aux premiers chocs pétroliers. Ainsi dans un premier temps l'énergie cinétique du vent était uniquement transformée en énergie mécanique ; c'est en 1891 que la Danios Poul La Cour construisit pour la première fois une turbine à vent générant de l'électricité. Plus récemment, les éoliennes ont été utilisées pour assurer le pompage de l'eau des nappes souterraines [27].

L'estimation des ressources en énergie éolienne présente une difficulté majeure. La quantité d'énergie disponible varie avec la saison et l'heure du jour. La quantité totale d'énergie éolienne convertible sur un territoire, c'est à la quantité d'énergie qui peut être réellement produite par la mise en oeuvre à l'échelle d'une région, des systèmes de conversion de l'énergie éolienne, dépend de façon significative des caractéristiques, du rendement espéré et du dimensionnement des éoliennes. C'est pourquoi il n'y a pas qu'une méthode unique pour estimer et représenter l'énergie éolienne disponible.

Bien que les éoliennes lentes soient utilisées pour le pompage de l'eau pendant des siècles, nous avons choisie d'étudier dans le présent travail, un système de pompage par une éolienne lente, pour des simples raisons :

ü L'éolienne lente ou multipale peut fonctionner à faible vitesses du vent.

ü Le système de pompage mécanique est plus performant et moins couteux pour les faibles profondeurs.

Le présent travail consiste à étudier les performances d'un système de pompage éolien mécanique c'est-à-dire une éolienne multipale entraîner pompe à piston.

Un rotor éolien de plusieurs pales entraîne, par un système de bielle-manivelle, une pompe à piston plongée au fond du puits.

Ce mémoire comprend les parties suivantes :

Une introduction où nous avons présenté l'intérêt des énergies renouvelable et en particulier l'énergie éolienne et son utilisation pour le pompage de l'eau.

Dans le premier chapitre, nous portons notre intérêt sur la théorie des éoliennes (qu'elles soient horizontales ou verticales), sur leur classification, les avantages et inconvénients de leur utilisation ...etc.

Le deuxième chapitre est consacré à l'étude du gisement éolien Algérien en particulier les caractéristiques du gisement éolien des sites de Tlemcen et d'Adrar. En utilisant les données de mesures des stations de l'O.N.M, une étude statistique basée sur la distribution de Weibull a permis, la quantification de la puissance énergétique éolienne existante sur les sites.

Le troisième chapitre est consacré à l'étude de différents composantes de système de pompage mécanique (éolienne multipale) ainsi présentés les différents modèles utilisées pour l'estimation de la puissance produite par une éolienne multipale et l'estimation de la quantité d'eau pompée.

Dans le quatrième chapitre on essaye de simule et de visualiser à l'aide du logiciel MATLAB les performances du système de pompage mécanique telle que la puissance éolienne, la puissance hydraulique, le débit, ...etc. et cela en prenant en considération les caractéristiques de l'éolienne, de la pompe et du régime du vent.

CHAPITRE

 ENERGIE EOLIENNE

I