L'électrification rurale par l'énergie solaire. Etude de cas au Bénin.

2.2.3. Les options développées par l'ABERME

- Raccordement au réseau de la SBEE

Même dans le cas du raccordement au réseau conventionnel des financements externes sont nécessaires. On voit ainsi que le raccordement de cinquante-huit localités au réseau de la SBEE n'est possible que par une aide de la Banque d'Investissement et de Développement de la Communauté Économique des États de l'Afrique de l'Ouest (BIDC) et par des fonds venant du gouvernement indien dans le cadre d'un accord de prêts liés (l'appel d'offre pour la fourniture du matériel est ouvert seulement aux entreprises indiennes). De même, cinquanteneuf autres localités rurales devraient être raccordées grâce à un financement de plusieurs partenaires dont l'Union Européenne (Facilité Énergie¹¹⁷) et l'Agence Française de Développement¹¹⁸ (AFD).

- Plateforme multifonctionnelle

L'objectif affiché de la plateforme multifonctionnelle est de lutter contre la pauvreté en allégeant le travail des femmes grâce à la production d'énergie électrique et mécanique. Une plateforme est constituée d'une unité de production d'énergie électrique où un moteur indien de 8 à 20 chevaux couplé à un alternateur triphasé permet de transformer les produits agricoles : des machines et des modules mécaniques, installés par le projet, transforment du maïs, du manioc et des noix de palme.

117 La Facilité Énergie « est un instrument de co-financement établi en 2005 pour soutenir des projets améliorant l'accès aux services énergétiques durables et abordables en milieu rural et péri-urbain dans les pays d'Afrique, des Caraïbes et du Pacifique (ACP) ».(Commission européenne, Facilité ACP-UE pour l'Énergie, [ http://ec.europa.eu/europeaid/where/acp/regional-cooperation/energy/index_fr.htm ] (site consulté le 10 février 2010) )

118 L'AFD s'est engagée en 2008 à contribuer à hauteur de 38,8% (soit cinq milliards de FCFA) au Programme d'électrification rurale pour raccorder une soixantaine de localités rurales à la SBEE et pour renforcer les capacités de la SBEE et de l'ABERME. (Massé 2008)

On parle de « multifonctionnel » car le soir la plateforme fournit de l'électricité (de 19h à minuit) grâce à un réseau électrique de distribution et de branchement des abonnés et de lampadaires pour l'éclairage public.

Le projet est actuellement dans sa phase d'expérimentation dans deux villages (Igba IgboAbikou et Djegou Nagot). Vingt-sept localités devraient être pourvues de plateformes multifonctionnelles grâce à un financement de l'Union Européenne (Facilité Énergie).

- Projet solaire sous deux volets

> Volet adduction d'eau

Des forages avec de bons débits sont équipés de pompes solaires et on y installe un champ solaire. L'installation est complétée par un mini-réseau d'adduction d'eau et un château d'eau. > Volet électricité

On peut alors parler d'électrification publique car des lampadaires solaires sont mis en place, des centres sociaux communautaires (dispensaires, maternité, école, logement de l'infirmier, centre de loisirs...) sont électrifiés pour un accès à l'éclairage, à la réfrigération, voire à la télévision.

Dans le même temps pour les particuliers des kits photovoltaïques sont installés sur demande suite à une séance de sensibilisation où le fonctionnement, les puissances possibles et autres, sont expliqués. Les kits distribués sont subventionnés. Le kit de 85 Wc et son installation par l'ABERME revient ainsi à 650 000 FCFA (soit environ 990 euros) au lieu de 1 350 000 FCFA (soit environ 2 058 euros) sur le marché. Par ailleurs, la possibilité est offerte de payer par échelonnement à travers des caisses locales, non par mensualités mais par saisons de récoltes sur un maximum de trois ans.

C'est ainsi que 24 villages sur l'ensemble du territoire béninois ont bénéficié d'un tel projet grâce aux financements de la BID et d'une assistance technique étrangère.

- Hydroélectricité

Le programme d'hydroélectricité se met progressivement en place depuis 2004. L'ABERME a obtenu de l'Agence Canadienne de Développement Internationale (ACDI) un crédit pour la réalisation des études de faisabilité (par des ingénieurs canadiens) pour l'aménagement de 10 sites hydroélectriques (études de faisabilité en 2009). L'ABERME veut développer l'hydraulique comme source d'énergie tout en diversifiant ces sources en raison des changements climatiques.

- Éolien et biomasse

L'option éolienne n'est pas envisageable car le vent n'est ni constant ni suffisant. Elle ne pourrait se faire que sur la zone côtière et seulement sur 2 ou 3 mois dans l'année.

La biomasse en revanche pourrait être une source d'électricité avantageuse pour le Bénin. En effet, on pourrait tirer profit des résidus des récoltes. Par exemple, à la fin des récoltes du coton (une culture importante au Bénin), on pourrait utiliser les tiges au lieu de les brûler, ce qui aurait également un impact positif sur l'environnement car cette pratique dégrade le sol, pollue... Les résidus de mil, de maïs, d'arachides, pourraient également être tirés à profit pour produire de l'électricité.

Le but recherché est, de façon progressive, de diversifier les sources d'énergie. Un comité multisectoriel est en train de se mettre en place afin d'aboutir à une synergie entre le secteur de l'énergie et les autres secteurs de développement (santé, éducation, transformation agroalimentaire...). Désormais, il sera nécessaire quand un projet sera mis en place de connaître les autres programmes développés dans cette même localité par les autres structures. Par exemple, il faudra connaître le plan de construction de l'hôpital avant de procéder au projet d'électrification. Les séances ont déjà commencé et le décret pour la mise en place de ce comité a déjà été pris, il ne reste désormais qu'à le mettre en pratique.

Au Bénin l'électrification rurale va donc se développer à partir de programmes élaborés à l'initiative de l'État et suivant ses priorités. L'État à travers l'ABERME passe des appels d'offres, attribue les concessions et accordent les facilités nécessaires aux opérateurs privés. On cherche ainsi à donner à l'État la maîtrise de la planification de l'électrification des zones rurales dans le contexte de la décentralisation et à éviter un monopole national chez les opérateurs. Seulement, il y a du retard dans la mise en place du FER et l'ABERME se retrouve avec une faible capacité financière¹¹⁹. Par ailleurs, seul un petit nombre de projets d'électrification par le photovoltaïque au Bénin fonctionnent. Il est donc intéressant d'analyser de plus près cette technologie, qui semble à première vue idéale dans un pays très ensoleillé, en s'arrêtant sur son fonctionnement, ses avantages et inconvénients.

119 Codjo Djaïto 2007

3. Avantages et inconvénients du solaire photovoltaïque pour les localités rurales du Bénin

Les systèmes solaires sont généralement perçus comme une opportunité intéressante pour répondre aux besoins en électricité des pays en développement. C'est ainsi que dans le cadre coordonnant l'électrification des zones rurales du Bénin le solaire est l'une des

possibilités envisagées. Seulement, que ce soit à travers ce cadre (comme dans le cas de ToriCada) ou en dehors de celui-ci (comme avec des actions d'ONG), les villages ayant la possibilité de s'électrifier grâce au photovoltaïque sont encore loin de voir l'électrification généralisée à l'ensemble du village et de la voir fonctionner correctement et durablement. Il est donc nécessaire de revenir sur le fonctionnement d'une installation photovoltaïque puis d'envisager les avantages et les inconvénients pour comprendre les difficultés rencontrées. L'analyse suivante se focalisera sur la technologie solaire dans un objectif d'électrification, par conséquent le solaire pour l'adduction d'eau ne sera pas traité.

3.1. Explications simplifiées de cette technologie attrayante 3.1.1. La composition d'un système photovoltaïque

a) le module

Produire de l'électricité photovoltaïque c'est produire de l'électricité (« voltaïque ») à partir de la lumière (« photo ») et cela grâce à des photopiles, dites également cellules photovoltaïques, qui captent l'énergie des photons composant la lumière. Ce sont ces photopiles montées en série et composées de cristaux de silicium¹²⁰ qui constituent un module¹²¹.

Les trois filières les plus utilisées pour la fabrication des cellules photovoltaïques sont le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et le silicium amorphe. Le silicium monocristallin est produit à partir de monocristal de silicium très pur. Les modules constitués de ce silicium sont donc les plus coûteux mais assurent le meilleur rendement. Le silicium polycristallin est moins pur que le monocristallin car il provient des rebuts de l'industrie

120 Le silicium est un matériau tiré du sable ou du quartz, tous deux riches en silice.

121 Généralement un module est constitué de 36 ou de 72 cellules photovoltaïques et donnera une tension de 12 ou de 24 volts. On dit d'un module de 36 cellules qu'il est de 12 volts car il permet de charger une batterie de 12 volts même si sa tension nominale de sortie se trouve autour de 17 volts.

électronique. Pour autant, cette technologie est très utilisée car son rendement de conversion n'est que légèrement inférieur à celui du monocristallin mais pour un coût plus faible. Les filières du silicium monocristallin et polycristallin représentent 85% du marché. Quant au silicium amorphe, il est obtenu par dépôt de couches minces sur du verre. Son coût est beaucoup plus faible que pour les deux premiers mais son rendement de conversion est également largement inférieur. Il est donc utilisé pour les applications de faible puissance.

Pour évaluer la quantité d'énergie transformée quotidiennement par un module, on multiplie la puissance crête par l'ensoleillement journalier. La puissance crête étant la puissance¹²² d'un module donnée par le fabriquant, exprimée en watt-crête (Wc) et correspondant à la puissance produite par le module dans les conditions optimales d'ensoleillement et de température : un ensoleillement de 1000 W/m² (ensoleillement maximal à la surface de la terre), une masse d'air¹²³ de 1,5 et une température de jonction¹²⁴ de 25°C.

Par exemple au Bénin l'ensoleillement global¹²⁵ est de 5 kWh/m²/jour¹²⁶ donc un module de 85 Wc produira 425 Wh/jour. Seulement, l'irradiation solaire est inégalement répartie : elle est plus abondante au nord qu'au sud (Cf. Annexe 4). D'autre part, si le ciel est nuageux, notamment durant l'harmattan¹²⁷, l'ensoleillement sera plus faible et la puissance fournie sera alors moindre. De même, au dessus de 25°C, la puissance fournie diminue de 0,5% pour chaque degré Celsius d'augmentation de la température du module photovoltaïque.

Les modules représentent aujourd'hui 30 à 35% du prix du système.

b) la structure-support

La structure-support va fixer les modules à l'endroit désiré (généralement sur la toiture). Les structures fixes sont à privilégier aux structures mobiles puisque les systèmes de ces dernières peuvent se bloquer et qu'ils consomment de l'énergie...

D'autre part, la structure doit être orientée vers le sud étant donné que le Bénin se trouve dans
l'hémisphère nord¹²⁸, à au moins 20 cm au dessus de la toiture pour permettre la ventilation et

122 La puissance est l'énergie électrique ou la quantité de travail obtenue en une unité de temps et s'exprime en watt (W).

123 La masse d'air est l'épaisseur relative de la couche d'atmosphère traversée par le rayonnement solaire.

124 La température de jonction caractérise le fonctionnement thermique du module : plus elle augmente, plus le rendement de conversion augmente.

125 Au Bénin le rayonnement solaire global est de 700 Kj/cm²/an avec sept heures par jour d'ensoleillement.

126 Wh/m²/jour : mesure l'ensoleillement ou le rayonnement qu'une surface au sol d'un mètre carré reçoit du soleil pendant une journée

127 L'harmattan est un vent sec soufflant du Sahara et au Golf de Guinée de fin novembre à début mars.

128 Les pays de l'hémisphère sud doivent orienter les modules vers le nord.

avec une inclinaison de 10 ° par rapport à l'horizontale. L'angle d'inclinaison doit être égal à la latitude du lieu mais dans le cas des pays, comme le Bénin, proches de l'équateur - latitude comprise entre 0 et 10° - on choisit un angle de 10°. (Cf. Annexe 4)

c) les batteries

L'énergie produite durant la journée doit être stockée et pour cela on a recours à des batteries plomb-acide. Il peut s'agir de batteries de voiture ou de batteries adaptées pour le photovoltaïque, ces dernières durant trois à cinq fois plus longtemps. Le choix des batteries est important : il faut prendre en considération à la fois leur coût à l'installation et leur coût pour la durée de vie du système photovoltaïque car on doit les remplacer périodiquement (environ tous les 4 ans).

d) le régulateur

Le régulateur gère la charge et la décharge de la batterie pour éviter qu'elle soit endommagée.

e) les onduleurs

L'électricité produite est en courant continu. Pour le convertir en courant alternatif de 220 volts - nécessaire pour certains équipements comme les réfrigérateurs, certains téléviseurs, etc. - on utilise des onduleurs.

f) les convertisseurs

Les convertisseurs permettent de convertir du courant continu en courant continu dans le cas où l'on souhaite une tension¹²⁹ inférieure à celle à la sortie de la batterie (par exemple si l'on souhaite une tension de 6 volts au lieu de 12 volts).

g) câblages, fusibles et coupe-circuits

Le câblage permet de relier électriquement tous les composants du système. Des fusibles et des coupe-circuits sont également installés pour protéger l'installation ou pour assurer la maintenance du système : le fusible protège contre les court-circuits et les coupe-circuits permettent de couper l'alimentation en cas d'urgence ou lors de la maintenance.

h) les récepteurs/applications Les récepteurs/applications sont l'ensemble des appareils qui fonctionnent grâce à

129 La tension mesure la force ou la poussée que reçoivent les électrons dans un circuit électrique et s'exprime en Volt (V)

l'électricité photovoltaïque. Lorsque l'on a un système avec une tension de 12 volts utilisant une batterie de voiture, on peut utiliser des réglettes fluorescentes, une télévision en noir et blanc 12 volts et ces appareils peuvent être moins coûteux que les appareils fonctionnant avec du 24 ou du 48 volts.

Certains appareils fonctionnent en courant continu (CC) : les réglettes fluorescentes, les ventilateurs, les télévisions en noir et blanc de 12V. D'autres nécessitent un courant alternatif (CA) et donc la présence d'un onduleur : les ampoules incandescentes, les télévisions, les magnétoscopes, les ordinateurs, les réfrigérateurs.

Les récepteurs font partie intégrante du système, leur choix ayant une incidence sur son bon fonctionnement. Il est ainsi nécessaire de privilégier des appareils économes en énergie car ils permettent d'augmenter la durée de vie de la batterie et d'éviter les appareils restant en veille qui entraînent des consommations supplémentaires d'électricité (l'onduleur fonctionnant lors de leur veille).

Schéma d'un système photovoltaïque de base