UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

PARCOUR : GENIE INDUSTRIEL

MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR

GRADE MASTER EN GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

Présenté par : RAKOTONDRAZAFY Ny Aina Toky Mahenina

Encadré par : Monsieur RASOLOFOARINDRIAKA Allain

Date de soutenance : 22 Octobre 2019

Année universitaire : 2016-2017

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

PARCOUR : GENIE INDUSTRIEL

MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR

GRADE MASTER EN GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

Directeur de mémoire : Monsieur RASOLOFOARINDRIAKA Allain, Enseignant Chercheur

Président de Jury : Monsieur RANARIJAONA Jean Désiré, Maître de conférences

Membres de Jury : M. JOELIHARITAHAKA Rabeatoando, Enseignant Chercheur

M. RAKOTONDRAINIBE Faniry, Enseignant Chercheur

M. RAKOTONIAINA Andrianarisoa, Maître de conférences

Date de soutenance : 22 Octobre 2019

Année universitaire : 2016-2017

a

Remerciements

A l’issue de mon mémoire et de mes études, qui sont pour moi le passage vers la vie

professionnelle, je ne saurais taire mes émotions dans la mesure où mon succès est le fruit d'une

synergie de plusieurs personnes de bonne volonté.

Cet ouvrage a été réalisé grâce à la Bénédiction et Bienveillance de Dieu qui m'a donné la

force et le courage, d’où je Le remercie particulièrement.

Mes vifs remerciements s’adressent à Mr RAKOTOSAONA Rijalalaina, le directeur de

l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (E.S.P.A), qui m’a autorisé à faire cette

soutenance.

Je tiens aussi remercier Mr RAKOTONINDRIANA Tahiry, résponsable de la mention

Génie Mécanique et Industriel.

J’adresse mes vifs remerciements à Monsieur RASOLOFOARINDRIAKA Allain,

enseignant à l’E.S.P.A, qui a encadré mon travail et m’a fait partager son savoir et son

enthousiasme.

Mes remerciements et reconnaissances vont également à RANARIJAONA Jean Désiré,

Maître de conférences à l’ESPA, qui a accepté de présider cette soutenance, ainsi qu’à tous les

membres du jury qui ont pris leur temps pour ce mémoire :

- M. JOELIHARITAHAKA Rabeatoando, Enseignant Chercheur

- M. RAKOTONDRAINIBE Faniry, Enseignant Chercheur

- M. RAKOTONIAINA Andrianarisoa, Maître de conférences

Je ne saurais oublier tous mes enseignants à l'E.S.P.A, qui ont donné leur maximum pour

faire de ces années d’études une réussite. Enfin, j’ai une pensée noble et pleine de gratitude à

l’endroit de mes chers parents et de tous les membres de ma famille.

Mes remerciements s'adressent également à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué

à la réussite de ce mémoire, j’adresse mes remerciements les plus sincères.

b

Liste des abréviations

Symboles Descriptions Unités

Ms Masse Solaire kg

Rs Rayon Solaire km

gs Accélération de la pesanteur à la Surface solaire m/s2

Ls Luminosité Solaire W

1 UA Distance moyenne Terre/Soleil Km

Vl Vitesse de libération Km/s

Tes Température effective du soleil K

P Pression Bar

V Volume L ou M3

Patm Pression Atmosphérique Bar

Pc Puissance Crête Wc

U Tension V

ρ Facteur d’ensoleillement

Pn Puissance nécessaire W

Pcn Puissance Crête nécessaire Wc

G Irradiation Solaire W/m2

Gstc Irradiation solaire dans les conditions idéales W/m2

T Température °C ou K

Sp Surface total des panneaux m2

hge Altitude du milieu m

ho Hauteur optimale m

Tge Température du milieu °C ou K

To Température optimale °C ou K

p Perte total %

ph Perte à cause de l’altitude %

c

pT Perte à cause de la température %

pd Perte diverse %

Pgekw Puissance du groupe électrogène KW

Pgekva Puissance en kilovoltampère KVA

H Heures h

Pf Puissance fournit par les panneaux KW

Csphj Consommation spécifique de l’huile de Jatropha g/KWh

mv Masse volumique kg/l

Hf Heure de fonctionnement heures

Ej Energie produite par jour KWh/jr

Ea Energie produite en une année KWh/an

Csjhj Consommation en une journée en huile de Jatropha l/jrs

Csahj Consommation en une année en huile de Jatropha l/ans

Csjgaz Consommation en une journée en gazole l/jrs

Csagaz Consommation en une année en huile en gazole l/ans

Mgraine Quantité de graine nécessaire kg

Mhuile Masse de l’huile de Jatropha kg

ηpression Rendement pendant la pression

npieds Nombre de pieds

Schamp Surface du champ de culture ha

ηhectare Rendement à l’hectare kg/ha

PCI Pouvoir calorifique inférieur MJ/kg

μgaz Rapport consommation prix du gazole

μhj Rapport consommation prix de l’huile de jatropha

d

Nomenclatures

Symboles Descriptions

H Hydrogène

He Hélium

O Oxygène

C Carbonne

Fe Fer

Ca Calcium

CO2 Dioxyde de Carbonne

MCI Moteur à Combustion Interne

PMH Point Mort Haut

PMB Point Mort Bas

ES Moteur à Essence

D Moteur Diesel

GPL Gaz de Pétrole Liquéfié

EMHV Esters méthyliques d'huiles végétales

EEHV Esters éthyliques d'huiles végétales

a-S Silicium amorphe

CdTe Telluride de cadmium

CIS diSélénium de Cuivre Indium

CIGS Copper Indium Gallium Delenide

TRE Temps de retour énergétique

PV Panneau photovoltaïque

GE Groupe Electrogène

PVGIS Photovoltaic Geographical Information System

ar Ariary

e

Liste des tableaux

Tableau 1: Les concessionnaires d'électricité ............................................................................ 14

Tableau 2: Caractéristiques de quelques huiles végétales ........................................................ 38

Tableau 3: Propriété physique de l'huile de Jatropha ................................................................ 43

Tableau 4: Propriété chimique de l'huile de Jatropha ................................................................ 43

Tableau 5: Composition en acide gras de l'huile de Jatropha .................................................... 44

Tableau 6: Composition Chimiques de l'huile de Jatropha ......................................................... 44

Tableau 7: Commentaire sur les cellules au silicium monocristallin ........................................... 50

Tableau 8: Commentaire sur les cellules au silicium polycristallin ............................................. 50

Tableau 9 : Commentaire sur la cellule de deuxième génération ............................................... 51

Tableau 10: Résumé des caractéristiques des différentes cellules ............................................ 52

Tableau 11: Choix de la tension de fonctionnement .................................................................. 53

Tableau 12: Standard Test Conditions ...................................................................................... 54

Tableau 13 : Facteurs de correction pour une inclinaison et une orientation données ............... 54

Tableau 14: Puissances nécessaires ........................................................................................ 57

Tableau 15: Caractéristique de l'huile ........................................................................................ 60

Tableau 16: Résultat obtenu en été ........................................................................................... 62

Tableau 17 : Résultat obtenu en hiver ....................................................................................... 63

Tableau 18: Gestion des groupes en hiver ................................................................................ 66

Tableau 19: Gestion des groupes en été ................................................................................... 67

Tableau 20: Consommation d’huile de Jatropha et production d’électricité ................................ 69

Tableau 21: PV estimation ........................................................................................................ 73

Tableau 22: Irradiation solaire mensuelle .................................................................................. 75

Tableau 23: Rayonnement journalier en Juin ............................................................................ 77

Tableau 24: Rayonnement journalier en d'Octobre .................................................................... 80

Tableau 25: Mélange gazole et huile de Jatropha ..................................................................... 91

Tableau 26: Tableau comparatif de l'huile de Jatropha et du Gazole ......................................... 92

Tableau 27 : Résumé des données en énergie et en consommation sur l'huile de Jatropha ..... 92

Tableau 28: Résumé des données en énergie et en consommation sur le gazole ..................... 93

Tableau 29: Calcul du cout de production d'un litre d'huile ........................................................ 93

Tableau 30: Comparaison du gazole et de l'huile de Jatropha par rapport à sa contribution ...... 94

f

Liste des figures et schémas

Figure 1: Cycle du Carbonne ....................................................................................................... 9

Figure 2: Répartition de la production d'électricité ..................................................................... 15

Figure 3: Potentiel Hydraulique à Madagascar .......................................................................... 16

Figure 4 : Potentiel Solaire à Madagascar ................................................................................. 17

Figure 5: Potentiel éolien à Madagascar.................................................................................... 18

Figure 6: Cycle à 4 temps .......................................................................................................... 23

Figure 7: Diagramme Cycle Otto ............................................................................................... 23

Figure 8: Diagramme Cycle Diesel ............................................................................................ 24

Figure 9 : Cycle Réel d'un Moteur thermique à 4 temps ............................................................ 24

Figure 10: Nomenclature des organes constitutifs d'un alternateur ............................................ 26

Figure 11: Les organes d'un alternateur en détails .................................................................... 26

Figure 12: Principe électromagnétique ...................................................................................... 27

Figure 13: Diagramme tension/Angle de rotation ....................................................................... 28

Figure 14: Principe électromagnétique ...................................................................................... 28

Figure 15: Fonctionnement d'un Alternateur .............................................................................. 29

Figure 16: Stator ........................................................................................................................ 29

Figure 17: Production des tensions alternatives ........................................................................ 29

Figure 18 : Couplage en Triangle .............................................................................................. 30

Figure 19 : Couplage en étoile .................................................................................................. 30

Figure 20: Chaine pétrolière ...................................................................................................... 32

Figure 21: Diagramme de synthèse des biocarburants de 1ère et de 2ème génération ............. 36

Figure 22: Jatropha Curcas ....................................................................................................... 39

Figure 23: Jatropha Mahafalensis ............................................................................................. 39

Figure 24: Clôture d’une ferme à Soavina ................................................................................. 40

Figure 25 : Procédures et traitements ........................................................................................ 42

Figure 26: Détail du montage en série des cellules dans un module ......................................... 49

Figure 27: Exemple de montage des modules 3 rangs en parallèle de 5 modules en série ....... 49

Figure 28: Silicium monocristallin .............................................................................................. 50

Figure 29: Silicium polycristallin ................................................................................................. 50

Figure 30: Installation de panneaux souples en couche mince .................................................. 51

Figure 31 : Courbe représentative ............................................................................................. 64

Figure 32 : Localisation de notre site ......................................................................................... 71

g

Figure 33: Page d'accueil PVGIS: PV estimation ....................................................................... 72

Figure 34: PV estimation ........................................................................................................... 73

Figure 35: Page d'accueil: irradiation solaire mensuelle ............................................................ 74

Figure 36: Irradiation solaire mensuelle ..................................................................................... 75

Figure 37: Page d’accueil Rayonnement solaire journalier mois de Juin ................................... 76

Figure 38: Courbe représentative des rayonnements le mois de Juin ........................................ 78

Figure 39: Page d'accueil : Rayonnement solaire journalier Mois d'Octobre .............................. 79

Figure 40: Courbe représentative des rayonnements le mois d’Octobre .................................... 81

Figure 41: Schéma du montage du système Hybride ................................................................ 82

Figure 42: Cellule polycristallin .................................................................................................. 83

Figure 43: Les groupes électrogènes ........................................................................................ 83

Figure 44: GE 8 KVA ................................................................................................................. 83

Figure 45: Caractéristique du G1 ............................................................................................... 84

Figure 46: GE 16 KVA ............................................................................................................... 84

Figure 47: Caractéristique du G2 ............................................................................................... 84

Figure 48: Courbe de consommation ......................................................................................... 86

Figure 49: Courbe de production du PV .................................................................................... 87

Figure 50: Situation en été ........................................................................................................ 87

Figure 51: Situation en hiver ...................................................................................................... 88

h

Table des matières :

INTRODUCTION ..................................................................................................................... 1

.................................................................................... 2

Chapitre 1 : Notions sur les énergies renouvelables ................................................... 3 1-1 Introduction ............................................................................................................................. 3 1-2 Historique : ............................................................................................................................... 4 1-3 L’énergie solaire ........................................................................................................................ 5

1-3-1- Le soleil ....................................................................................................................................................... 5 1-3-2- Nature de l'énergie solaire ......................................................................................................................... 5 1-3-3- Les conditions à étudier avant l’utilisation de l’énergie solaire.................................................................. 6 1-3-4- Techniques pour capter l'énergie solaire.................................................................................................... 7

1-4 La biomasse .............................................................................................................................. 8 1-4-1- Les atouts de la biomasse ........................................................................................................................... 8 1-4-2- Histoire de la biomasse ............................................................................................................................... 9 1-4-3- Les différentes utilisations de la biomasse ............................................................................................... 10

1-5 Autres sources d’énergie ......................................................................................................... 10 1-5-1- L’énergie Hydraulique ............................................................................................................................... 10 1-5-2- L’énergie éolienne .................................................................................................................................... 11 1-5-3- La géothermie ........................................................................................................................................... 11 1-5-4- L’énergie des vagues ................................................................................................................................. 12 1-5-5- L’énergie marémotrice ............................................................................................................................. 12

Chapitre 2 : Situation de l’énergie à Madagascar ..................................................... 13 2-1 Introduction ........................................................................................................................... 13 2-2 L’historique de l’électrification à Madagascar .......................................................................... 14 2-3 Situation actuelle de l’électrification ....................................................................................... 15 2-4 Potentiel en énergie renouvelable à Madagascar ..................................................................... 16

2-4-1- Potentiel hydraulique : ............................................................................................................................. 16 2-4-2- Potentiel solaire ........................................................................................................................................ 17 2-4-3- Le Potentiel éolien .................................................................................................................................... 18 2-4-4- La biomasse à Madagascar ....................................................................................................................... 19

............................................................................ 20

Chapitre 3 : Moteur à Combustion Interne Stationnaire ........................................... 21 3-1 MCI ........................................................................................................................................ 21

3-1-1- Définition .................................................................................................................................................. 21 3-1-2- Historiques ................................................................................................................................................ 21 3-1-3- Les principaux organes ............................................................................................................................. 22 3-1-4- Principe de fonctionnement ..................................................................................................................... 22

3-2 Alternateurs ........................................................................................................................... 25 3-2-1- Définitions ................................................................................................................................................. 25 3-2-2- Constitution de l’alternateur .................................................................................................................... 26 3-2-3- Rôle de quelques principaux éléments constitutifs .................................................................................. 26 3-2-4- Principe de fonctionnement ..................................................................................................................... 27

Chapitre 4 : Les Carburants et Biocarburant ............................................................. 31 4-1 Carburants fossiles .................................................................................................................. 31

4-1-1- Gaz de Pétrole Liquéfié : ........................................................................................................................... 33 4-1-2- Essence auto : ........................................................................................................................................... 33 4-1-3- Kérosène : ................................................................................................................................................. 33 4-1-4- Gazole : ..................................................................................................................................................... 33 4-1-5- Fioul domestique (Mazout) :..................................................................................................................... 33

i

4-1-6- Fioul lourd : ............................................................................................................................................... 33 4-1-7- Lubrifiants : ............................................................................................................................................... 34 4-1-8- Bitume : ..................................................................................................................................................... 34

4-2 Biocarburants (agro-carburants) .............................................................................................. 34 4-2-1- Généralités ................................................................................................................................................ 34 4-2-2- Historique de leurs premiers usages : ...................................................................................................... 34 4-2-3- Première et deuxième génération ............................................................................................................ 35 4-2-4- Les principales filières ............................................................................................................................... 36

Chapitre 5 : Généralité sur le Jatropha ..................................................................... 39 5-1 Introduction ........................................................................................................................... 39 5-2 Possibilités d’utilisation........................................................................................................... 40 5-3 Plantation et production : ....................................................................................................... 41 5-4 L’huile de Jatropha .................................................................................................................. 42

5-4-1- Méthode d’extraction de l’huile de Jatropha ........................................................................................... 42 5-4-2- Caractéristiques de l’huile de Jatropha .................................................................................................... 42 5-4-3- Propriétés physiques et thermiques ......................................................................................................... 43 5-4-4- Propriété Chimique ................................................................................................................................... 43 5-4-5- Composition en acide gras ........................................................................................................................ 44 5-4-6- Composition chimiques ............................................................................................................................ 44 5-4-7- Quelques caractéristiques comparées de l’huile de Jatropha et du gazole :............................................ 44

Partie 3.

............................................ 46

Chapitre 6 : Méthode de calculs à bases des données locales. .................................. 47 6-1 Dimensionnement du panneau photovoltaïque ....................................................................... 47

6-1-1- Introduction .............................................................................................................................................. 47 6-1-2- L’énergie électrique fournie par le générateur photovoltaïque ............................................................... 48 6-1-3- Les cellules et les panneaux (ou modules)................................................................................................ 48 6-1-4- Principes de dimensionnement ................................................................................................................ 52 6-1-5- Calcul de la puissance crête nécessaire .................................................................................................... 53 6-1-6- Calcul de la surface de panneau nécessaire : ........................................................................................... 55

6-2 Dimensionnement Groupe électrogène ................................................................................... 55 6-2-1- Calcul des pertes ....................................................................................................................................... 55 6-2-2- La puissance du GE en kilowatt ................................................................................................................ 56 6-2-3- La puissance du GE en Kilovoltampère ..................................................................................................... 56

Chapitre 7 : Applications ......................................................................................... 57 7-1 Les données nécessaires : ........................................................................................................ 57

7-1-1- La puissance demandée ............................................................................................................................ 57 7-1-2- Données utiles .......................................................................................................................................... 58

7-2 Panneau photovoltaïque ......................................................................................................... 58 7-3 Groupe électrogène ................................................................................................................ 59

7-3-1- Calcul des pertes ....................................................................................................................................... 59 7-3-2- Les puissances ........................................................................................................................................... 59 7-3-3- La consommation spécifique en huile de Jatropha du moteur ................................................................ 60 7-3-4- Calcul de la quantité d’huile nécessaire si le groupe marche toute la journée ........................................ 60

7-4 Résultats................................................................................................................................. 61 7-4-1- Tableau montrant les besoins et les productivités ................................................................................... 61 7-4-2- Courbe représentative de ces données .................................................................................................... 64 7-4-3- Méthode pour l’obtention de ces résultats .............................................................................................. 64

7-5 Amélioration pour diminuer la consommation et les excès d’énergie à cause du surdimensionnement. ................................................................................................................... 65

j

7-5-1- Gestion de ces groupes ............................................................................................................................. 66 7-5-2- Calcul des données sur les groupes électrogènes .................................................................................... 69

7-6 Exemple de simulation sur PVGIS ............................................................................................ 71 7-6-1- Le site ........................................................................................................................................................ 71 7-6-2- PV estimation ............................................................................................................................................ 72 7-6-3- Irradiation solaire mensuelle .................................................................................................................... 74 7-6-4- Rayonnement solaire journalier moyen (mois de Juin) ............................................................................ 76 7-6-5- Rayonnement solaire journalier moyen (mois d’octobre) ........................................................................ 79

7-7 Installation des équipements pour la production optimale ....................................................... 82 7-7-1- Schéma du montage ................................................................................................................................. 82 7-7-2- Champ PV .................................................................................................................................................. 82 7-7-3- GE .............................................................................................................................................................. 83

Partie 4. ...................................... 85

Chapitre 8 : Interprétation des résultats et discussion .............................................. 86 8-1 Interprétation des courbes ...................................................................................................... 86

8-1-1- Interprétation de la courbe de consommation ........................................................................................ 86 8-1-2- Interprétation de la courbe de productions électrique du PV .................................................................. 87 8-1-3- Commentaire sur la situation en été ........................................................................................................ 87 8-1-4- Commentaire sur la situation en hiver ..................................................................................................... 88

8-2 L’utilisation du système hybride solaire biomasse .................................................................... 88 8-3 Optimisation possible sur l’utilisation de l’huile de Jatropha comme carburant ........................ 89

8-3-1- Solutions coté moteur .............................................................................................................................. 89 8-3-2- Solution côté carburant ............................................................................................................................ 90

8-4 Comparaison de l’huile de Jatropha et du gazole ...................................................................... 92 8-4-1- Etude énergétique .................................................................................................................................... 92 8-4-2- Etude économique .................................................................................................................................... 93 8-4-3- Analyse technico-économique.................................................................................................................. 94 8-4-4- Autres avantages de l’utilisation de l’huile de Jatropha ........................................................................... 94

8-5 Avantages et inconvénients ..................................................................................................... 95 8-5-1- Inconvénients de l’utilisation d’un système hybride solaire biomasse pour une centrale électrique ..... 95 8-5-2- Avantages de l’utilisation d’un système hybride solaire biomasse pour une centrale électrique ........... 96

CONCLUSION ........................................................................................................................ 97

ANNEXES ................................................................................................................................ i BIBLIOGRAPHIE ..................................................................................................................... xii WEBOGRAPHIE .................................................................................................................... xiv

1

INTRODUCTION

A Madagascar, l’électrification progressive des zones non encore raccordées au réseau

électrique interconnecté est difficile. Les villages sont trop isolés pour envisager une extension des

lignes de transport et de distribution. L’installation de groupes électrogènes ou l’utilisation des

sources locales d’énergies renouvelables s’avère l’une des solutions envisageables pour ces

problèmes.

L’exploitation de chacune de ces technologies comporte cependant des mesures

spécifiques. L’option des groupes électrogènes souffre de la hausse du prix des carburants, à

laquelle s’ajoute non seulement le coût de transport du carburant dans des régions souvent difficiles

d'accès, mais aussi des surcoûts liés à l'exploitation et à la maintenance dans ces régions isolées.

De son côté, l'énergie solaire est intermittente, ce qui nécessite un équipement de stockage de

l'électricité non consommée à l’instant de sa production, mais elle demande aussi d’importants

investissements initiaux, bien que par la suite ses coûts d’exploitation soient faibles.

Afin de pallier à ces défauts, l’idée est de faire appel à l’usage d’un site de production

hybride qui combine ces deux technologies, permettant ainsi de compenser certains de ces

inconvénients, et évitant aussi l’usages des batteries de stockage qui est couteux. La production est

basée sur l’utilisation de l’énergie solaire photovoltaïque. Mais au cas où il y aura manque de

puissance, le générateur diesel démarre automatiquement pour affaiblir le gap de la production

électrique. D’où notre sujet : « Contribution à la mise en valeur de l’huile de Jatropha comme

carburant dans le cadre de l’aménagement d’un site de production électrique hybride solaire

Biomasse ».

Dans la première partie de ce mémoire, nous présenterons les contextes généraux qui

parlent de l’énergie renouvelable en générale et de la situation de l’énergie à Madagascar. La

deuxième partie concerne l’étude bibliographique, ici nous parlerons des moteurs à combustion

interne stationnaire, des carburants et biocarburants, ainsi que la généralité sur l’huile de Jatropha.

La troisième partie nous montre l’étude relative à l’aménagement de la centrale de production

électrique intégrant un système de groupe électrogène à huile de Jatropha et des panneaux

photovoltaïques, où nous allons exposer les méthodologies de dimensionnement d’un système

hybride. Et en dernière partie, l’interprétation des résultats et discussion seront traitées.

2

3

Chapitre 1 : Notions sur les énergies renouvelables

1-1 Introduction

Les énergies renouvelables sont des sources d’énergie dont le renouvellement naturel est

assez rapide pour qu'elles puissent être considérées comme inépuisables à l'échelle de temps

humaine. L'expression énergie renouvelable est la forme courte et usuelle des expressions "sources

d’énergie renouvelables" ou "énergies d’origine renouvelables" qui sont plus correctes d'un point

de vue physique. Elles peuvent donc être utilisées sans limite dans le temps tandis que les énergies

fossiles proviennent des réserves qui s'épuisent.

D’une façon plus large, elles proviennent des phénomènes naturels cycliques ou constants

induits par les astres : le Soleil essentiellement pour la chaleur et la lumière qu'il génère, mais aussi

l'attraction de la Lune (marées) et la chaleur générée par la Terre (géothermie).

On distingue cinq familles principales d’énergie renouvelable. Ce sont :

L’énergie solaire

L’énergie éolienne

L’énergie hydraulique (hydroélectricité)

La biomasse (avec le bois de chauffage, ainsi que biogaz...)

La géothermie

Si on compte l'utilisation du bois pour le chauffage et la cuisson, c'est la biomasse qui est

l’énergie renouvelable la plus importante. Tandis que pour la production d'électricité, c'est l'énergie

hydraulique qui est majoritairement l'énergie renouvelable la plus utilisée.

Les modes d'utilisation d'énergie renouvelable sont très variés, certains sont mis en œuvre

en petite échelle et d'autres ne sont possibles ou rentables que dans de grandes installations.

4

1-2 Historique :

Pendant la plus grande partie de son histoire, l’humanité n’a disposé que d’énergies

renouvelables pour couvrir ses besoins énergétiques. Au Paléolithique, les seules énergies

disponibles étaient la force musculaire humaine et l'énergie de la biomasse utilisable grâce au feu

; mais de nombreux progrès ont permis d’utiliser ces énergies avec une efficacité grandissante

comme l’invention des outils de plus en plus performants.

Le progrès le plus significatif a été l'utilisation de la traction animale, qui est survenue plus

tard que la domestication des animaux. On estime que l’homme a commencé à atteler des bovins

à des araires ou des véhicules à roues durant le IVe millénaire avant Jésus Christ. Ces techniques

inventées dans l’ancien ont par la suite connu un développement mondial.

L'invention de la marine à voile a été un progrès très important. Celle des moulins à eau et

moulins à vent ont également apporté une énergie supplémentaire considérable. Plus ancien, le

moulin à eau a une importance bien supérieure à celle de l’éolienne, il ne dépend pas des

irrégularités du vent, mais de l'eau. Il est plus largement diffusé, en raison de son ancienneté, de la

multiplicité des fleuves et rivières.

À la fin du XVIIIe siècle, à la veille de la révolution industrielle, la quasi-totalité des besoins

d’énergie de l’humanité était encore assurée par des énergies renouvelables.

L'apparition de la machine à vapeur, puis du moteur thermique, ont entraîné le déclin de

l’usage des moulins à eau et de l’énergie éolienne au XIXe siècle ; les moulins à eau et à vent ont

disparu, remplacés par les minoteries industrielles. Au milieu du XXe siècle, l'énergie éolienne

n'était plus utilisée que pour la navigation de plaisance et pour le pompage (agriculture, polders).

Par contre, l'énergie hydraulique a connu un nouvel âge d’or avec l'hydroélectricité, apparue en

Suisse, Italie, France et États-Unis à la fin du XIXe siècle. Au XIXe siècle également, François de

Larderel met au point en Italie les techniques d’utilisation de la géothermie ; en 1911, la première

centrale géothermique était construite à Larderello en Toscane Italie.

Dans les années 1910, les premiers chauffe-eau solaires individuels apparaissent en

Californie. Puis, les éoliennes sont réapparues, bénéficiant des techniques plus performantes issues

de l'aviation ; leur développement a pris de l’ampleur à partir des années 1990. Le solaire

thermique et le solaire photovoltaïque décollent au début des années 2000.

5

1-3 L’énergie solaire

L'énergie solaire est l’énergie du Soleil par son rayonnement, directement ou de manière

diffusée à travers l'atmosphère.

1-3-1- Le soleil

Le Soleil a toujours constitué un symbole très puissant pour les hommes. C’est une étoile

ordinaire de type spectral G (de séquence principale) parmi les 200 milliards que compte notre

Galaxie. Etant proche de nous (8 année lumière, 150.106 km), il présente un diamètre apparent sur

le ciel d’un demi-degré ce qui permet de l’étudier en détails. Son diamètre est plus de cent fois que

celui de la planète bleue. La Terre ne reçoit qu’une infime partie des rayons projetés par le Soleil,

mais cela demeurent suffisant pour couvrir 10 000 fois les besoins en énergie de toute l’humanité.

Agé de 5 milliards d’années, le Soleil tourne lentement autour du centre galactique en 240

millions d’années. Il est constitué d’une sphère de gaz chaud de diamètre 1 400 000 km et de masse

2.1030 kg. Il est composé de 90% d’hydrogène et de 10% d’hélium. Tous les autres éléments

(métaux) sont présents mais en trace. Le Soleil tourne sur lui-même plus vite à l’équateur (26 jours)

qu’aux pôles (31 jours).

a) Quelques paramètres solaires essentiels

Masse solaire MS = 2.1030 kg

Rayon solaire RS = 696 000 km

Accélération de la pesanteur à la surface solaire gS = 275 m/s2

Luminosité solaire Ls = 3,86.1026 W

Distance moyenne Terre/Soleil 1 UA = 149 600 000 km

Vitesse de libération Vl = 620 km/s

Température effective Tes = 5800K

Composition : 90% d’H et 10% d’He, et quelque trace d’autres éléments (O, C, Fe, Ca, …)

1-3-2- Nature de l'énergie solaire

6

L'énergie solaire provient de la fusion nucléaire d'atomes (ou plutôt de noyaux d’atomes)

d'hydrogène qui se produit au cœur du Soleil. Elle se propage dans le système solaire et dans

l’Univers sous la forme d'un rayonnement électromagnétique de photons selon la théorie

corpusculaire.

Albert Einstein décrivait la réaction qui se produit à l’intérieur du Soleil ainsi : « À chaque

seconde, 620 millions de tonnes d’hydrogène 1 fusionnent pour former de l’hélium 4 avec une

perte de masse de 4,3 millions de tonnes qui est transformée en énergie » (Gaillard, 2008, p. 14).

La Terre est illuminée par le Soleil en permanence. Peu importe la localisation sur Terre, la

moitié des 8 760 heures que compte une année se déroulent le jour et l’autre moitié la nuit en raison

de la rotation de la Terre. A cause de sa trajectoire, la puissance solaire reçue en un point du globe

varie en fonction de l'heure de la journée, de la saison et de la latitude et longitude du lieu considéré.

Cette trajectoire est décrite par des formules mathématiques qui permettent de prévoir avec une

très grande précision la position du soleil, à tout moment de l’année et cela pour les décennies à

venir.

Alors qu’à l’équateur les nuits et les jours sont identiques durant toute l’année, l’inclinaison

de la Terre crée des périodes de clarté et de noirceur qui durent six mois aux pôles. La répartition

est différente, mais comme il s’agit de la même planète, le nombre d’heures d’ensoleillement est

égal partout.

En fait, le rayonnement solaire est à la base de pratiquement toutes les formes d’énergie

renouvelable disponibles sur la planète : l’énergie solaire proprement dit, l’énergie éolienne

produite par des masses d’air de températures différentes, l’énergie hydraulique renouvelée par le

cycle de l’eau, l’énergie de la biomasse issue du phénomène de photosynthèse et l’énergie

marémotrice créée par l’attraction solaire et lunaire.

1-3-3- Les conditions à étudier avant l’utilisation de l’énergie solaire

L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :

la latitude, vers l'équateur l'angle d'incidence est proche de 90° donc la surface éclairée est

plus petite et l'énergie est plus concentrée,

la nébulosité (nuages), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu intertropical,

7

l'énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et

ponctuelles).

Le désert de Mojave dans le sud-ouest des Etats-Unis est l'une des régions au monde les

plus ensoleillées, elle possède une centrale solaire d'une puissance totale de 354 MW.

1-3-4- Techniques pour capter l'énergie solaire

Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont

constamment améliorées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire

thermique.

a) Énergie solaire photovoltaïque

L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par la transformation d'une partie

du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles

sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une

installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. L'installation

solaire peut alimenter un besoin sur place (en association avec un moyen de stockage) ou être

injectée, après transformation en courant alternatif, dans un réseau de distribution électrique (le

stockage n'étant alors pas nécessaire).

b) Énergie solaire thermique

L'énergie solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire. Ce

rayonnement se décline de différentes façons :

• en usage direct de la chaleur : chauffe-eau et chauffages solaires, cuisinières et séchoirs

solaires ;

• en usage indirect, la chaleur servant pour un autre usage : rafraichissement solaire,

centrales solaires thermodynamiques.

c) Énergie solaire thermodynamique

Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui utilise le solaire thermique pour

produire de l'électricité, ou éventuellement directement du travail mécanique (le terme solaire

mécanique est alors employé), sur le même principe qu'une centrale électrique classique

(production de vapeur à haute pression qui est ensuite utilisée pour faire tourner une turbine).

8

d) Énergie solaire passive

La plus ancienne utilisation de l'énergie solaire consiste à bénéficier de l'apport direct du

rayonnement solaire, c'est-à-dire l'énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment bénéficie au mieux

des rayons du Soleil, on doit tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception architecturale

(façades doubles, orientation vers le sud, surfaces vitrées, etc.). L'isolation thermique joue un rôle

important pour optimiser la proportion de l'apport solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un

bâtiment.

Dans une maison solaire passive, l'apport solaire passif permet de faire des économies

d'énergie importantes.

Dans les bâtiments dont la conception est dite bioclimatique, l'énergie solaire passive

permet aussi de chauffer tout ou partie d'un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul.

1-4 La biomasse

La biomasse représente l’ensemble de la matière organique, qu’elle soit d’origine végétale

ou animale. Elle peut être issue de forêts, milieux marins et aquatiques, ou d’industries générant

des coproduits, des déchets organiques ou des effluents d’élevage.

Cette matière organique est la matière qui compose les êtres vivants et leurs résidus ayant

pour particularité d’être toujours composée de carbone (du bois aux feuilles en passant par la paille,

les déchets alimentaires, les engrais…). Bref, une source d’énergie tirée de ce qui pousse et de ce

qui vit.

1-4-1- Les atouts de la biomasse

D'abord, cette source d'énergie ne risque pas de s'épuiser, comme c'est le cas des énergies

fossiles (pétrole, charbon, gaz).

Mais surtout, elle dégage très peu de gaz à effet de serre. Bien sûr, tout comme le charbon

ou le pétrole, lorsque des éléments brûlent, cela dégage du dioxyde de carbone, le principal gaz

responsable du réchauffement planétaire. La différence, c'est qu'en émettant du CO2, elle en stocke

aussi en poussant. Elles sont capables de transformer le dioxyde de carbone de l'air, la lumière du

soleil et l'eau en énergie et en oxygène grâce à une réaction chimique : la photosynthèse.

9

Ce mécanisme permet aux plantes de grandir, mais également participe au quotidien à lutter

contre le réchauffement en fixant le carbone et en rendant l'air respirable grâce à la production

d’oxygène. Par exemple, en moyenne chaque tonne de bois poussée équivaut ainsi à 0,5 tonne de

dioxyde de carbone fixé. En effet, la combustion restitue la même quantité de dioxyde de carbone

qui a été absorbée durant la croissance de la plante. Emission et absorption de CO2 sont donc très

proches dans le temps ce qui permet un bilan équilibré et un impact sur l’environnement presque

nul. Ce qui n’est pas le cas pour les énergies fossiles car le carbone est relâché plusieurs centaines

de millions d'années après son absorption

Figure 1: Cycle du Carbonne

1-4-2- Histoire de la biomasse

Quelle est la forme d’énergie la plus ancienne utilisée par l’homme ? C’est sans aucun doute

le feu ! Nos lointains ancêtres les hommes préhistoriques, ont appris à utiliser le bois pour se

chauffer.

1812 : Une société gazière de Londres en Angleterre met à l’épreuve la première utilisation

commerciale de la pyrolyse, un procédé qui consiste à chauffer de la biomasse dans un

environnement sans oxygène afin de produire une huile fluide.

1840 : Première utilisation commerciale d’un gazifière de biomasse. L’appareil est fabriqué

en France.

10

1860 : Le bois est le principal combustible utilisé dans les maisons et les entreprises pour

le chauffage et la cuisson. Le bois est également utilisé pour produire de la vapeur destinée à des

applications industrielles ainsi que pour propulser les trains et les bateaux.

1876 : Le cycle d’Otto, inventé par le scientifique allemand Nicolaus August Otto, est le

premier moteur à combustion à utiliser de l’essence à l’éthanol.

Années 1880 : Henry Ford utilise l’éthanol pour alimenter une de ses premières

automobiles.

Années 1890 : Le charbon commence à remplacer le bois pour la production de vapeur.

Et la suite se tourne généralement autour de la valorisation de la biomasse comme concurrent du

produit pétrolier.

1-4-3- Les différentes utilisations de la biomasse

L’énergie biomasse englobe plusieurs segments selon son format d’exploitation. Leurs

principales utilisations sont : le bois-énergie et le biocarburant.

a) Le bois-énergie

Le bois-énergie est la plus ancienne et la plus simple des méthodes d’exploitation dues à la

biomasse. Il s’agit tout simplement de la combustion de bois, de déchets agricoles, industriels et

domestiques d’origine végétale. La chaleur ainsi produite dans des centrales ou par cogénération

peut être utilisée pour la cuisson, le chauffage, la production d’eau chaude et la production

d’électricité.

b) Le biocarburant (voir chapitre 4)

1-5 Autres sources d’énergie

1-5-1- L’énergie Hydraulique

Il s'agit de capter la force motrice de l'eau pour produire de l'électricité. L’eau accumulée

dans les barrages ou dérivées par les prises d’eau, constitue une énergie potentielle disponible pour

entraîner en rotation la turbine d’une génératrice. L'énergie hydraulique se transforme alors en

11

énergie mécanique. Cette turbine en rotation transmit l’énergie mécanique vers un alternateur afin

de la convertir en énergie électrique.

L’exploitation de la force motrice de l’eau a été un atout capital de développement

économique. L’énergie hydroélectrique constitue maintenant une opportunité pour la lutte contre

le changement climatique. Elle doit également prendre en compte les attentes de la société qui

redécouvre ses rivières et les usages ludiques associés à l’eau. La meilleure conciliation entre les

différents usages et les besoins du milieu aquatique est constamment recherchée.

En effet la production dépend fortement des précipitations pendant une année, et la gestion

de l’eau doit tenir compte de l’environnement (faune, culture).

1-5-2- L’énergie éolienne

L'énergie éolienne est l'une des sources de production d'énergie la plus respectueuse de

l'environnement. Les éoliennes convertissent l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique,

puis en électricité. Les pâles du rotor de la turbine éolienne captent une partie de l'énergie contenue

dans le vent et la transfèrent au moyeu qui est fixé sur l'arbre de l'éolienne. Celui-ci transmet ensuite

l'énergie mécanique au générateur électrique.

En général, la transmission de puissance entre le moyeu et le générateur électrique est

réalisée à travers un multiplicateur de vitesse de rotation. On place en général un convertisseur de

puissance entre le générateur électrique et la charge. Le convertisseur adapte la forme de l'énergie

électrique fournie par le générateur à celle exigée par la charge.

1-5-3- La géothermie

La géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes

du globe terrestre, et la technologie qui vise à l'exploiter. Par extension, la géothermie désigne aussi

parfois l'énergie géothermique issue de l'énergie de la Terre qui est convertie en chaleur. Et c’est

François de Larderel un ingénieur français qui est le père de la géothermie.

Pour capter l'énergie géothermique, on fait circuler un fluide caloporteur dans les

profondeurs de la Terre. Ce fluide peut être celui d'une nappe d'eau chaude captive naturelle, ou de

l'eau injectée sous pression pour fracturer une roche chaude et imperméable. Dans les deux cas, le

fluide se réchauffe et remonte chargé de calories.

12

1-5-4- L’énergie des vagues

L'énergie des vagues, ou énergie houlomotrice, est une énergie marine utilisant l'énergie

contenue dans le mouvement ondulatoire de la surface de la mer, soit les oscillations de la surface

de l'eau. Cette énergie renouvelable et écologique, intéresse certains scientifiques. Des systèmes

prototypes permettant de récupérer cette énergie pour produire de l'électricité sont ainsi

expérimentés.

1-5-5- L’énergie marémotrice

L'énergie marémotrice est issue des mouvements de l'eau créés par les marées et causés par

l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est utilisée sous forme

d'énergie potentielle grâce à l'élévation du niveau de la mer ou sous forme d'énergie cinétique grâce

aux courants des marées.

13

Chapitre 2 : Situation de l’énergie à Madagascar

2-1 Introduction

Le secteur énergie fait partie de la clé du développement socioéconomique à Madagascar.

C’est une ressource nécessaire pour la progression des secteurs productifs sans oublier le bien-être

et les ménages. Mais la difficulté d’accès à l’électricité, son tarif élevé et l’approvisionnement

instable handicapent l’évolution des activités économiques. De ce fait, il constitue l’un des grands

obstacles à la progression des secteurs privés.

Toutefois, Madagascar fait partie des pays le plus regorgé de ressource d’énergie

renouvelable qui permettrait de combler l’ensemble des besoins énergétiques du pays. Mais les

infrastructures pour les exploiter de façon optimale sont insuffisantes. Et une grande partie des

installations de production et de distribution déjà existantes sont vétustes et ne pourraient plus

combler la demande croissante actuelle. Certains équipements sont saturés et sont très vulnérables

aux intempéries. Cette situation constitue un handicap au développement de Madagascar.

Par ailleurs, depuis quelques années, la progression de l’électrification du pays reste faible.

Le taux d’accès à l’électricité est en moyenne de 12 à 13%, la situation est particulièrement

prégnante dans les zones rurales avec un taux inférieur à 5%. Cette situation place donc

l’Electrification Rurale au rang de priorité nationale dans le processus de développement

économique et social du pays, avec comme principaux objectifs :

- améliorer les conditions de vie de la population rurale,

- contribuer à la stabilisation de la population rurale sur leur lieu d’habitat traditionnel,

- participer au développement économique en fournissant les moyens de produire et créer

de la richesse,

- protéger l’environnement par l’utilisation de machines respectant des standards modernes

et/ou l’utilisation des énergies renouvelables.

14

2-2 L’historique de l’électrification à Madagascar

C’est depuis 1899 pendant la colonisation que l’électricité est arrivée à Madagascar. Et

donc voici un tableau illustrant les concessionnaires qui se sont succèdés depuis.

Année de prise de service

Concessionaires

1899 M. O. Florens

1905 La S.E.C.T.M. (Société Civile de Concession et Travaux de Madagascar)

1928 L’Energie Industrielle

1939 L’ E.E.M. (Electricité et Eau de Madagascar)

1957 La S.E.M. (Société d’Energie de Madagascar)

1974 La S.M.E.E. (Société Malgache d’Electricité d’Eau)

1975 La JI.RA.MA. (JIro sy RAno MAlagasy)

Tableau 1: Les concessionnaires d'électricité à Madagascar

L’approvisionnement électrique s’organise autour du réseau de la JIRAMA, une société

créée en 1975 qui a le privilège de transporter et de distribuer l’électricité en zone urbaine. L’ADER

(Agence de Développement de l’Electrification Rurale) s’occupe de celle en zone rurale, où

n’opère que des opérateurs privés. Les producteurs privés indépendants vendent des kWh à la

JIRAMA, des fois ils lui louent des moyens de production. Cette coopération se développe de plus

en plus en cette époque.

Durant ces dernières années, la production électrique n’a cessé d’augmenter. En 2001, elle

n’était que 0,832 GWh (gigawatt-heure), tandis qu’en 2014 elle s’élevait à 1,487 GWh, avec 1,049

GWh fournis par la JIRAMA et 0,438 GWh produites par les opérateurs privés.

15

2-3 Situation actuelle de l’électrification

En générale, la production d’électricité à Madagascar est issue des centrales

hydroélectriques et des centrales thermiques. Le potentiel hydroélectrique du pays peut nous offrir

une électricité à bas prix, mais malgré une faute de planification à long terme depuis le début et

l’incapacité à la mobilisation des capitaux, le pays n’a pas été en mesure de bien l’exploiter. Les

installations hydroélectriques, construites il y a plus de 30 ans, souffrent d’un faible niveau de

maintenance menaçant ainsi les équipements en services. De même les groupes thermiques

manquent également de maintenance et d’autre problème survient au niveau de l’augmentation du

prix du baril de pétrole.

Ainsi, l’augmentation des capacités de production s’est faite au bénéfice d’installations

thermiques et d’opérateurs privés pour permettre de combler la hausse de la demande en électricité.

En 2001 la production hydraulique domine les 68% de la production ; et en 2015, elle diminue

jusqu’à 59% à cause du renforcement nécessaire à l’aide des sources thermiques.

La JIRAMA détient presque l’ensemble des barrages hydroélectriques en fonctionnement,

tandis que la production thermique relève à plus de 50% de producteurs privés, louant leurs

capacités à la JIRAMA.

Figure 2: Répartition de la production d'électricité à Madagascar

16

2-4 Potentiel en énergie renouvelable à Madagascar

2-4-1- Potentiel hydraulique :

Potentiel estimé à 7800 MW, seulement 165 MW exploités.

Aujourd’hui, seulement 2% de ce potentiel est exploité. Plus de 800 sites hydroélectriques

à haut potentiel inexploité ont été répertoriés par les scientifiques, allant de 10 kW à 600 MW situés

dans tout le pays. Une étude identifie 2045 petits sites hydroélectriques et a donné la priorité à 30

sites prometteurs de 1 à 20 MW.

Figure 3: Potentiel Hydraulique à Madagascar

17

2-4-2- Potentiel solaire

Presque toutes les régions de Madagascar reçoivent plus de 2 800 heures de soleil par an.

La production annuelle moyenne s’élève à 1500 à 2100 kWh/m² par an. Les potentiels maximums

sont parmi les plus élevés au monde et les potentiels minimums sont en moyenne 3 à 4 fois

supérieurs au potentiel en Europe de l’ouest.

Figure 4 : Potentiel Solaire à Madagascar

18

2-4-3- Le Potentiel éolien

La partie nord (autour d'Antsiranana) et la partie sud (autour de Taolagnaro) ont des vitesses

de vent de 3 à 8 m/s, qui peuvent atteindre 20 m/s à 50 m de hauteur, avec une capacité potentielle

d'environ 2 000 MW pour la production d'électricité.

Figure 5: Potentiel éolien à Madagascar

19

2-4-4- La biomasse à Madagascar

Plus de 80% de la population malagasy vit de l’agriculture, un secteur qui produit de

nombreux déchets végétaux non exploités. Accompagnée d’un système de collecte efficient, la

technologie de production d’électricité à partir de biomasse constitue une opportunité économique

et écologique significative, notamment pour les zones rurales. Le potentiel varie, selon les sites et

les matières premières, de quelques kW à plus de 150 MW.

20

21

Chapitre 3 : Moteur à Combustion Interne Stationnaire

Un moteur stationnaire est un moteur dont le cadre ne se déplace pas. Il est normalement

employé pour ne pas propulser un véhicule mais pour conduire un morceau d'équipement.

Les MCI Stationnaires sont en générale destinés à produire de l'énergie électrique.

L’association d’un moteur à combustion interne et d'un générateur de courant forme un groupe

électrogène, et ce dernier convertit l’énergie stockée dans le combustible en énergie mécanique,

avant de la transformer en énergie électrique (générateur de courant).

Les groupes électrogènes sont fréquemment intégrés à des systèmes hybrides en guise

d'unités de secours, afin d'optimiser la capacité des générateurs exploitant des sources d’énergies

renouvelables, le stockage, ainsi que la disponibilité énergétique saisonnière du système

d’alimentation. La disponibilité du combustible et le rendement des machines constituent deux

facteurs non négligeables lors de la planification d’un système hybride. En effet, un

dimensionnement inadapté du moteur à combustion interne peut engendrer des frais considérables

de fonctionnement et de maintenance, par exemple en raison d'une surconsommation de

combustible.

3-1 MCI

3-1-1- Définition

Le moteur à combustion interne est une machine thermique qui convertit l’énergie chimique

d’un combustible en énergie thermique puis mécanique par un phénomène de combustion qui se

produit à l’intérieur de son corps appelé chambre de combustion. Cette énergie mécanique obtenue

est généralement sous forme d’un mouvement rotatif d’un arbre. Le but de la combustion est la

récupération la plus parfaite possible de l’énergie chimique contenue dans le carburant.

3-1-2- Historiques

C’est en 1769 que James Watt dépose le brevet de sa machine à vapeur, une amélioration

de celle de Thomas Newcomen construite en 1712. La même année, le français Joseph Cugnot

construit son fardier à vapeur, il roulait à environ 4 km/h et était censé servir à transporter les

22

canons de l’armée, c’est la première automobile de l’histoire. Ces différentes inventions et leurs

utilisations entraînent la révolution industrielle.

Quelques années plus tard, en 1807, François Isaac De Rivaz dépose le brevet de son moteur

à explosion. Il mit en évidence le principe du moteur à combustion interne, au moyen d’un tube de

métal chauffé au rouge qui lui permet de déplacer un piston de 70 kg sur 30 cm.

Le moteur de De Rivaz n’étant pas très performant, son utilisation ne fut possible qu’en

1862, après l’invention théorique du cycle à quatre temps du français Alphonse Eugène Beau ou

Beau de Rochas.

Nikolaus Otto et Gottlieb Daimler développent eux aussi le moteur à 4 temps, mais ils font

ce moteur à essence plus léger et plus rapide. Le cycle de Beau de Rochas fut alors plus connu sous

le nom de cycle d’Otto.

En 1897, Rudolf Diesel invente le moteur diesel, qui fonctionnait au départ avec des huiles

végétales, puis avec du fioul, car sa viscosité est inférieure et donc sa pulvérisation plus facile.

Depuis les moteurs à combustion interne n’ont subi que des modifications mineures,

comme la modification de certains carburants, et notamment le sans-plomb, que l’on améliore en

augmentant l’indice d’octane.

3-1-3- Les principaux organes

Les organes constitutifs d’un moteur sont divisés en trois catégories :

- Organes fixes : la culasse, le bloc moteur, le carter d’huile, …

- Organes mobiles : pistons, bielles, arbre à came, vilebrequin, soupape, …

- Organes auxiliaires : alternateur, les poulies et les pignons, les pompes, …

3-1-4- Principe de fonctionnement

Presque tous les MCI font appel aux transformations thermodynamiques d’une masse

gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie mécanique

directement exploitable sur l’arbre moteur, sauf les moteurs à réaction (turboréacteur, statoréacteur,

moteur-fusée, …)

23

a) Moteur à Combustion Interne à 4 temps

Le cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin.

Figure 6: Cycle à 4 temps

b) Cycle théorique des MCI

Cycle Otto (Cycle de Beau de Rochas)

Figure 7: Diagramme Cycle Otto

24

0-1 : admission isobare (air + essence) ; 1-2 : compression adiabatique ; 2-3 : allumage

isochore ; 3-4 : détente adiabatique ; 4-1 : échappement isochore

Cycle DIESEL

Figure 8: Diagramme Cycle Diesel

0-1 : aspiration isobare (air) ; 1-2 : compression adiabatique ; 2-3 : injection carburant +

combustion isobare ; 3-4 : détente adiabatique ; 4-1 : échappement isochore

c) Cycle réel

Figure 9 : Cycle Réel d'un Moteur thermique à 4 temps

1er temps : l’admission

Le piston décrit une course descendante du PMH au PMB. La soupape d’admission est

ouverte et l’aspiration commence. La pression va jusqu’en dessous de Patm. L’énergie nécessaire

pour effectuer ce temps est fournie au piston par l’inertie du vilebrequin par l’intermédiaire de la

bielle.

25

2ème temps : la compression

Les 2 soupapes sont fermées. Le piston est repoussé par vers le PMH par la bielle. La

pression et la température du mélange croissent. Le mélange est comprimé, sa pression atteignant

environ 10 bars enfin de compression.

3ème temps : la combustion, détente

Un peu avant le PMH, une étincelle électrique (ES) ou une injection (D) déclenche le

processus de combustion. L’accroissement de la pression qui s’exerce sur le piston engendre un

effort sur la bielle et donc un moment moteur sur le vilebrequin. La pression atteint une valeur de

50 à 60 bars un moment et chute brusquement jusqu’à environ 4 bars. Le piston redescend au PMB.

4ème temps : l’échappement

La soupape d’échappement s’ouvre. La pression chute jusqu’à la pression atmosphérique.

Le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brûlés.

3-2 Alternateurs

3-2-1- Définitions

Les alternateurs sont des générateurs de courants alternatifs. C’est une machine rotative qui

transforme l’énergie mécanique venant d’un arbre en rotation fournie au rotor en énergie électrique

à courant alternatif.

La majorité de la production d’énergie électrique est faite par des alternateurs. Ces

machines électromécaniques fournissent des tensions alternatives de fréquence proportionnelle à

leur vitesse de rotation. Elles sont moins coûteuses et ont un meilleur rendement que les dynamos.

26

3-2-2- Constitution de l’alternateur

Figure 10: Nomenclature des organes constitutifs d'un alternateur

Figure 11: Les organes d'un alternateur en détails

3-2-3- Rôle de quelques principaux éléments constitutifs

a) Le rotor :

Il peut tourner jusqu'à 14000tr/mn. Grâce au rapport de démultiplication des poulies, il

tourne à plus de 1000tr/mn quand le moteur est au ralenti, ce qui permet à l'alternateur de débiter

suffisamment. L'enroulement du rotor fournit le champ magnétique nécessaire au fonctionnement

de l'alternateur.

b) Le Stator :

Constitué d'enroulements électriques, il fut d'abord monophasé pour devenir triphasé sur

tous les alternateurs.

27

c) Le Charbon

Ils frottent sur les bagues du collecteur afin de fournir un courant d'excitation au rotor. Ils

s'usent et constitue la principale cause de panne.

d) Le régulateur électronique de tension

Le régulateur incorporé pilote l'excitation des charbons. Le but est de limiter la tension en

ligne à environ 14 V.

e) Le pont redresseur

Constitué d'un nombre de diodes variables, il sert à transformer le courant alternatif en

courant continu.

f) Les flasques

Ils supportent l'axe du rotor par deux roulements.

g) La poulie

Elle reçoit l'énergie mécanique (mouvement rotatif) en provenance du moteur.

h) Le ventilateur

Il permet le refroidissement de l'alternateur et tout particulièrement des diodes.

3-2-4- Principe de fonctionnement

Cette machine est constituée d'un rotor (partie tournante) et d'un stator (partie fixe).

a) Le principe électromagnétique

L’induction électromagnétique est la base de la production de tension. Si l’on déplace un

aimant permanent dans une bobine, une tension électrique naît dans ce conducteur. Il importe peu

à cet égard que le champ magnétique (aimant permanent) soit fixe et que la bobine se déplace ou

que la bobine soit fixe et que le champ magnétique se déplace.

Figure 12: Principe électromagnétique

28

Le déplacement constant d’avant en arrière de l’aimant permanent, les pôles nord et sud

étant dans la bobine, indique une tension changeante sur le voltmètre. On obtient une courbe de

tension sinusoïdale, le courant alternatif proprement dit.

Figure 13: Diagramme tension/Angle de rotation

L’électromagnétisme repose sur le principe selon lequel des enroulements parcourus par le

courant sont entourés d’un champ magnétique. Le nombre de spires de l’enroulement et l’intensité

du courant qui le traverse déterminent la force du champ magnétique. Le champ magnétique peut

être renforcé à l’aide d’un noyau de fer magnétisable.

Figure 14: Principe électromagnétique

Dans un alternateur, le champ magnétique est produit par l’induit en rotation. Ce dernier

est composé du noyau de fer (demi-roues polaires) et d’une multitude de spires, ce qu’on appelle

l’enroulement d’excitation.

b) Fonctionnement d’un alternateur

L’induit est composé des deux demi-roues polaires et de l’enroulement d’excitation.

L’induit génère le champ magnétique.

29

Figure 15: Fonctionnement d'un Alternateur

Le stator comporte trois enroulements indépendants les uns des autres. Ils sont décalés de

120° l’un par rapport à l’autre.

Figure 16: Stator

La rotation de l’induit dans le stator produit des tensions alternatives de même ampleur. Le

décalage des enroulements de 120° décale également les tensions alternatives de 120°

Figure 17: Production des tensions alternatives

Un cycle se répète ainsi en permanence. Le courant alternatif produit est également appelé

courant rotatoire ou triphasé. Afin de ne pas avoir besoin d’autant de câbles pour dériver le courant

électrique, ceux-ci sont interconnectés. Les trois lignes qui subsistent sont couplées en étoile ou en

triangle.

30

Figure 18 : Couplage en Triangle

Figure 19 : Couplage en étoile

31

Chapitre 4 : Les Carburants et Biocarburant

Les carburants sont des matériaux qui stockent de l’énergie potentielle sous une forme qui

peut être libérée et utilisée comme énergie thermique. Pour la plupart des carburants, cette énergie

potentielle est stockée dans les liaisons entre les molécules qui constituent le carburant. On parle

alors d’énergie potentielle chimique ou d’énergie chimique.

Pour libérer cette énergie emmagasinée, les carburants subissent une réaction chimique

qu’on appelle une réaction de combustion. Dans ce type de réaction, un carburant réagit avec

l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau. Les réactions de combustion libèrent

également beaucoup de chaleur, ce qui les rend très utiles. Pour la majorité des moteurs à

combustion interne, l’énergie thermique libérée par le carburant est convertie en énergie mécanique

dans le moteur, puis transférée à d’autres pièces en mouvement telles que les roues, les hélices ou

aussi les alternateurs sous forme d’énergie cinétique.

La majorité des véhicules modernes fonctionnent avec des carburants liquides ou gazeux,

mais anciennement, on utilisait le charbon et le bois pour chauffer l’eau afin de créer de la vapeur,

laquelle permettait aux moteurs à vapeur des automobiles, des locomotives et des bateaux de faire

tourner les roues et les hélices.

La plupart des carburants utilisés aujourd’hui pour faire fonctionner les Moteurs se classent

en deux catégories : les carburants à base de pétrole et les biocarburants.

4-1 Carburants fossiles

Ils proviennent de la transformation des matières organiques mortes mélangées à divers

minéraux à de grandes profondeurs. Cette transformation nécessite plus d'un million d'années et se

déroule à des températures et pressions très élevées.

Les carburants issus du pétrole sont aussi appelés hydrocarbures. Les hydrocarbures sont

composés des molécules constituées d’atomes de carbone et d'hydrogène. Leur formule brute est

donc de la forme : CnHm, où n et m sont deux entiers naturels. Ils présentent une large gamme de

volatilité, à pression et température ambiantes, ils se trouvent :

A l’état Gazeux quand la chaîne carbonée contient 4 atomes au plus (C1 à C4) ;

32

A l’état Liquide de C5 à C16

A l’état Solide au-delà C16.

L’analyse en laboratoire d’échantillons de carburants purs sans additif montre que le gazole

est constitué de 87% de carbone et 13% d’hydrogène ; l’essence est constituée de 84% de carbone

et 16% d’hydrogène ; le GPL, mélange pour moitié de butane (C4H10) et de propane (C3H8)

liquides, est constitué de 82% de carbone et 18% d’hydrogène.

Figure 20: Chaine pétrolière

33

4-1-1- Gaz de Pétrole Liquéfié :

Le GPL figure le propane et le butane ou un mélange de ces deux hydrocarbures, stocké à

l’état liquide sous faible pression. On l’utilisé, soit à l’état gazeux, après détente à pression

atmosphérique, soit à l’état liquide via un système d’injection adapté. Il est principalement employé

comme combustible domestique ou industriel, mais il constitue aussi une classe de carburant

intéressant en raison de son caractère peu polluant.

4-1-2- Essence auto :

L’essence auto est une huile légère d’hydrocarbure utilisée comme carburant dans les

moteurs à allumage commandé. Sa température de distillation se situe entre 35 et 200 °C, cette

huile est traitée de manière à atteindre un indice d’octane élevé, généralement entre 80 et 99.

4-1-3- Kérosène :

Le kérosène est essentiellement destiné à l’alimentation des avions à réaction. Il est donc

composé d’un mélange d’hydrocarbures distillant entre 140 et 300 °C.

4-1-4- Gazole :

Le gazole est une huile lourde composée d’un mélange d’hydrocarbures. Il est utilisé

comme carburant dans les moteurs diesel, leur point d’éclair est toujours supérieur à 50°C et leur

densité supérieure à 0,82.

4-1-5- Fioul domestique (Mazout) :

Le fioul domestique est un combustible généralement utilisé dans les chaudières. Il fait

partie des fiouls légers et à une composition très proche du gazole

4-1-6- Fioul lourd :

Le fioul lourd est un produit issu de diverses fractions de raffinerie, en général les plus

lourdes. Leur composition est complexe et variée selon la provenance du pétrole brut. Il peut

contenir des dérivés de soufre et des acides organiques. Il a une température de distillation

supérieure à 400 °C.

34

4-1-7- Lubrifiants :

Les lubrifiants réduisent les frottements et l’usure des pièces mobiles des moteurs et des

machines.

4-1-8- Bitume :

Le bitume est un mélange d’hydrocarbures solide ou visqueux de couleur brune ou noire,

obtenu comme résidu de la distillation sous vide des résidus de la distillation atmosphérique du

pétrole. Il est utilisé principalement pour la construction des routes

4-2 Biocarburants (agro-carburants)

4-2-1- Généralités

Un biocarburant ou agro-carburant est un carburant produit à partir de matériaux organiques

non fossiles, ils proviennent des biomasses et qui vient en complément ou en substitution du

combustible fossile. Parmi les produits développés commercialement, citons le bioéthanol et le

biodiesel. Le préfixe « bio » a rapport avec l’agriculture mais pas avec l'écologie.

4-2-2- Historique de leurs premiers usages :

À la naissance de l'industrie automobile, le pétrole et ses dérivés n'étaient pas encore très

utilisés ; c'est donc très naturellement que les motoristes se tournaient vers ce qu'on n'appelait pas

encore des biocarburants.

Année 1876-1900 : que Nicolaus August Otto proposa le premier un moteur à combustion

utilisant de l’éthanol. Suivi en 1897 par Rudolf Diesel qui conçoit le premier moteur fonctionnant

à l’huile végétale avec de l’huile d’arachide.

1970 : les deux chocs pétroliers (1973 et 1979) incitent les majors du pétrole à développer

des biocarburants.

1975 : le Brésil lance le programme Pro-alcool qui a pour but de promouvoir l’éclosion des

carburants « verts ». Aujourd’hui plus de la moitié du parc automobile brésilien roule au

biocarburant.

35

1990 : le réchauffement climatique et l’épuisement des ressources fossiles incitent les

autorités à favoriser le développement des énergies renouvelables. La consommation d’énergie

biomasse représente environ 6,7% de la consommation totale d’énergie à l’échelle mondiale.

4-2-3- Première et deuxième génération

On distingue les biocarburants de première et de seconde génération. Plusieurs définitions

complémentaires coexistent. Une des plus importantes distingue les carburants issus de produits

alimentaires, des carburants issus de source ligno-cellulosique (bois, feuilles, paille, etc.) ou de

déchets.

a) Première génération

Ainsi la première génération de biocarburants repose sur l’utilisation des organes de réserve

des cultures :

Les graines des céréales (blé, maïs) ou des oléagineux (colza, tournesol, jatropha),

Les racines de la betterave ou la canne à sucre,

Les fruits du palmier à huile.

Ces organes de réserves des plantes stockent le sucre, l’amidon, ou l’huile. Ces organes de

réserves étant également utilisés pour l’alimentation humaine, la production de biocarburants se

fait en concurrence de la production alimentaire.

b) Seconde génération

Les biocarburants de seconde génération n’utilisent plus les organes de réserve des plantes

mais les plantes entières ou des déchets de végétaux. Ce qui est valorisé est la lignine et la cellulose

des plantes qui sont contenues dans toutes les cellules végétales. Il est alors possible de valoriser

les pailles, les tiges, les feuilles, les déchets verts (taille des arbres, etc.) ou même des plantes

dédiées, à croissance rapide.

Pour cette raison, certains considèrent que la production de biocarburants de deuxième

génération nuit moins aux productions à visée alimentaire.

36

Figure 21: Diagramme de synthèse des biocarburants de 1ère et de 2ème génération

4-2-4- Les principales filières

Actuellement, deux filières principales existent :

La filière des biocarburants oléagineux produit des huiles végétales et du biodiesel,

La filière des biocarburants éthyliques produit du bioéthanol et du biométhanol.

a) Le bioéthanol

L’éthanol est un alcool comprenant deux atomes de carbone (CH3-CH2-OH)

L’éthanol, un biocarburant, est un type d’alcool à base de matières premières agricoles.

Le bioéthanol est un alcool produit à partir d’une fermentation des sucres issus de plantes

ou des céréales.

L’utilisation du bioéthanol pur dans des véhicules n’est pas possible, les caractéristiques de

l’alcool étant trop éloignées de celles de l’essence. Pour bénéficier de son utilisation, on peut

mélanger à faible taux de bioéthanol dans l’essence ou le diesel, ou bien passer à une légère

37

modification de certaines pièces du moteur. Tous les véhicules à essence fabriqués depuis le début

des années 1980 peuvent fonctionner avec de l’essence contenant jusqu’à 10 % d’éthanol.

b) Biodiesel

Le biogazole, ou biodiesel, est une énergie renouvelable, utilisée comme alternative au

carburant pour moteur Diesel classique : gazole ou pétrodiesel.

Ce biocarburant est obtenu à partir d'huile végétale ou graisse animale transformée par un

procédé chimique appelé transestérification faisant réagir cette huile avec un alcool (méthanol ou

éthanol), afin d'obtenir du EMHV ou du EEHV (suivant l’alcool utilisé).

La majeure partie du biodiésel est faite à base de canola (Colza), mais on peut également

en produire à base de plantes telles que du soja, du jatropa, de l’algue mélangée à de l’huile végétale

usée ou à partir de résidus d’origine animale. Tous les moteurs diésel fonctionnent au biodiésel à

100%. On utilise présentement du biodiésel pour faire fonctionner des automobiles, des camions

et des locomotives, et aussi les centrales thermiques.

c) Huiles végétales

Dans le monde, ils existent plus de 2000 sortes de plantes oléagineuses. L'huile ne se

compose que de carbone, d'hydrogène et d'un peu d'oxygène, dans les proportions variables et est

totalement sans danger pour la nappe phréatique, les mers et l'air, lors de son transport ou de son

stockage. Contrairement aux carburants fossiles et aux biocarburants mixtes à base de pétrole,

l'huile végétale pure est renouvelable, très favorable pour son bilan énergétique et son bilan CO2,

l’huile exempte de soufre, des métaux lourds et de radioactivité.

En comparaison avec les carburants bio-solides et le gaz bio, l’huile végétale possède la

plus haute valeur énergétique obtenue par la photosynthèse. Avec une valeur énergétique d'environ

9,2 kWh par litre, elle se trouve entre l'essence 8,6 kWh et le gazole 9,8 kWh. L'hydrogène, même

liquéfié à –253 °C, a une densité d'énergie de 2,3kWh par litre soit qu’un quart de celle de l'huile

végétale à 20°C

En comparaison avec les autres carburants et biocarburants, l’huile végétale pure ou brute

présente le meilleur bilan environnemental.

Voici les caractéristiques de quelques huiles végétales

38

Huile

végétale

PCI (kJ/kg) Densité Indice de

cétane

Viscosité (cSt) Point de

fusion (°C)

Huile de

tournesol

37202 0,94 30 à 33 66 -15

Huile de

colza

36993 0,91 32 à 36 98 Supérieure à 2

Huile de

soja

38038 0.91 36 à 39 57 à 76 -15

Huile de

palme

38247 0,92 38 à 40 37 à 40

Huile

d’arachide

38456 0,94 39 à 91 84 2 à 13

Tableau 2: Caractéristiques de quelques huiles végétales

39

Chapitre 5 : Généralité sur le Jatropha

5-1 Introduction

Le Jatropha est une plante sauvage buissonnante de la famille des Euphorbiacées.

A Madagascar, on l’appelle aussi « voanjohazo, tanatana, tanantanambazaha,

tanatanampotsy ou encore savoa ». Elle peut atteindre jusqu’à 8m de hauteur. Et ce qui la rend

particulièrement intéressante, c’est que ses graines contiennent 27 à 40 % d’huile.

L’huile n’est pas comestible, voire toxique, à cause de sa teneur en ester phorbélique, mais

c’est un excellent carburant, huile lampant et matière première pour la production de savon.

Figure 22: Jatropha Curcas

Figure 23: Jatropha Mahafalensis

La famille des Jatropha compte 177 espèces, parmi lesquelles se trouvent Jatropha Curcas

et Jatropha Mahafalensis, ce dernier est endémique au sud de Madagascar.

C’est une plante qui a aussi des semences oléagineuses. La graine de Jatropha est composée

de 63,5% d’Amande et de 36.5% de coques.

40

5-2 Possibilités d’utilisation

Il y a de nombreuses possibilités d’utilisation de la plante de Jatropha :

- comme haie de clôture des fermes, des champs ou du « parc à bœuf » (le Jatropha est

toxique pour les animaux, tel que le zébu, la chèvre et le mouton)

- comme délimitation des propriétés mitoyennes (indication de droits fonciers)

- comme tuteur des plants de vanille et de poivre, surtout au nord-est du pays, depuis

quelques années aussi au sud-est

- comme produit de soins capillaires, en particulier dans la région d’Ambalavao, où l’huile

est traditionnellement produite par cuisson des graines

- comme haie de protection contre l’érosion par le vent et l’eau

- comme haie de protection contre les feux de brousse

- l’huile pressée (sans traitement ultérieur) comme huile lampant ou lubrifiant

- l’huile pressée par saponification avec bases pour obtenir un savon de haute qualité

- l’huile pressée (sans traitement ultérieur) comme carburant des moteurs diesel

- l’huile pressée après transestérification avec alcool en biodiesel, utilisable aussi pour les

moteurs diesel de haute qualité

- le tourteau de pressage comme engrais d’une haute teneur en azote (environ 3-4%)

- Presque toutes les parties de la plante se prêtent à l’utilisation médicale (comme laxatif,

contre les maladies cutanées, contre la toux, comme antiseptique, etc.)

Figure 24: Clôture d’une ferme à Soavina

41

5-3 Plantation et production :

a) Aspects Globaux

Un grand avantage de la plante réside dans le fait qu’elle pousse sur un sol dégradé. Ainsi,

elle n’est pas forcément en concurrence avec les plantes vivrières. Cependant, il faut ajouter, que

la plante aura un meilleur rendement sur de bonnes terres. Comme il s’agit d’une plante sauvage,

le rendement varie fortement d’une plante à l’autre. On peut supposer que le rendement peut

nettement s’améliorer par la sélection et les techniques culturales. Il semble que Jatropha

Mahafalensis soit mieux adapté que Jatropha Curcas au climat aride. La plante peut se reproduire

aussi bien par bouture que par semis. Pour la production à grande échelle, on met en œuvre des

plantations sur champs et les plantes sont cultivées à raison de 500 pieds/ha au maximum.

La récolte se fait toute l'année avec deux périodes plus fécondes : en février/Mars et

Novembre/Décembre. La plante est productive après 3ans et le pic de production est obtenu au

bout de cinq ans.

Le rendement de la graine sèche est de 1,2 à 3 t/ha avec une production de 300g à 9kg par

pied par an. Le rendement en huile est d'environ 380 à 1 200 l/ha. Concernant la multiplication

végétative, on obtient une croissance rapide et le meilleur rendement s'obtient à la première récolte.

b) Une certaine connaissance sur le Jatropha à Madagascar

- Grâce à ses racines profondes et résistantes, et grâce au pouvoir de rétention d’eau de son

tronc, le Jatropha est en mesure de résister aux longues périodes de sécheresse.

- Pour produire des fruits, il faut une précipitation minimale d‘environ 600 mm par an,

respectivement 800mm/an pour une production rentable, quand on a dit sur la conférence

internationale « JATROPHA WORLD 2008 » à Hambourg.

- Le Jatropha Curcas préfère les sols à pH neutre ou légèrement acide (environ 6 à 8).

Le Jatropha Mahafalensis préfère les terres calcaires (pH > 7).

- Le Jatropha pousse également sur des sols dégradés. Mais les sols plus riches ont une

influence nettement positive sur les résultats.

42

- Le Jatropha réagit à l’apport supplémentaire en éléments nutritifs par une meilleure

croissance et des concentrations plus élevées (et cela, quels que soient les engrais, organiques ou

minéraux).

- Bien qu’il existe en Amérique du Sud des variétés de Jatropha qui résisteraient au gel, les

variétés malgaches sont très sensibles au froid et meurent même, en cas de gel.

- Il existe un certain nombre d’insectes nuisibles qui, en particulier dans les premiers stades

de croissance, peuvent engendrer une mort de la plante.

5-4 L’huile de Jatropha

5-4-1- Méthode d’extraction de l’huile de Jatropha

Figure 25 : Procédures et traitements

5-4-2- Caractéristiques de l’huile de Jatropha

Les propriétés de l'huile de Jatropha Curcas varient en fonction de son origine, de son mode

d'extraction et sa condition de stockage. Ainsi les valeurs numériques énumérées sont seulement à

titre indicatif. D’une manière générale, l’aspect global de cette huile est assez fluide, de couleur

jaune, sa densité est très inférieure par rapport à l’eau (densité d=0,9).

43

Cette huile est constituée par :

- la curcine qui est une substance de nature protéique, elle est toxique et rend l’huile

impropre à l’alimentation

- une substance résineuse ayant une action vomitive et purgative

- des acides gras

5-4-3- Propriétés physiques et thermiques

Spécifications Valeurs

Pouvoir calorifique supérieur (PCS) 41,8 [MJ/kg]

Pouvoir calorifique inférieur (PCI) 39,7 [MJ/kg]

Densité à 20°C 0.918 - 0.920

Point de solidification 2.00°C

Point de distillation 295 °C

Point de combustion 192 °C

Point de congélation 8°C

Viscosité à 40°C < 27,500[mm2/s]

Point d’éclair 110 à 240°C

Tableau 3: Propriété physique de l'huile de Jatropha

5-4-4- Propriété Chimique

Spécifications Valeurs

Indice de saponification 185 à 210

Indice d’acide 3 à 38

Indice d’iode 95 à 110

Indice de cétane 40-50

Tableau 4: Propriété chimique de l'huile de Jatropha

44

5-4-5- Composition en acide gras

Identification Teneur en pourcentage

Acide oléique 36 à 64

Acide myristique 1,4

Acide palmitique 10 à 17

Acide stéarique 5 à 10

Acide linoléique 18 à 45

Acide arachidique 0 à 0,3

Acide palmitolénique 0 à 1,5

Tableau 5: Composition en acide gras de l'huile de Jatropha

5-4-6- Composition chimiques

identification Teneur en pourcentage

Protéine 18

Humidité 6,2

Cendre 5,3

Graisse 38

Hydrates de carbone 17

Fibre 15,50

Tableau 6: Composition Chimiques de l'huile de Jatropha

5-4-7- Quelques caractéristiques comparées de l’huile de Jatropha et du gazole :

a) La masse volumique :

A températures égales, la masse volumique de l’huile de Jatropha est plus élevée que celle

du gazole (0,87 kg/m3 contre 0,83 kg/m3 à 20°C). Cette propriété n’est pas trop influente pour

l’utilisation dans les moteurs diesel.

45

b) La viscosité cinématique :

A températures égales, la viscosité cinématique de l’huile de Jatropha est plus élevée (10 à

15 fois) que celle du gazole. Cette viscosité élevée pose des problèmes notamment à l’injection

(usure des pompes à injection, problèmes de vaporisation) et peut mener à la formation de dépôts

dans le moteur. Pour pallier à cela, une solution consiste à chauffer l’huile de Jatropha afin

d’abaisser sa viscosité. On peut également la mélanger avec du gasoil.

c) Le pouvoir calorifique :

Le pouvoir calorifique de l’huile de Jatropha est plus faible que celui du gazole (39,7 MJ/kg

contre 43,2 MJ/kg). Cela signifie qu’à masse égale, l’huile transporte moins d’énergie que le

gazole. Concrètement il en résulte une consommation plus importante des moteurs diesels tournant

à l’huile de Jatropha.

d) L’indice de cétane :

Plus l’indice de cétane est élevé plus le carburant est apte à l’auto inflammation. Or l’indice

de cétane de l’huile de jatropha est plus faible (40-50), que celui du gasoil (50). Il en résulte un

démarrage à froid plus difficile qu’avec du gazole et une augmentation du niveau de bruit du

moteur.

e) Le point éclair :

Il s’agit de la température à partir de laquelle les vapeurs d’un produit s’enflamment en

présence d’une étincelle, dans des conditions standardisées. Le point éclair de l’huile de Jatropha

est plus élevé que celui du gazole (110-240°C contre 93°C). Cela n’a aucune influence sur le

fonctionnement du moteur. Cela limite simplement le risque d’incendie lors du stockage de l’huile

de Jatropha.

f) La teneur en soufre :

Une haute teneur en soufre peut entraîner une usure plus importante du moteur et des

émissions polluantes accrues. La teneur en soufre de l’huile Jatropha est beaucoup plus faible que

celle du gasoil.

46

Partie 3.

47

Chapitre 6 : Méthode de calculs à bases des données locales.

Un système de production hybride est un système combinant deux sources d’énergie

raccordé aux consommateurs au biais d’un réseau de distribution local (mini-réseau).

Pour qu’un système soit alimenté à 100 % par de l’énergie solaire, il est impératif que le

nombre de panneaux solaires soit suffisant pour assurer la production d’électricité nécessaire même

pendant les saisons les moins ensoleillées. En raison des dimensions démesurées du générateur

photovoltaïque qu'il imposerait, un tel système n'est pas économiquement viable. L'intégration d'un

générateur diesel à huile de Jatropha offre une source d'énergie disponible, fiable et renouvelable,

qui permet de réduire considérablement la taille de l'installation solaire, satisfaisant à la demande

en énergie électrique qui s’impose.

Le mini-réseau local pourra à terme être raccordé au réseau national. Dans ce cas, les

infrastructures de production hybride existantes seront mises en concurrence avec la production

centralisée du point de vue du coût de production, ainsi qu’au niveau de la disponibilité et de la

fiabilité du service (potentiellement meilleures que celles de l’approvisionnement offert par le

réseau national, souvent sujet aux délestages et à un service limité dans les zones rurales). Par

ailleurs, l’interconnexion de tels mini-réseaux au réseau national pourrait contribuer à la stabilité

de ce dernier.

6-1 Dimensionnement du panneau photovoltaïque

6-1-1- Introduction

La méthode de dimensionnement consiste à déterminer d’abord la puissance crête qui

fournit l’énergie électrique nécessaire pendant un moment donné.

Généralement, la variation de l’énergie fournie par un panneau photovoltaïque

d’inclinaison donnée, ne suit pas celle des besoins en énergie d’une habitation. Si on fixe la

puissance crête pour satisfaire au mieux les besoins d’un mois donné, on obtient généralement un

déficit ou un excédent pour d’autre mois. Sur quelle période faut-il s’efforcer d’égaler les besoins

48

et les apports ? Une inclinaison égale à la latitude du lieu permet de capter une quantité d’énergie

annuelle maximale, mais :

Une partie de cette énergie risque d’être inutile et l’énergie est chère à stocker.

Le panneau risque d’être trop cher.

6-1-2- L’énergie électrique fournie par le générateur photovoltaïque

Elle dépend bien sûr de l’ensoleillement reçu et de l’orientation du panneau. L’estimation

de l’énergie solaire reçue sur le site est simple, mais il faut tenir compte des caractéristiques propres

au site de l’installation lui-même.

Cette estimation doit tenir compte à la fois :

Des données statistiques concernant l’énergie solaire reçue sur la région

d’installation : nombre moyen d’heures d’ensoleillement par jour, l’irradiation

moyenne reçue au sol (plan horizontal), l’ensoleillement global sur un plan incliné

à un certain angle

Des caractéristiques propres au site et susceptibles d’empêcher le panneau

photovoltaïque de recevoir toute l’énergie possible : les excréments des oiseaux,

neige, poussière, masques (arbre, maisons).

Un coefficient réducteur doit alors être appliqué aux données définies au paragraphe

précédent pour tenir compte des conditions atmosphériques particulières et des conditions

d’entretien du système (fréquence du nettoyage...).

6-1-3- Les cellules et les panneaux (ou modules)

Un panneau, ou module, est constitué de plusieurs dizaines de cellules photovoltaïques

généralement montées en série, et délivrant un courant continu exclusivement. Les panneaux quant

à eux, sont le plus souvent montés en série dans des rangées, elles-mêmes montées en parallèle

49

Figure 26: Détail du montage en série des cellules dans un module

Figure 27: Exemple de montage des modules 3 rangs en parallèle de 5 modules en série

Le rôle du module consiste à protéger les cellules et leurs interconnexions, tout en

permettant leur bonne ventilation car les performances diminuent avec l’augmentation de la

température des cellules. Les panneaux « standards » produisent quelques centaines de watts sous

une tension de 12 ou 24 Volt (V), et pour une surface approximative d’un mètre carré.

a) Les cellules classiques (1ère génération)

Si tous les modules se ressemblent vus de l’extérieur, ils embarquent en réalité des cellules

dont les technologies sont assez variées. Aujourd’hui, la quasi-totalité du marché est occupée par

des cellules classiques à base de silicium :

Les cellules au silicium monocristallin :

Facilement reconnaissables à leurs coins « cassés » et leur aspect régulier. La technique de

purification du silicium permettant d’obtenir des monocristaux nécessite une matière première

50

d’excellente qualité et beaucoup d’énergie, d’où son coût élevé, compensé par son bon rendement

(jusqu’à 20%).

Figure 28: Silicium monocristallin

Avantages Inconvénients

Bon rendement (adapté aux petites surfaces)

Fiabilité

Prix élevé

Tableau 7: Commentaire sur les cellules au silicium monocristallin

Les cellules au silicium polycristallin

Aux coins carrés et dont la surface est d’aspect plus minéral, offrent un bon rapport

rendement/prix. La fabrication nécessite moins d’énergie et autorise l’utilisation d’un silicium

moins pur, ce qui offre au final une cellule abordable, mais un peu moins performante que sa sœur

monocristalline (15% de rendement au mieux).

Figure 29: Silicium polycristallin

Avantages Inconvénients

Assez bon rendement

Moins cher que le monocristallin

Meilleur bilan carbone que le monocristallin

Fiabilité

Nécessite un peu plus de surface que le

monocristallin à puissance égale.

Tableau 8: Commentaire sur les cellules au silicium polycristallin

51

b) La deuxième génération

La deuxième génération de cellules, encore peu présente sur le marché, est appelée « couche

mince ». Il s’agit d’apposer une très fine couche (largement moins d’un millimètre) de matériau

semi-conducteur sur un support inerte comme du verre ou même un substrat souple.

Plusieurs technologies se partagent ce marché en devenir :

• silicium amorphe (a-S)

• silicium microcristallin

• telluride de cadmium (CdTe)

• disélénium de cuivre indium (CIS, CIGS avec du Gallium)

Ces cellules ont pour point commun un faible coût de production (et moins d’énergie

dépensée) assorti de rendements encore inférieurs aux cellules de première génération (12% maxi,

pour le CIS). Les prix, déjà compétitifs, devraient baisser encore significativement dans les années

à venir.

Figure 30: Installation de panneaux souples en couche mince

Avantages Inconvénients

Très bon marché

Variété architecturale grâce aux supports

souples

Bon bilan carbone

Nécessite une grande surface

Rendement faible

Contiennent parfois des éléments toxiques

Produit jeune, tenue dans le temps inconnue

Tableau 9 : Commentaire sur la cellule de deuxième génération

52

c) La troisième génération

Une troisième génération de cellules est en cours d’élaboration dans les laboratoires de

recherche et vise à augmenter les rendements (autour de 40%) tout en maîtrisant les coûts. Il faudra

malheureusement encore patienter plusieurs années avant de pouvoir installer ces cellules de haute

technologie.

d) Tableau caractéristique

Cristallin Couche mince

Mono Poly CIS Amorphe

Rendement [%] 16 – 24 14 – 18 11 – 18 4 – 10

Puissance Crête

[Wc/m2] 150 – 220 120 – 60 100 - 170 40 – 100

Surface

nécessaire

[m2/kWc]

4,6 – 6,6 6,2 - 8,3 6 – 10 10 – 25

TRE [ans] 3,5 3,5 2,5 2,5

Tableau 10: Résumé des caractéristiques des différentes cellules

Temps de retour énergétique (TRE) : temps nécessaire pour récupérer l’énergie consommée

lors de la production du panneau grâce à l’énergie qu’il produit.

90% des composants du panneau peuvent être recyclés (ils sont constitués à 80 % de verre).

6-1-4- Principes de dimensionnement

Les deux principes extrêmes illustrent les raisonnements employés pour confronter :

L’énergie que le panneau doit fournir.

L’énergie que le panneau peut fournir à partir de l’ensoleillement.

a) Dimensionnement sur le mois le moins ensoleillé

Une solution simple est sûr consistée à choisir une puissance crête tel que pendant le mois

le moins ensoleillé, l’énergie fournie par le panneau satisfasse les besoins, avec une inclinaison

53

voisine de la latitude du lieu. C’est la solution généralement adopté par les sociétés

commercialisant et installant des systèmes photovoltaïques.

Elle conduit, malheureusement à un gaspillage important d’énergie pendant les autres

périodes, et spécialement pour la période la plus ensoleillée.

b) Dimensionnement sur le mois le plus ensoleillé

La puissance crête est suffisante pour satisfaire les besoins pendant le mois le plus ensoleillé

et généralement tout à fait insuffisante pour satisfaire les besoins d’hiver. Un tel dimensionnement

implique le recours à une source d’énergie complémentaire.

c) Choix de la tension du fonctionnement

Le choix de la tension nominale d’un système dépend de la disponibilité de matériels

(modules et récepteurs), aussi, il dépend des niveaux de puissance et d’énergie nécessaire selon le

type d’application. Voici un tableau montrant les tensions du système correspondantes à chaque

intervalle de puissance crête.

Puissance crête (Wc) 500 500 – 2000 Supérieure à 2000

Tension du système (V) 12 24 48

Tableau 11: Choix de la tension de fonctionnement

6-1-5- Calcul de la puissance crête nécessaire

ρ : facteur d’ensoleillement

G : Irradiation Solaire

Gstc : Irradiation solaire dans les conditions idéales

Pcn : Puissance crête nécessaire

Pn : puissance réelle nécessaire

𝑃𝑐𝑛 =𝑃𝑛

(𝜌 .𝐺

𝐺𝑠𝑡𝑐)

54

a) Condition Standard

Pour pouvoir comparer la puissance entre les panneaux, on utilise le Watt crête (Wc), une

mesure qui correspond à la puissance maximale que pourra débiter le panneau dans les conditions

d’éclairement optimal STC (Standard Test Conditions).

Voici un tableau montrant ces conditions :

Irradiation Solaire [G] 1000 [W/m2]

Température [T] 25 [°C]

Orientation Vers le sud

Inclinaison 30 [°]

Ombrage Aucun

Tableau 12: Standard Test Conditions

b) Facteur d’ensoleillement

C’est un coefficient qui prend en compte l’incertitude météorologique, l’inclinaison non

corrigée des modules, la non optimalité du point de fonctionnement des modules (vieillissement,

poussières), le rendement du régulateur et de l’onduleur, et des pertes dans les câbles et les

connexions.

Par exemple, voici un tableau exposant l’influence de l’inclinaison et de l’orientation du

panneau.

Tableau 13 : Facteurs de correction pour une inclinaison et une orientation données

Ces chiffres n’incluent pas les masques qui pourraient réduire la production annuelle.

55

6-1-6- Calcul de la surface de panneau nécessaire :

Sp : Surface totale des panneaux à installer

On peut seulement savoir la surface totale des panneaux à installer quand les paramètres

caractéristiques du panneau à utiliser seront connus.

Par exemple, si 8 m2 étant la surface estimée pour produire 1 kWc :

𝑆𝑝 = 8 ∗ 𝑃𝑐

6-2 Dimensionnement Groupe électrogène

Sachant la puissance maximale en kilowatt que le groupe électrogène devrait fournir au

réseau, nous pouvons calculer la puissance du GE en kilovolt-ampère que l’on a besoin pour notre

installation. Il y a deux paramètres principaux à prendre en compte, ce sont la température et

l’altitude du milieu où se trouve le Groupe électrogène.

En moyenne la hauteur de mise en place devrait être inférieure à 150 mètres, et pour la

température inférieure à 30°C. Normalement le fabricant vend ses produits avec des livres où se

trouvent les paramètres pour une production maximale.

6-2-1- Calcul des pertes

Pn : puissance nécessaire (la maximale)

hge : altitude du milieu

Tge : température du milieu où se trouve le groupe électrogène

hge<=150m, Tge<=30°C

A chaque hauteur de 100m, il y a une perte de 1% de sa puissance

A chaque température de 5°C, il y a une perte de 2% de sa puissance

ho : hauteur optimale

To : température optimale

p : perte totale

ph : perte à cause de l’altitude

56

pT : perte à cause de la température

pd : perte diverse

Donc la perte est :

𝑝 = 𝑝ℎ + 𝑝𝑇 + pd

𝑝 = [(ℎ𝑔𝑒 − ℎ𝑜)

5 . 2] + [

(𝑇𝑔𝑒 − 𝑇𝑜)

100 . 1] + pd

6-2-2- La puissance du GE en kilowatt

Donc si la puissance Pn nécessaire est connue, il faut inclure les pertes dans notre calcul

pour savoir la puissance du groupe électrogène qu’on devrait acheter :

Pgekw : Puissance du groupe électrogène

𝑃𝑔𝑒𝑘𝑤 = 𝑃𝑛 +𝑃𝑛

100 . 𝑝

6-2-3- La puissance du GE en Kilovoltampère

La puissance donnée ci-dessus est exprimé en kilowatt, or que les vendeurs et les

constructeurs expriment les puissances du GE en kilovoltampère.

Il existe un angle de décalage φ

𝑃𝑔𝑒𝑘𝑣𝑎 =𝑃𝑔𝑒𝑘𝑤

𝑐𝑜𝑠𝜑

En générale cos φ= 0.8

Pgekva : Puissance en kilovoltampère, c’est la puissance qui va nous servir de référence

quand on achète un groupe électrogène.

57

Chapitre 7 : Applications

Nous allons faire un dimensionnement d’un système hybride Solaire Biomasse pour

électrifier un village qui est éloigné du réseau de distribution, donc nous aurons un système isolé.

7-1 Les données nécessaires :

7-1-1- La puissance demandée

Ici, nous avons les tableaux qui représente l’estimation de la consommation horaire de nos

clients.

L’hiver L’été

Heures Puissances [kW] Heures Puissances [kW]

0 4 0 2

1 4 1 2

2 4 2 2

3 4 3 2

4 6,8 4 3

5 9,6 5 7,8

6 12,4 6 11

7 13,2 7 9,7

8 13,5 8 13,5

9 13,4 9 11,5

10 13,7 10 13,8

11 15 11 16,7

12 16,2 12 17,8

13 15,4 13 15,9

14 13,4 14 15,4

15 11,1 15 13,2

16 11,8 16 13,4

17 17,8 17 15,7

18 20 18 19,5

19 21 19 21

20 19,8 20 19,2

21 15,5 21 15,6

22 11,2 22 10,8

23 6,1 23 5,8

Tableau 14: Puissances nécessaires

58

Nous voyons bien qu’il y a 2 pics sur ces valeurs, l’un c’est à 12h et l’autre à 19h. Donc

nous allons essayer de dimensionner notre système à l’aide de ces 2 pics dont, le panneau solaire à

12h en été et le Groupe électrogène à 19h.

Pn = 17,8 kW pour le PV (en été)

Pn = 21 kW pour le GE (en Hiver)

7-1-2- Données utiles

a) Pour le PV

Nous allons dimensionner le PV avec l’époque où la demande est maximale avec

l’ensoleillement maximale, c’est en été le mois d’octobre. Nous avons récolté les valeurs de

l’irradiation solaire dans le logiciel PVGIS (voir (7-6) Exemple de simulation sur PVGIS).

ρ = 0.7

Pn = 17.8 kW

G = 904 W/m2

b) Pour le GE

h = 1280m

T = 35 °C

7-2 Panneau photovoltaïque

a) Calcul de la puissance crête nécessaire

𝑃𝑐𝑛 =𝑃𝑛

(𝜌 .𝐺𝑖𝑚𝑎𝑥

𝐺𝑠𝑡𝑖 )

𝑃𝑐𝑛 =17,8

(0.7 .904

1000)= 28,13 𝑘𝑊𝑐

La puissance crête nécessaire est à environ 30 kWc.

59

b) Calcul du nombre et de la surface de panneau nécessaire :

Nous pouvons voir les données complètes sur les panneaux à utiliser dans le paragraphe 7-7-2

La puissance Crête unitaire Pu est 270 Wc = 0,27 kWc et la surface unitaire su = 1,637 m2

Nombre de panneau nécessaire

𝑁𝑏 =30

0.27= 111,11

Nous allons arrondir à 112 panneaux

Surface totale des panneaux :

𝑆𝑡 = 𝑛𝑏 . 𝑠𝑢

𝑆𝑡 = 112 . 1,637 = 183,34 𝑚2

c) Puissance crête produite par notre installation

𝑃𝑐 = Pu . Nb

𝑃𝑐 = 0,27 . 112 = 30,24 𝑘𝑊𝑐

7-3 Groupe électrogène

7-3-1- Calcul des pertes

A chaque hauteur de 100m, il y a une perte de 1% de sa puissance

A chaque température de 5°C, il y a une perte de 2% de sa puissance

𝑝 = [(ℎ𝑔𝑒 − ℎ𝑜)

5 . 2] + [

(𝑇𝑔𝑒 − 𝑇𝑜)

100 . 1] + pd

𝑝 = [(35 − 30)

5 . 2] + [

(1000 − 150)

100 . 1] + 2

Donc la perte totale est 12,5 %.

7-3-2- Les puissances

a) La puissance du GE en kilowatts

𝑃𝑔𝑒𝑘𝑤 = 𝑃𝑛 +𝑃𝑛

100 . 𝑝

60

𝑃𝑔𝑒𝑘𝑤 = 21 +21

100 . 12,5 = 23,625 𝑘𝑊

b) La puissance du GE en Kilovoltampère

Si cos φ= 0,8

𝑃𝑔𝑒𝑘𝑣𝑎 =23,625

0,8= 29,53 𝑘𝑉𝐴

Le Groupe électrogène que l’on en a besoin a une puissance de 30 kVA

7-3-3- La consommation spécifique en huile de Jatropha du moteur

Sachant que : Pouvoir Calorifique [Ihj] = 9500 Cal/g ou 9500 kCal/kg

Si 1 kWh est équivalent à 860 kCal :

On obtient 1 kg d’huile de Jatropha peut produire 11,05 kWh

Donc la consommation spécifique en huile de Jatropha est :

𝑪𝒔𝒑𝒉𝒋 = 𝟗𝟎, 𝟓𝟑 𝒈/𝒌𝑾ℎ

7-3-4- Calcul de la quantité d’huile nécessaire si le groupe marche toute la journée

Consommation spécifique [Csp] 90,53 g/kWh

Masse Volumique de l’huile [mvhj] 0,87 kg/l

Tableau 15: Caractéristique de l'huile

Connaissant la masse volumique qui est de 0,87 kg/l, 1 litre d’huile de jatropha pèse

0,87 kg

Donc 1 litre d’huile peut produire 12,69 kWh

Un groupe électrogène de puissance 30 kWA produit 29,53 kWh en une heure.

Donc en une journée il produira : 708,72 kWh en une journée en consommant 55,82 litres

d’huile de Jatropha. En une année, on a besoin d’environ 20 374 litres d’huile de Jatropha

61

7-4 Résultats

Les résultats donnés cis après sont générés automatiquement par le logiciel « Microsoft

Excel ».

7-4-1- Tableau montrant les besoins et les productivités

H : heures

Pn : puissance nécessaire

G : irradiation solaire

Pf : Puissance fournit par les panneaux photovoltaïques

« Oui ou Non » : nécessité d’utilisation de Groupe Electrogène pour combler le manque

X : C’est la différence entre la puissance nécessaire et la puissance fourni tel que

𝑋 = 𝑃𝑛 − 𝑃𝑓

62

a) L’été

H Pn G Pf X “Oui ou Non”

0 2 2 0,04 1,96 Oui

1 2 2 0,04 1,96 Oui

2 2 2 0,04 1,96 Oui

3 2 5 0,11 1,89 Oui

4 3 10 0,21 2,79 Oui

5 7,8 64 1,35 6,45 Oui

6 11 190 4,02 6,98 Oui

7 9,7 374 7,92 1,78 Oui

8 13,5 534 11,30 2,20 Oui

9 11,5 741 15,69 -4,19 Non

10 13,8 849 17,97 -4,17 Non

11 16,7 893 18,90 -2,20 Non

12 17,8 904 19,14 -1,34 Non

13 15,9 868 18,37 -2,47 Non

14 15,4 741 15,69 -0,29 Non

15 13,2 624 13,21 -0,01 Non

16 13,4 487 10,31 3,09 Oui

17 15,7 180 3,81 11,89 Oui

18 19,5 57 1,21 18,29 Oui

19 21 15 0,32 20,68 Oui

20 19,2 2 0,04 19,16 Oui

21 15,6 2 0,04 15,56 Oui

22 10,8 2 0,04 10,76 Oui

23 5,8 2 0,04 5,76 Oui

Tableau 16: Résultat obtenu en été

63

b) L’hiver

H Pn G Pf X “Oui ou Non”

0 4 2 0,04 3,96 Oui

1 4 2 0,04 3,96 Oui

2 4 2 0,04 3,96 Oui

3 4 2 0,04 3,96 Oui

4 6,8 2 0,04 6,76 Oui

5 9,6 24 0,51 9,09 Oui

6 12,4 64 1,35 11,05 Oui

7 13,2 129 2,73 10,47 Oui

8 13,5 345 7,30 6,20 Oui

9 13,4 487 10,31 3,09 Oui

10 13,7 565 11,96 1,74 Oui

11 15 610 12,91 2,09 Oui

12 16,2 635 13,44 2,76 Oui

13 15,4 585 12,38 3,02 Oui

14 13,4 455 9,63 3,77 Oui

15 11,1 348 7,37 3,73 Oui

16 11,8 186 3,94 7,86 Oui

17 17,8 87 1,84 15,96 Oui

18 20 20 0,42 19,58 Oui

19 21 2 0,04 20,96 Oui

20 19,8 2 0,04 19,76 Oui

21 15,5 2 0,04 15,46 Oui

22 11,2 2 0,04 11,16 Oui

23 6,1 2 0,04 6,06 Oui

Tableau 17 : Résultat obtenu en hiver

64

7-4-2- Courbe représentative de ces données

Figure 31 : Courbe représentative

7-4-3- Méthode pour l’obtention de ces résultats

a) La puissance fournie

Pour obtenir la puissance fournit horaire Pfo, nous allons utiliser :

𝑃𝑓𝑜 = Pc (𝜌 .𝐺𝑜

𝐺𝑠𝑡𝑐)

Dont :

Pfo : Puissance fournit en fonction de l’heure h

Go : Irradiation solaire horaire en fonction de h

Pc : puissance crête des panneaux qui est 30,24 kWc

ρ: facteur d’ensoleillement

Gstc : irradiation solaire maximale qui est 1000 W/m2

65

b) Besoin d’utilisation du groupe électrogène

Pour avoir le résultat « oui ou non » on a introduit sur Excel un algorithme :

7-5 Démarche pour affaiblir la consommation et les excès d’énergie relatifs au surdimensionnement.

Vu les résultats précédents, utiliser un seul groupe de 30kVA n’est pas rentable car il

consommera beaucoup, sans compter la dégradation des rendements énergétiques lorsqu'ils sont

utilisés à faible facteur de charge. Il va être mise en marche pendant toutes l’hiver et 19 heures de

marche en été. Or si on va surdimensionner le système photovoltaïque, le fond nécessaire et le cout

d’installation va augmenter de façon exponentielle.

De ce fait nous allons diviser notre centrale thermique en 3 groupes :

G1 produira 5 kW

G2 et G3 produira 10 kW chacun

Nous allons combler les manques de puissances par ces 3 groupes.

ALGORITHME " Besoin d'énergie complémentaire "

VARIABLE X

AFFICHER " Entrer la valeur de X : "

LIRE (X)

DEBUT

SI X>0

ALORS afficher "oui"

SINON afficher "Non"

FIN SI

FIN

66

7-5-1- Gestion de ces groupes

a) L’hiver

H Pn Pf X “Oui ou Non” Groupes

0 4 0,04 3,96 Oui G1

1 4 0,04 3,96 Oui G1

2 4 0,04 3,96 Oui G1

3 4 0,04 3,96 Oui G1

4 6,8 0,04 6,76 Oui G2

5 9,6 0,51 9,09 Oui G2

6 12,4 1,35 11,05 Oui G1 et G2

7 13,2 2,73 10,47 Oui G1 et G2

8 13,5 7,30 6,20 Oui G2

9 13,4 10,31 3,09 Oui G1

10 13,7 11,96 1,74 Oui G1

11 15 12,91 2,09 Oui G1

12 16,2 13,44 2,76 Oui G1

13 15,4 12,38 3,02 Oui G1

14 13,4 9,63 3,77 Oui G1

15 11,1 7,37 3,73 Oui G1

16 11,8 3,94 7,86 Oui G2

17 17,8 1,84 15,96 Oui G2 et G3

18 20 0,42 19,58 Oui G2 et G3

19 21 0,04 20,96 Oui G1 et G2 et G3

20 19,8 0,04 19,76 Oui G2 et G3

21 15,5 0,04 15,46 Oui G2 et G3

22 11,2 0,04 11,16 Oui G1 et G2

23 6,1 0,04 6,06 Oui G2

Tableau 18: Gestion des groupes en hiver

Le groupe 1 fonctionnera pendant 15 heures.

Le groupe 2 fonctionnera pendant 13 heures.

Le groupe 3 fonctionnera pendant 5 heures.

67

b) L’été

H Pn Pf X “Oui ou Non” Groupes

0 2 0,04 1,96 Oui G1

1 2 0,04 1,96 Oui G1

2 2 0,04 1,96 Oui G1

3 2 0,11 1,89 Oui G1

4 3 0,21 2,79 Oui G1

5 7,8 1,35 6,45 Oui G2

6 11 4,02 6,98 Oui G2

7 9,7 7,92 1,78 Oui G1

8 13,5 11,30 2,20 Oui G1

9 11,5 15,69 -4,19 Non

10 13,8 17,97 -4,17 Non

11 16,7 18,90 -2,20 Non

12 17,8 19,14 -1,34 Non

13 15,9 18,37 -2,47 Non

14 15,4 15,69 -0,29 Non

15 13 13,21 -0,21 Non

16 13,4 10,31 3,09 Oui G1

17 15,7 3,81 11,89 Oui G1 et G2

18 19,5 1,21 18,29 Oui G2 et G3

19 21 0,32 20,68 Oui G1 et G2 et G3

20 19,2 0,04 19,16 Oui G2 et G3

21 15,6 0,04 15,56 Oui G2 et G3

22 10,8 0,04 10,76 Oui G1 et G2

23 5,8 0,04 5,76 Oui G2

Tableau 19: Gestion des groupes en été

Le groupe 1 fonctionnera pendant 10 heures.

Le groupe 2 fonctionnera pendant 11 heures.

Le groupe 3 fonctionnera pendant 4 heures.

68

c) Algorithme pour l’obtention des groupes

ALGORITHME " Quels groupes combleront ces besoins ? "

VARIABLE X

AFFICHER " Entrer la valeur de X : "

LIRE (X)

DEBUT

SI X > 0 ALORS

ALORS afficher "G1"

SINON

SI X > 5

ALORS afficher "G2"

SINON

SI X > 10

ALORS afficher "G1 et G2"

SINON

SI X > 15

ALORS afficher "G2 et G3"

SINON

SI X > 20

ALORS afficher "G1 et G2 et G3"

SINON

Afficher " "

FIN SI

FI SI

FIN SI

FIN SI

FIN SI

FIN

69

7-5-2- Calcul des données sur les groupes électrogènes

a) Consommation et production en une saison

D’après les résultats précédents, si 1 litre d’huile peut produire 12,697 kWh :

Saisons groupes Pf Hf

[heures] Ej

[kWh/jr] Ea

[Kwh/saisons] Csjhj [l/jrs] Csahj [l/saisons]

L’été

G1 5 10 50 9125 3,938 718,666

G2 10 11 110 20075 8,663 1581,065

G3 10 4 40 7300 3,150 574,933

Total 25 - 200 36500 15,752 2874,663

L’hiver

G1 5 15 75 13688 5,91 1078,00

G2 10 13 130 23725 10,24 1868,53

G3 10 5 50 9125 3,94 718,67

Total 25 - 255 46538 20,08 3665,20

Tableau 20: Consommation d’huile de Jatropha et production d’électricité

Pf : Puissance fournit par le groupe

Hf: heure de fonctionnement

Ej : Energie produite par jour

Ea : Energie produite en une année

Csjhj : Consommation en une journée

Csshj : Consommation en une saison

Csahj : Consommation en une année

Donc on a besoin de 6 539,859 litres d’huile de Jatropha en une année. Et les groupes

électrogènes produiront 83 039 kWh en une année.

b) Superficie exigée pour la culture.

Le besoin annuel en litres d’huile de Jatropha est de 6539,859 litres.

La masse volumique de l’huile de Jatropha est de 0,87 kg/l, alors 1kg d’huile est égale à

1,149 litres. Donc on aura besoin de 5 691,9 kg d’huile pour alimenter notre système.

70

Connaissant le rendement pendant la pression des graines qui est de 33 %, on peut évaluer

aussi la quantité de graine nécessaire :

𝑀𝑔𝑟𝑎𝑖𝑛𝑒 =𝑀ℎ𝑢𝑖𝑙𝑒

𝜂𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛

𝑀𝑔𝑟𝑎𝑖𝑛𝑒 = 5 691,9

0.33= 17 248 𝑘𝑔

Donc on a besoin de 17 248 kg de graine de jatropha pour produire les 6 539,859 litres

d’huile.

Pour Madagascar, le rendement en graine de jatropha par pied est à environ 4,6 kg.

𝑛𝑝𝑖𝑒𝑑𝑠 =𝑀𝑔𝑟𝑎𝑖𝑛𝑒

𝜂𝑝𝑖𝑒𝑑

𝑛𝑝𝑖𝑒𝑑𝑠 =17 248

4,6= 3 749,56 𝑝𝑖𝑒𝑑𝑠

Il nous faut 3 750 pieds pour fournir les graines nécessaires.

Vu précédemment dans le chapitre 5, les plantes sont cultivées de 500 pieds par hectare au

maximum :

𝑆𝑐ℎ𝑎𝑚𝑝 = 3 750

500= 7,5 ℎ𝑎

Donc on aura besoin de 7,5 ha de champ de culture pour avoir les 6 539,859 litres d’huiles

par an.

𝜂ℎ𝑒𝑐𝑡 = 17 248

7,5= 2 299,73 𝑘𝑔/ℎ𝑎

Le rendement à l’hectare de la plante est de 2,3 tonnes/ha ou aussi 759 litres/ha par an avec

une récolte qui se fait en deux reprise en une année.

71

7-6 Exemple de simulation sur PVGIS

7-6-1- Le site

Voici la localisation du site sur Google Map

Figure 32 : Localisation de notre site

72

7-6-2- PV estimation

Figure 33: Page d'accueil PVGIS: PV estimation

Base de données de radiation solaire employée : PVGIS-CMSAF

Puissance nominale du système PV : 30 kW (silicium cristallin)

Pertes estimées à cause de la température et des niveaux faibles de rayonnement : 12%

(employons température ambiante locale)

Pertes estimées à cause des effets de la réflectance angulaire : 3,4%

D'autres pertes (câble, onduleur, etc.) : 14%

Pertes conjuguées du système PV : 26,9%

73

Système fixe: inclinaison=-16°, orientation=0° (Optimal à l'orientation

donnée)

Mois Ed Em Hd Hm

Jan 132.00 4080 6.10 189

Fev 136.00 3800 6.28 176

Mar 136.00 4210 6.28 195

Avr 137.00 4100 6.26 188

Mai 121.00 3760 5.46 169

Juin 119.00 3560 5.26 158

Jui 121.00 3760 5.37 166

Aug 135.00 4180 6.06 188

Sep 147.00 4420 6.74 202

Oct 149.00 4620 6.95 215

Nov 145.00 4360 6.78 203

Dec 138.00 4280 6.43 199

Moyenne annuelle 135 4090 6.16 187

Total pour l'année 49100 2250

Tableau 21: PV estimation

Ed: Production d'électricité journalière moyenne par le système défini (kWh)

Em: Production d'électricité mensuelle moyenne par le système défini (kWh)

Hd: Moyenne journalière de la somme de l'irradiation globale par mètre carré reçue par les

modules du système défini (kWh/m2)

Hm: Somme moyenne de l'irradiation globale par mètre carré reçue par les modules du

système défini (kWh/m2)

Figure 34: PV estimation

74

7-6-3- Irradiation solaire mensuelle

Figure 35: Page d'accueil: irradiation solaire mensuelle

PVGIS estimation des moyennes mensuelles á long terme

Site : 18°53'48" Sud, 47°24'7" Est,

Elévation : 1255 m

Base de données de radiation solaire employée : PVGIS-CMSAF

L'angle d'inclinaison optimale est : 20°

Irradiation annuelle perdue à cause des ombres (horizontale) : 0.0 %

75

Mois Hh Hopt H(30) DNI Iopt

Jan 6480 5940 5490 5260 -11

Fev 6420 6180 5860 5350 1

Mar 6060 6270 6160 5620 18

Avr 5620 6350 6500 6160 34

Mai 4590 5620 5930 5750 45

Juin 4310 5430 5810 5300 49

Jui 4470 5540 5880 5360 47

Aug 5310 6190 6410 5830 39

Sep 6310 6780 6770 6610 25

Oct 6950 6870 6590 6720 8

Nov 7160 6610 6120 6580 -8

Dec 6950 6230 5680 6170 -15

Année 5880 6170 6100 5900 20

Tableau 22: Irradiation solaire mensuelle

Hh: Irradiation sur un plan horizontal (Wh/m2/jour)

Hopt: Irradiation sur un plan avec l'inclinaison optimale (Wh/m2/jour)

H(30): Irradiation sur un plan incliné :30deg. (Wh/m2/jour)

DNI: Irradiation directe normale (Wh/m2/jour)

Iopt: Inclinaison optimale (°)

Figure 36: Irradiation solaire mensuelle

76

7-6-4- Rayonnement solaire journalier moyen (mois de Juin)

Figure 37: Page d’accueil Rayonnement solaire journalier mois de Juin

Base de données de radiation solaire employée : PVGIS-CMSAF

Inclinaison du panneau : 0°.

Orientation (azimut) du panneau : 0°.

Heure G Gd Gc DNI DNIc A Ad Ac

06:52 50 36 46 208 292 286 74 365

07:07 87 50 88 298 418 418 115 532

07:22 129 63 138 367 516 505 130 644

07:37 173 75 191 421 591 572 142 731

07:52 217 85 246 463 651 626 151 799

08:07 261 95 301 498 699 669 158 853

08:22 303 103 355 527 739 703 163 898

08:37 345 110 408 550 773 732 167 933

08:52 384 117 459 571 801 755 169 963

09:07 421 122 507 588 825 774 171 987

09:22 455 127 553 602 846 790 172 1010

77

09:37 487 130 595 615 863 803 173 1020

09:52 516 134 634 625 878 813 173 1040

10:07 542 136 668 634 890 821 172 1050

10:22 565 138 699 641 901 828 172 1050

10:37 585 140 726 648 910 833 171 1060

10:52 602 141 748 653 917 837 171 1070

11:07 615 142 767 657 922 839 170 1070

11:22 625 142 780 659 926 841 170 1070

11:37 632 143 789 661 929 843 169 1080

11:52 635 143 794 662 930 843 169 1080

12:07 635 143 794 662 930 843 169 1080

12:22 632 143 789 661 929 843 169 1080

12:37 625 142 780 659 926 841 170 1070

12:52 615 142 767 657 922 839 170 1070

13:07 602 141 748 653 917 837 171 1070

13:22 585 140 726 648 910 833 171 1060

13:37 565 138 699 641 901 828 172 1050

13:52 542 136 668 634 890 821 172 1050

14:07 516 134 634 625 878 813 173 1040

14:22 487 130 595 615 863 803 173 1020

14:37 455 127 553 602 846 790 172 1010

14:52 421 122 507 588 825 774 171 987

15:07 384 117 459 571 801 755 169 963

15:22 345 110 408 550 773 732 167 933

15:37 303 103 355 527 739 703 163 898

15:52 261 95 301 498 699 669 158 853

16:07 217 85 246 463 651 626 151 799

16:22 173 75 191 421 591 572 142 731

16:37 129 63 138 367 516 505 130 644

16:52 87 50 88 298 418 418 115 532

17:07 36 36 26 0 0 16 14 12

17:22 20 20 14 0 0 9 7 6

Tableau 23: Rayonnement journalier en Juin

78

L'heure indiquée est l'heure solaire locale. Pour calculer l'heure GMT, ajoutez -3.17 heures.

G: Rayonnement global sur un plan fixe (W/m2)

Gd: Rayonnement diffus sur un plan fixe (W/m2)

Gc: Rayonnement global ciel clair sur un plan fixe (W/m2)

DNI: Rayonnement direct normal (W/m2)

DNIc: Rayonnement direct normal ciel clair (W/m2)

A: Rayonnement global sur un plan avec suiveur solaire à 2 axes (W/m2)

Ad: Rayonnement diffus sur un plan avec suiveur solaire à 2 axes (W/m2)

Ac: Rayonnement global ciel clair sur un plan avec suiveur solaire à 2 axes (W/m2)

Figure 38: Courbe représentative des rayonnements le mois de Juin

79

7-6-5- Rayonnement solaire journalier moyen (mois d’octobre)

Figure 39: Page d'accueil : Rayonnement solaire journalier Mois d'Octobre

Heure G Gd Gc DNI DNIc A Ad Ac

06:07 58 43 52 195 263 282 83 342

06:22 103 62 100 293 395 425 126 516

06:37 153 79 158 371 500 527 147 641

06:52 207 94 221 432 582 608 164 739

07:07 263 109 287 481 648 672 177 817

07:22 319 121 354 521 703 723 187 880

07:37 374 132 422 555 748 766 194 931

07:52 428 142 489 584 787 800 199 972

08:07 481 150 555 608 820 828 203 1010

08:22 531 157 618 629 848 850 204 1030

08:37 579 163 679 647 872 868 205 1050

08:52 624 167 737 663 893 882 204 1070

09:07 666 171 792 677 912 893 203 1090

80

09:22 705 174 843 688 927 901 201 1100

09:37 741 175 890 699 941 908 198 1110

09:52 773 177 932 707 953 912 196 1110

10:07 802 177 971 715 963 915 193 1120

10:22 827 178 1000 721 971 917 190 1120

10:37 849 178 1030 726 979 918 187 1120

10:52 868 178 1060 731 984 919 185 1130

11:07 882 178 1080 734 989 919 183 1130

11:22 893 178 1090 736 992 919 181 1130

11:37 901 177 1100 738 994 919 180 1130

11:52 904 177 1110 739 995 919 179 1130

12:07 904 177 1110 739 995 919 179 1130

12:22 901 177 1100 738 994 919 180 1130

12:37 893 178 1090 736 992 919 181 1130

12:52 882 178 1080 734 989 919 183 1130

13:07 868 178 1060 731 984 919 185 1130

13:22 849 178 1030 726 979 918 187 1120

13:37 827 178 1000 721 971 917 190 1120

13:52 802 177 971 715 963 915 193 1120

14:07 773 177 932 707 953 912 196 1110

14:22 741 175 890 699 941 908 198 1110

14:37 705 174 843 688 927 901 201 1100

14:52 666 171 792 677 912 893 203 1090

15:07 624 167 737 663 893 882 204 1070

15:22 579 163 679 647 872 868 205 1050

15:37 531 157 618 629 848 850 204 1030

15:52 481 150 555 608 820 828 203 1010

16:07 428 142 489 584 787 800 199 972

16:22 374 132 422 555 748 766 194 931

16:37 319 121 354 521 703 723 187 880

16:52 263 109 287 481 648 672 177 817

17:07 207 94 221 432 582 608 164 739

17:22 153 79 158 371 500 527 147 641

17:37 103 62 100 293 395 425 126 516

17:52 43 43 31 0 0 20 17 14

18:07 22 22 16 0 0 10 8 7

Tableau 24: Rayonnement journalier en d'Octobre

81

Figure 40: Courbe représentative des rayonnements le mois d’Octobre

82

7-7 Installation des équipements pour la production optimale

7-7-1- Schéma du montage

Figure 41: Schéma du montage du système Hybride

7-7-2- Champ PV

Prenons un modèle de Panneau photovoltaïque avec comme caractéristique :

Cellules Polycristallin

La puissance Crête unitaire Pu est 270 Wc = 0,27 kWc

Dimensions 1650x992x35mm

Surface unitaire Su = 1,637 m2

Poids :17,8kg

D’après le calcul précédent, nous avons besoins de 112 panneaux

83

Figure 42: Cellule polycristallin

7-7-3- GE

Pour l’optimisation de l’installation et pour la minimisation de la consommation, nous

allons utiliser 3 groupes électrogènes.

Nom du

groupe

Puissances produites

par le groupe

Puissances en

KVA (Calculée)

Puissances en kVA

(Disponible en mgasin)

G1 5 kW 6,25 kVA 8 kVA

G2 10 kW 12,5 kVA 16 kVA

G3 10 kW 12,5 kVA 16 kVA

Figure 43: Les groupes électrogènes

a) Le groupe G1

Par exemple ce « Groupe électrogène 8 kVA Cummins Power Generation C8 D5 » peuvent

répondre à nos besoins.

Figure 44: GE 8 KVA

84

Fréquence 50 Hz

Puissance de production normale 7,5 kVA / 6 kW

Puissance maximale (de secours) 8 kVA / 6,6 kW

Source d’énergie Diesel

Dimensions 1460 x 850 x 1130

Figure 45: Caractéristique du G1

b) Les deux groupes G2 et G3

Par exemple ce « GZA1 15C T5 Groupe électrogène TRI Moteur Diesel Hatz 16kVA »

peuvent répondre à nos besoins.

Figure 46: GE 16 KVA

Régime 1 500 tr/min

Intensité sonore 69 dBA

Réservoir 74 litres

Source d’énergie Diesel

Puissance de production normale 14,4 kVA / 11,60

Puissance maximale (de secours) 16,1 kVA / 12,8

Figure 47: Caractéristique du G2

85

Partie 4.

86

Chapitre 8 : Interprétation des résultats et discussion

8-1 Interprétation des courbes

8-1-1- Interprétation de la courbe de consommation

Figure 48: Courbe de consommation

En hiver : le système de chauffage augmente la consommation le matin, le soir et la nuit.

En plus le soleil se lève tard et se couche tôt, donc on aura besoin de plus d’énergie pour l’éclairage.

En été : le système de ventilation et de refroidissement augment un peu la demande

d’énergie pendant le jour

La courbe de charge typique d'un village est habituellement composée d'une pointe

significative en soirée, qui correspond principalement aux usages d’éclairage, d’une demande

importante le matin et l'après-midi. La demande énergétique nocturne est assez limitée, l’énergie

demandée est donc très basse la nuit, comparée aux pointes du soir et de la mi-journée.

87

8-1-2- Interprétation de la courbe de productions électrique du PV

Figure 49: Courbe de production du PV

Là, on voit bien la différence entre la production en hiver et la production en été.

8-1-3- Commentaire sur la situation en été

Figure 50: Situation en été

88

En été, entre 9h et 14h, le système photovoltaïque peuvent combler la demande d’énergie,

donc on n’a pas besoin d’énergie supplémentaire. On voit qu’il y a des excès d’énergie qui peuvent

être récupérés (dans un système de stockage par exemple).

8-1-4- Commentaire sur la situation en hiver

Figure 51: Situation en hiver

En hiver, nous aurons recours à l’utilisation en permanence d’au moins un des groupes

électrogènes pour satisfaire les besoins du client.

8-2 L’utilisation du système hybride solaire biomasse

Avec la baisse des prix des panneaux solaires, les mini-réseaux hybrides suscitent une

attention croissante parmi les agences et institutions chargées de l’électrification rurale et les

bailleurs de fonds. L’objectif étant de compenser la hausse du prix des carburants, de réduire les

coûts d’exploitation et d’offrir un service de meilleure qualité que celui des systèmes classiques

89

basés sur une source unique. La combinaison des technologies offre en effet des opportunités

intéressantes pour surmonter certaines limitations techniques.

Le recours à la technologie photovoltaïque pour réduire les coûts de production des

centrales thermique exige des capitaux significatifs en comparaison avec ceux des projets

classiques. Par ailleurs, les systèmes hybrides PV-diesel introduisent une complexité technique

nouvelle dans des régions où les compétences requises sont le plus souvent absentes.

L’instauration d’un environnement plus sûr reste nécessaire à la participation des investisseurs

privés. Les partenariats public-privé doivent donc être promus et facilités.

L’appropriation des projets par les usagers et les communautés locales est essentielle pour

la pérennité des projets. Des actions de renforcement des capacités locales et de formation à

l’exploitation et la maintenance seront nécessaires pour assurer la durabilité des projets à long

terme. Il faut enfin que les agences d’électrification encouragent l’implication des autorités locales

dès la planification des projets, au long de leur mise en œuvre, ainsi que pour l'exploitation et la

maintenance des systèmes sur une base locale.

8-3 Optimisation possible sur l’utilisation de l’huile de Jatropha comme carburant

Les huiles d’origines végétales sont connues pour leur grande viscosité, leur faible volatilité

ainsi que de faibles propriétés de flux à froid. Ce qui peut générer des problèmes sérieux au niveau

des organes d’injections et des pistons de moteurs ainsi qu’au niveau de la chemise. En été, la

température à Madagascar est assez chaude pour que les propriétés carburant de l’huile de Jatropha

soient convenables. En hiver, le climat pose des problèmes à cause de la baisse de la température,

plus exactement sur les hauts plateaux du pays. Il existe beaucoup de solution pour remédier à cette

baisse de température qui sera diviser en deux parties : solutions coté moteur et solutions coté

carburant.

8-3-1- Solutions coté moteur

Le remplacement du filtre à carburant par un filtre adapté est alors une des solutions qui

assurent l’écoulement sans faille de l’huile.

90

Utilisation du système de bicarburation (2 réservoirs dont l’un rempli d’huile et l’autre du

gazole) pour éviter la difficulté pendant le démarrage à froid. Le système de bicarburation consiste

à démarrer le moteur avec le gazole et à un certain temps (quand le moteur atteint la température

de bon fonctionnement), on bascule vers l’utilisation de l’huile de Jatropha comme carburant.

Une des solutions pour éviter le risque d’usure du système d’injection, c’est de régler la

pompe d’injection et augmenter le tarage des injecteurs du moteur.

8-3-2- Solution côté carburant

Du coté carburant, il existe beaucoup de solution qui peuvent réduire ou annuler

complètement les problèmes cités précédemment.

a) La transestérification

La transestérification est une réaction chimique permettant la production de Biodiesel. Il

s'agit d'un procédé dans lequel les huiles végétales ou animales sont mélangées à un alcool léger

(éthanol ou méthanol) en présence d'un catalyseur minéral (acide ou basique) pour avoir de l’esters

méthyliques ou de l’esters éthyliques.

L’équation de la réaction de transestérification est la suivante :

91

Cette transformation permet de :

Réduire la masse moléculaire de l’huile ;

Éliminer totalement la glycérine dans l’huile ;

Réduire la viscosité ;

Réduire la densité et d'augmenter la volatilité de l’huile ;

Diminuer le point d’éclair ;

Avoir des propriétés physiques des esters éthyliques et méthyliques obtenus plus proches

de celles du gasoil ;

Obtenir de biodiesel comme carburant dans un moteur diésel.

b) Biodiesel en mélangeant le gazole et l’huile de Jatropha

Ce procédé consiste à trouver la proportionnalité qui répond le mieux au bon

fonctionnement du moteur.

Mélange Huile de Jatropha Gazole

Mélange 1 90% 10%

Mélange 2 80% 20%

Mélange 3 70% 30%

Mélange 4 60% 40%

Tableau 25: Mélange gazole et huile de Jatropha

c) Conclusions

La méthode de création de biodiesel en utilisant le système « mélange de gazole et d’huile

de Jatropha » s’avère la moins couteuse et c’est facile à procéder. Et la méthode de

transestérification nécessite encore plus de budget et aussi plus demain d’œuvre, en plus la

technologie n’est pas très facile. Le but de notre étude est d’éliminer la dépendance en énergie

fossile qui nuira l’environnement, donc l’utilisation du gazole n’est pas une solution encourageante,

donc l’utilisation de la méthode de transestérification restera la solution la plus prometteuse.

92

8-4 Comparaison de l’huile de Jatropha et du gazole

Caractéristiques Gazole Huile de Jatropha

Masse volumique [kg/l] 0,820 - 0845 0,87-0,88

Viscosité à 40°C [mm2/s] 2 à 4,5 43

Point d’éclair [°C] 55 110 – 240

PCI [MJ/kg] 43,2 39,7

Indice de cétane 51 40-50

Tableau 26: Tableau comparatif de l'huile de Jatropha et du Gazole

8-4-1- Etude énergétique

Avant, on a déjà donné quelques propriétés de l’huile de Jatropha et du gazole. Mais ici,

nous allons faire un approfondissement sur l’énergie développé par les deux carburant et la quantité

nécessaire de chacun. Nous allons essayer de faire une étude énergétique basant sur les données

vues précédemment. Le pouvoir calorifique de l’huile de jatropha est de 39,7 MJ/kg contre 43,2

MJ/kg pour celle du gazole.

a) Données sur l’huile de Jatropha

Résumons le tableau 20 qui nous montre la consommation d’huile de Jatropha et de la

production d’électricité, ce qui vas nous donner :

- 1 litre d’huile peut produire 12,69 kWh

Saisons Ej

[kWh/jr] Ea

[Kwh/saisons] Csjhj [l/jrs] Csahj [l/saisons]

L’été 200 36 500 15,752 2 874,663

L’hiver 255 46 538 20,08 3 665,20

Totale 455 83 038 35,832 6 539,863

Tableau 27 : Résumé des données en énergie et en consommation sur l'huile de Jatropha

b) Calcul de la quantité de gazole nécessaire en une saison

Le PCI massique du gazole est égal à 43,2 MJ/kg

1 kWh = 3,6 MJ, donc 1 kg de gazole peut produire 12 kWh.

1kg de gazole = 0,82 l

93

- 1 litre de gazole produira 14,63 kWh

Saisons Ej

[kWh/jr] Ea

[Kwh/saisons] Csjgaz [l/jrs] Csagaz [l/saisons]

L’été 200 36 500 13,667 2494,192

L’hiver 255 46 538 17,43 3180,09

Totale 455 83 038 31,092 5674,286

Tableau 28: Résumé des données en énergie et en consommation sur le gazole

On aura besoin de 5674,286 litres de gazole pour combler la demande d’énergie de cette

village.

c) Comparaison

Du coté énergie et consommation le gazole reste la meilleure option car Csagaz < Csahj.

8-4-2- Etude économique

Sur cette étude nous allons comparer les prix de ces 2 carburants.

a) Prix du gazole

Sur le marché actuel, le prix du gazole est de 3 400 ariary/litre et nous savons que ce prix

augmente petit à petit au fil du temps.

b) Prix de l’exploitation de l’huile de Jatropha

D’après une estimation, nous avons pu avoir le prix d’un kilo de graine de Jatropha, et le

cout de transformation de ce dernier en huile végétale brute.

Le prix d’un kilo de graine de Jatropha est de 650 ar environ.

Le prix de transformation pour produire 1 litre d’huile est de 1000 ar

Le rendement pendant la pression est de 33%, d’où il nous faut 3,3 kg de graine pour

produire 1 litre d’huile

Prix d’un kilo

(Ariary)

Unité Prix total

(Ariary)

Graine 650 3,3 2 145

Traitement 1000 1 1 000

Total 3 145

Tableau 29: Calcul du cout de production d'un litre d'huile

94

Donc le prix de l’huile de Jatropha est de 3 145 ariary par litre.

c) Commentaire

Il y a une différence de 255 ariary par litre qui n’est pas négligeable en long terme. En plus

les graines n’engendrent pas uniquement de l’huile, mais ils engendrent aussi des tourteaux sous

produis qui sont encore valeureux pour différente utilisation. La mise en valeur de ces tourteaux

est possible car ils peuvent être vendu pour avoir des revenus, on peut aussi les utiliser à titre de

projet alimentaire ou à titre de provende pour bétails.

8-4-3- Analyse technico-économique

Calculons d’abord les rapports consommation-prix du gazole et de l’huile de Jatropha.

Pour le gazole, μ𝑔𝑎𝑧 = 5674,286

3400= 1.668

Pour l’huile de Jatropha, μℎ𝑗 = 6 539,863

3145= 2.079

On voit que μgaz < μhj , d’où l’utilisation de l’huile de Jatropha est la plus avantageuse

technico économiquement.

Prix d’un litre

(ariary)

Quantité nécessaire

(Litres)

Couts du carburant annuel

(ariary)

Gazole 3 400 5 674 19 261 600

Huile de jatropha 3 145 6 539 20 565 155

Tableau 30: Comparaison du gazole et de l'huile de Jatropha par rapport à sa contribution

8-4-4- Autres avantages de l’utilisation de l’huile de Jatropha

Le transport du combustible liquide est un peu difficile et couteux et voire infaisable pour

certain endroit. En plus pour stocker ces milliers de litres, il nous faut un très grand réservoir, donc

il va falloir encore dépenser de l’argent pour le stockage.

Or, notre projet consiste à utiliser les ressources locales d’énergie. Si nous allons faire nous-

même la plantation ou si nous allons récolter les produits venant des petits producteurs nous

pouvons obtenir les quantités nécessaires de graines de Jatropha sans avoir recours au transport qui

nécessite encore d’autre budget.

95

Stocker le carburant à l’état liquide présente des risques car les propriétés carburant (du

gazole ou de l’huile) peuvent être dégradé à cause des pollutions ou la non étanchéité du réservoir.

Un remède à cela est de ne pas stocker l’huile de Jatropha mais de stocker les graines de Jatropha

dans un endroit simple, ce qui facilite le déplacement et réduit le cout de stockage.

Procéder hebdomadairement à la presse, et stocker l’huile brute nécessaire pour une

semaine dans des simples et mini réservoir.

8-5 Avantages et inconvénients

8-5-1- Inconvénients de l’utilisation d’un système hybride solaire biomasse pour une centrale électrique

a) Economie et finance

Sachant les indices suivants : faible densité de population, faible concentration des forges

et de la dispersion de l’habitat, assurer l’approvisionnement en électricité dans les zones rurales est

une tâche difficile en l’absence d’un mécanisme de subvention.

Au lieu de s’investir sur une centrale solaire ou un groupe électrogène seulement, la capitale

nécessaire sera grandiose, car nous devrions procurer les deux, sans oublier le financement sur la

culture de la plante Jatropha. Ils nécessitent des investissements substantiels et l’activité est

devenue encombrante.

b) Besoins en personnel qualifié supplémentaire

Pour contrôler le site de production électrique avec optimisation sur le rendement, la qualité

de service, il nous faut retenir sur place le personnel qualifié.

Pour la plantation, le traitement de la plante Jatropha, il nous faudra aussi beaucoup de

technicien supplémentaire

Cette technologie est significativement plus complexe que les solutions basées sur un

groupe électrogène seul. Cela participe à la création d’emploi mais il faut aussi les rémunérer ce

qui vas augmenter les couts.

96

8-5-2- Avantages de l’utilisation d’un système hybride solaire biomasse pour une centrale électrique

a) Economie et finance

La durée de remboursement des investissements est estimée à 12 ans, au lieu de 20 ans pour

la centrale solaire ou de 5-8 ans pour le Diesel à huile végétale.

Création d’emploi pour les habitants concernant la plantation de la plante et la production

d’huile de Jatropha.

b) Côté technique

Malgré la complexité du système, il y a beaucoup d’avantages qu’on peut en tirer.

Nous n’aurons pas besoin de système de stockage (parc batterie) qui nécessite un lourd

budget, ce qui élimine donc le maillon le plus problématique (et plus cher) d'une installation

autonome. En plus, on n’est pas obligé de faire un dimensionnement exact concernant le

photovoltaïque car la partie thermique comblera toujours les manques.

Il y a aussi une possibilité de réduction du prix d’accès et d’utilisation de l’énergie

électrique dans les zones éloignées du réseau.

Les principaux avantages apportés par l’hybridation d’une centrale de production sont

l’amélioration de la qualité du service, la réduction de la consommation de carburant, ainsi qu'une

diminution de l'utilisation du groupe électrogène.

c) Impact environnemental

Bien que les systèmes hybride sont devenus viables dans le développement économique, sa

participation dans la génération d’énergie de grande échelle est augmentée à cause des effets

environnementaux défavorables des sources conventionnelles d’énergie

Utilisation des sources d’énergie propre, qui n’est pas néfaste à l’environnement. Ce qui

contribue aussi à la protection de l’environnement et à la non dépendance en produit pétrolier qui

est nocif.

97

CONCLUSION

La dépendance à l’énergie pétrolière pour l’approvisionnement en électricité présente une

barrière qui limitera l’accès au développement économique de notre pays. Ce présent mémoire

nous à guider à faire un dimensionnement technique concernant l’aménagement d’un système

hybride solaire biomasse. Ainsi d’ouvrir de nouvelles visions sur l’évolution dans le domaine

énergies renouvelables à Madagascar.

Notre objectif est de savoir le nombre de panneau photovoltaïque et la puissance du groupe

électrogène à huile de Jatropha nécessaire pour combler le besoin électrique d’un village éloigné

du réseau interconnecté. Et aussi de savoir la quantité d’huile de Jatropha indispensable pour une

année, ainsi que le champ de culture nécessaire pour produire cette quantité. Nous avons aussi

exposé une solution pour abaisser la consommation pour une économie d’énergie et aussi pour

éviter les gaspillages sous forme d’excès de production. Notre seul souci est l’utilisation de l’huile

de Jatropha pendant l’hiver car le froid diminue ses propriétés carburant, ainsi des solutions

appropriées ont été proposées pour y faire face.

Du point de vue écologique, l’utilisation d’un système hybride solaire biomasse est parmi

les préférables car c’est cent pour cent propre. Sur le plan économique, c’est le coût

d’investissement initial qui sera un peu décourageant mais pendant l’exploitation, les dépenses

seront amorties.

Cette étude ne se limite pas à ce mémoire, elle nécessite encore des recherches plus

approfondies pour approuver la faisabilité de ce projet. Pour un pays riche en énergie solaire et

riche en terre mur comme Madagascar, l’utilisation de l’huile de Jatropha dans un système Hybride

Solaire Biomasse est tout à fait bénéfique et encourageant.

i

ANNEXES

ii

Annexe 1 : Rappels sur les unités de l’électricité

Volts (V) : Cette unité mesure la différence de potentiel, ou tension (notée « U »), entre

deux points d’un circuit électrique.

Ampères (A) : Il s’agit de l’intensité (notée « I ») d’un courant électrique circulant,

autrement dit la quantité d’électrons qui traverse un point du circuit en 1 seconde.

Ampère-heure (Ah) : Exprimé normalement en Coulomb, l’ampère-heure permet de

mesurer la quantité d’électricité passant par un point d’un circuit électrique en une heure.

Watt (W) : Le watt permet de mesurer la puissance (notée « P »). C’est-à-dire le produit de

la tension par l’intensité (P = U x I).

Watt crête (Wc) : Le Watt crête est la puissance maximale atteignable par un système

électrique donné, ici un panneau ou un ensemble de panneaux photovoltaïques. Cette

caractéristique est mesurée par les fabricants des cellules dans des conditions « standards »

(irradiation solaire de 1000 W/m2 ; température 25°c), ce qui permet de comparer les différentes

technologies et/ou modèles de panneaux entre eux.

Watt heure (Wh) : Il s’agit tout simplement de la puissance fournie par en une heure de

fonctionnement effectif. Cette mesure matérialise la quantité d’énergie vendue (ou achetée). Elle

est donc naturellement à la base de la facturation. Le Watt heure étant une assez petite quantité

d’énergie, on utilise souvent ses multiples : le Kilowatt heure (1 KWh = 1000 Wh) et le Mégawatt

heure (1 MWh = 1000 KWh = 1 000 000 Wh).

La puissance apparente (VA) : Exprimée en Volts-Ampères (ou Kilovolt-Ampère : KVA),

elle mesure la puissance réellement injectée dans le réseau par l’installation. En effet, comme tout

système, une installation perd une partie de sa production dans son propre fonctionnement.

iii

Annexe 2 : Différents types d’installations d’un système de

production électrique

Site isolé :

Le système n’est pas connecté au réseau électrique. La production est consommée sur place.

Ce type de montage permet d’électrifier un village éloigné du réseau, mais impose un

dimensionnement très exact pour éviter la coupure de courant.

Autoconsommation

Le système alimente un village qui est lui-même connecté au réseau. Un système de bascule

automatique permute sur le réseau électrique dès que la puissance produite est insuffisante

(délestage de puissance). Cette solution n’injectant pas de courant sur le réseau, se contente d’une

électronique simplifiée.

Autoconsommation avec revente de l’excédent de production :

Dans ce cas, dès que la production excède la consommation, le surplus est vendu à un

opérateur à un tarif spécial et avantageux (pour le moment), dit « tarif d’achat ». L’installation

injecte donc régulièrement du courant vers le réseau.

Le courant vendu devant être de bonne qualité, c’est-à-dire respecter des contraintes

précises de tension et de régularité même en cas d’ensoleillement irrégulier, il convient d’installer

un onduleur de bonne qualité. De plus, la présence d’un échange commercial oblige également à

implanter un compteur d’injection pour mesurer avec certitude la quantité d’énergie vendue.

Revente de la totalité de la production :

C’est le modèle de loin le plus utilisé, car le tarif d’achat est encore largement supérieur au

prix du kWh venant du réseau.

iv

Annexe 3 : Historique, Prix, Paramètre des hydrocarbures depuis

2009

v

vi

vii

Annexe 4 : le Logiciel PVGIS

Introduction

Le logiciel PVGIS est un excellent outil de simulation qui permet de calculer la production

de systèmes photovoltaïques connectés au réseau et aussi pour les sites isolés. Avec ce logiciel, Il

est possible d'estimer la puissance électrique générée par un système d'énergie solaire.

A l'aide de son interface Google Maps intégré, il est très facile d'obtenir les données de

production d'un système PV à partir des données d'ensoleillement précises du site intégrant

notamment les masques lointains liés au relief, collines, montagnes.

Utilisation du logiciel PVGIS pour les installations connectées au réseau

Une fois sur PVGIS, la première chose à faire est de naviguer sur la carte pour trouver le

site où seront implantés les panneaux solaires. Cliquez sur un point de la carte pour choisir

l'emplacement de vos panneaux.

Base de données de radiation

Sélection de la base de donnée d'ensoleillement "climate-SAF PVGIS" par défaut.

Technologie PV

Sélectionnez le type de panneaux qui correspond à votre installation. Vous avez le choix

entre :

- des panneaux photovoltaïques cristallins (mono ou poly)

- des panneaux couche mince type CIS (séléniure de cuivre et d'indium)

- des panneaux au tellurure de Cadmium (CdTe)

- Autre technologie photovoltaïque (silicium amorphe, cellules multicouches, etc...)

Puissance PV crête installée

C’est la puissance de notre installation en kWc

Pertes estimées du système [0 ;100] %

viii

C’est l’estimation des pertes liées aux câbles, au rendement des onduleurs, etc. La valeur

par défaut de PVGIS est de 14%. PVGIS ajoute automatiquement les pertes liées à la température

et à la réflexion de la lumière sur les panneaux.

PVGIS intègre une base de donnée de température et calcule donc automatiquement les

pertes de production liée aux températures moyennes réelles du site.

PVGIS intègre aussi une base de donnée topographique. Un graphique montre ainsi

l'horizon lointain du site concerné. Les pertes liées à ces masques sont donc prises en compte dans

la simulation.

Options montage fixé, Position de montage

Type d'intégration (support) des panneaux, vous avez le choix entre :

- Position libre = support ventilé (exemple structure triangulaire)

- Intégré au bâtiment = structure intégrée au bâtiment ou surimposée avec peu de

ventilation

Inclin. [0 ;90] ° : Inclinaison et pente des panneaux.

Optimiser l'inclinaison : Inclinaison optimale, cochez cette case si vous souhaitez que PVgis

calcule automatiquement l'inclinaison optimale en fonction du lieu d'implantation (latitude) et de

l'orientation de vos panneaux solaires.

Azimut ° :

Orientation des modules (angle variant de -180° à 180°. Est = -90°, Ouest = 90°, Sud = 0°)

Optimiser aussi l'azimut : orientation optimale, cochez cette case si vous avez entré une

valeur pour l'inclinaison et que vous voulez que PVGIS calcule automatiquement la meilleure

orientation en fonction de la latitude du lieu et de l'inclinaison de vos panneaux.

Options du système de poursuite :

C’est une option qui concerne seulement les systèmes PV avec un traqueur, (panneaux

montés sur un support amovible qui suit la course du soleil). Liste de choix de traqueur : axe

vertical, axe horizontal ou système à 2 axes.

ix

Annexe 5 : La situation de l’exploitation du Jatropha à

Madagascar en 2007

Les grands investisseurs

Jatropha, comme on l’a déjà dit, est planté depuis longtemps à Madagascar comme tuteur

des plants de vanille et de poivre. Mais en 2007, des acteurs se sont manifestés pour la promotion

de la culture de Jatropha. Suivant le mode de culture, ces acteurs peuvent être groupés en deux : la

production sur de grandes parcs et la production sur de petites surfaces

Entreprises Localisations à Madagascar Capacités

D1 BP Fuel Crop

Limited Boeny, Vakinankaratra, Alaotra Mangoro. 20 000 Ha

Green Energy

Madagascar (GEM)

S.A.R.L.

Fort Dauphin Tuléar 40 000 Ha

JatroGreen S.A.R.L à l’ouest d’Ambalavao (Haute Matsiatra) 3 000Ha

JSL Biofuels Analavory (Bongolava)

Ankarafantsika (Boeny) 300 Ha

Flora Ecopower Boeny 900 Ha

Plantation du Jatropha dans le cadre d'un développement rural

Eco Régional Initiatives (ERI)

Le programme EcoRegional Initatives (ERI) qui est financé par USAID, intervient dans

deux endroits à Madagascar : premièrement le long du corridor forestier Andringitra -Ranomafana

(ERI Fianarantsoa), deuxièmement le long du corridor Andasibe/Mantadia – Zahamena (ERI

Toamasina). En principe, ERI propose la culture de Jatropha dans les deux régions avec des

incitatifs financiers. Le but du programme est l’amélioration de la situation socio-économique dans

les régions d’intervention, mais aussi l’amélioration du système de culture, la réduction du risque

d’érosion, etc.

x

Programme de Lutte Anti-Erosive (PLAE)

Le PLAE est financé par le Ministère de l’Agriculture et de la Pêche (www.plae-

mada.com). PLAE travaille depuis le début de l'année 2008 sur 5 sites. Il soutient des travaux de

lutte antiérosive. Dans ce contexte, PLAE encourage la culture de Jatropha, qui s’est avéré utile

dans la réduction de l’érosion par le vent et l’eau.

Entreprises et projets en gestation

La liste des entreprises qui projettent de planter du Jatropha à Madagascar s’est

considérablement allongée. Elle symbolise l’intérêt croissant des investisseurs pour la question de

la production d’énergie bio.

Entreprises Localisations à

Madagascar Projets

Bio Energy Limited (BEL) Sofia 120 000 Ha

NEO new ecologic oil Tsiroanomandidy

(Bongolava) 30 000 Ha

NOTS Renewable Energy

B.V.

Maevatanana (Betsiboka)

Itasy 5 000 Ha

J-Oils Diana 10 000 Ha

Avana Group Analamanga 10 000 Ha

Bio Energy Invest Boeny 2 000 Ha

Oji Paper Group - 30 000 Ha

Projet Delta Jatropha

Madagascar (PDJM) Antsohihy (Sofia) 30 000 Ha

Tezzo Renewable Energy

(TRE) Atsimo Andrefanana 100 000 Ha

xi

Annexe 6 : Glossaires

Minoterie industrielle

Une minoterie est un grand établissement où se préparent les farines de céréales qui doivent

être livrées au commerce.

Polders

Un polder désigne une étendue artificielle de terre conquise sur la mer grâce à des digues,

des barrages et dont le niveau est inférieur à celui de la mer. Les polders sont réalisés par drainage

provoquant l'assèchement de marais, de lacs, ou de zones littorales.

Paléolithique

Le Paléolithique est l'une des grandes périodes de la Préhistoire (comme le Néolithique ou

l'âge des Métaux). Il commence il y a 3 millions d'années lorsque les premiers Hommes

apparaissent et travaillent des pierres pour en faire des outils.

Araires

Instrument de labour à traction animale, qui rejette la terre de part et d'autre du sillon, à la

différence de la charrue, qui retourne la terre.

Vitesse de libération

Vitesse minimale que doit atteindre théoriquement un corps pour s'éloigner indéfiniment d'un

astre, sous certaines conditions, malgré l'attraction gravitationnelle de ce dernier.

Distance moyenne Terre/Soleil 1 UA

Une unité astronomique (symbole : UA) est la distance moyenne de la Terre au Soleil. Une

UA vaut 149.597.870.700 m. C'est une unité souvent utilisée pour les distances dans le Système

solaire, ou pour l'écartement de deux étoiles dans un système double.

Décennale

Qui dure 10 ans

Bâtiment bioclimatique

Bâtiment dont l'implantation et la conception prennent en compte le climat et

l'environnement immédiat, afin de réduire les besoins en énergie pour le chauffage, le

refroidissement et l'éclairage.

xii

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xiii

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[18] Alfons Üllenberg, Pour Deutsche Gesellschaft für technische Zusammenarbeit(GTZ), « Jatropha à

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[22] RAZAFINDRABE Mamonjiniaina Faly, « contribution à l’étude des effets du biodiesel de

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[31] Patrick HOUÉE, « Une installation photovoltaïque en site isolé », Forum des technologies,

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[33] Club des Agences et Structures nationales africaines en charge de l’Électrification Rurale (Club-

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xiv

WEBOGRAPHIE [1] www.explorateurs-energie.ch

[2] www.explorateurs-energie.ch

[3] www.ademe.fr

[4] www.qualipv.org

[5] www.energie.gov.mg/

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[14] groupelectro2.canalblog.com

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[17] lenergeek.com

[18] biblio.univ-antananarivo.mg

[19] www.memoireonline.com

AUTEUR : RAKOTONDRAZAFY Ny Aina Toky Mahenina

Contact : 034 69 652 62 / 033 29 177 84

E-mail : toky6mahenina@gmail.com

Titre : « CONTRIBUTION A LA MISE EN VALEUR DE L’HUILE DE JATROPHA

COMME CARBURANT DANS LE CADRE DE L’AMENAGEMENT D’UN SITE DE

PRODUCTION ELECTRIQUE HYBRIDE SOLAIRE BIOMASSE »

Nombres de pages : 97

Nombres de figures : 51

Nombres de Tableau : 30

Résumé

Dans cette ouvrage, on a expérimenté que la difficulté d'approvisionnement en électricité

dans les zones rurales et de la mauvaise utilisation des énergies renouvelables argumentent

l'utilisation d'une centrale hybride solaire biomasse. Fort de son caractère endémique en matière

d’espèces végétales pour Madagascar, le Jatropha Curcas est considéré comme la plante capable

de produire l’huile idéale pour prévoir certaine solution à la situation énoncée.

Les calculs ont été présentés de la manière la plus économique pour un développement à

faible coût. Malgré les difficultés techniques, il s'agit d'un projet très prometteur d'un point de vue

économique et environnemental.

Mot clés : Hybride, Panneau photovoltaïque, Moteur Diesel, Huile de Jatropha

Abstract

In this book, it has been experimented that the difficulty of electricity supply in rural areas

and of the bad use of renewable energies argue the use of a hybrid solar biomass power station.

With its endemic nature of plant species for Madagascar, Jatropha Curcas is considered the plant

capable of producing the ideal oil to provide some solution to the situation stated.

The calculations were presented in the most economical way for low cost development.

Despite the technical difficulties, this is a very promising project from an economic and

environmental point of view.

Key Words: Hybrid, solar panel, diesel engine, Jatropha Oil.