Soutenance mémoire
Le monde que nous vivons actuellement est en face d’une crise énergétique. Les ressources fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon) qui occupent 77,2 % des ressources utilisées deviennent plus en plus chères et présentent des risques réels d’épuisement. En plus, elles sont des menaces pour l’environnement en dégageant des gaz à effet de serre qui entraine l’échauffement planétaire. Tous ces problèmes nous font considérer de plus en plus les sources d’énergies renouvelables. La biomasse, l’hydraulique, l’éolienne et le solaire sont parmi ces sources d’énergie.
Besoins énergétiques croissants dans le monde
La consommation mondiale d’énergie vers 1950 était de l’ordre de 2 Gtep/an. Elle devrait passer d’environ 10 Gtep/an en 2000 à 17 Gtep/an en 2030 [4]. Une grande partie de cette nouvelle demande est formulée par les pays en voie de développement surtout la Chine. L’augmentation rapide de la population des pays en voie de développement rend bien sur, ce problème crucial. Selon les Nations unies, la population mondiale, au milieu des années 1990, était légèrement supérieure à 5 milliards d’habitants ; elle pourrait atteindre 10 milliards en 2040. 8 milliards de personnes vivront alors dans des pays à économie en croissance rapide et dont les besoins énergétiques augmenteront.
Epuisement des ressources fossiles
Les énergies fossiles sont essentiellement les combustibles solides, liquides ou gazeux comme respectivement le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Les réserves de pétroles et des gaz sont difficilement accessibles (fond des océans, par exemple) et mal répartie à la surface de notre planète : 77% du pétrole et 39% du gaz disponible sont concentrés dans les pays de l’OPEP, alors que les Etats-Unis et l’Ex-URSS, la Chine, l’Australie et l’Afrique du Sud possèdent près de trois quart des réserves mondiales de charbon. Au rythme de la consommation mondiale actuelle de l’énergie, selon de nombreux experts, les réserves de pétrole et de gaz naturels seraient épuisées dans une cinquantaine d’années ; celles de charbon dans deux cents ans.
SECTEUR « ENERGIE » A MADAGASCAR
Situation et contrainte
Madagascar dispose de considérables ressources d’énergie essentiellement renouvelable (hydraulique, solaire, éolienne, …), mais la consommation énergétique globale reste encore très faible. Cette consommation énergétique est dominée par le bois et ses dérivés qui représentent plus de 80 % de la demande. Les autres faits marquent que le pays importe les produits pétroliers et le taux de couverture nationale en électricité n’est que d’environ 24 % en fin 2005. Le cout de l’énergie est élevé pour contribuer efficacement au développement social et économique. Aujourd’hui, très peu de personnes à Madagascar ont accès à des sources d’énergie moderne, ce qui est un handicap au développement car la population qui n’a pas accès utilise des énergies de qualité pas très bonne, inefficaces et souvent polluantes, à des couts élevés. Les ménages qui ne sont pas raccordés au réseau électrique dépensent en moyenne entre 2 et 10 fois pour un confort nettement moindre. Les infrastructures de production et de distribution électrique sont insuffisantes et une grande partie des installations existantes sont vétustes et ne pourraient plus satisfaire la demande toujours croissante. Certaines installations sont saturées et ne sont plus fiables. De l’autre coté, les ressources d’énergies renouvelables sont peu exploitées. Cette situation constitue un handicap au développement du pays et un frein à la compétitivité industrielle.
Utilisation de l’énergie solaire à Madagascar
A Madagascar, les études sur l’énergie renouvelable ont commencé depuis les années 70. Au mois d’Octobre 1978, la Délégation Universitaire aux Energies Nouvelles (DUEN) a été mis en place. Elle est chargée de l’élaboration, au niveau de l’Université, des programmes de Recherches – Développement et Formation dans les domaines des ENR. On a crée le Centre National de Recherches Industrielles et Technologiques (CNRIT). Le CNRIT dispose des équipes spécialisées dans le domaine des ENR. Actuellement, la DUEN est remplacée par l’Institut pour la Maîtrise de l’Energie (IME). Des projets pilotes ont été réalisés, par exemples, des foyers améliorés, des séchoirs solaires, des chauffes eau solaires, des microcentrales hydrauliques, des réfrigérateurs solaires, etc. Depuis 1990, 1000 systèmes sont installés en zones rurales pour des usages communautaires. La puissance totale installée fonctionnelle est d’environ 300 kW. Pour l’application thermique, environ 1 200 m2 de capteurs solaires sont installés à Madagascar. L’exploitation des sources d’énergies renouvelables reste au niveau de projets pilotes. Actuellement, les projets sont intégralement subventionnés ou dépendant des financements publics. Le coût du kWh d’énergie des systèmes reste hors de portée pour les populations rurales sans la mise en place d’un mécanisme financier de subvention. La pérennité des nombreuses installations solaires existantes à usage communautaire est en péril. Il est important d’adopter et de mettre en œuvre un mécanisme d’exploitation technique et financière adapté aux installations à usage communautaire.
GISEMENT SOLAIRE
Systèmes énergétiques solaires
Un système énergétique solaire est un système mis en place en un lieu donné pour fournir, à partir de l’énergie solaire, de l’énergie sous une forme ou sous une autre ; par exemple en énergie thermique, en énergie mécanique, en énergie électrique.
Un système énergétique a la structure suivante :
– Entrée :
➤ le rayonnement solaire local
➤ l’environnement géographique et climatique
➤ éventuellement une ou plusieurs sources énergétiques d’appoint
– Transfert :
➤ des dispositifs de captation du rayonnement solaire, avec ou sans concentration
➤ des éléments de conversion d’énergie d’une forme en une autre
➤ des organes de pilotage et de régulation
– Sortie :
➤ des dispositifs de distribution pour une ou plusieurs utilisations
– Stockage :
➤ des éléments tels que des réservoirs d’eau, des batteries électriques, des volants à inertie .
Voici quelques exemples de système énergétique solaire :
– fourniture d’eau chaude sanitaire avec appoint électrique dans une maison individuelle
– pompage d’eau en zone sec avec générateur photovoltaïque
– centrale électrique .
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : ENERGIE – GISEMENT SOLAIRE
1.1 BESOINS ENERGETIQUES – PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT
1.1.1 Besoins énergétiques croissants dans le monde
1.1.2 Epuisement des ressources fossiles
1.1.3 L’énergie et l’environnement
1.1.2.1 Protocole de Kyoto
1.1.2.2 Energies renouvelables
1.1.2.3 Disponibilité de la ressource solaire
1.2 SECTEUR « ENERGIE » A MADAGASCAR
1.2.1 Situation et contrainte
1.2.2 Taux d’électrification très faible
1.2.2.1 Electricité
1.2.2.2 Taux d’électrification très faible
1.2.3 Energies renouvelables à Madagascar
1.2.2.3 Potentiel d’énergie renouvelable à Madagascar
1.2.3.1 Utilisation de l’énergie solaire à Madagascar
1.3 GISEMENT SOLAIRE
1.3.1 Systèmes énergétiques solaires
1.3.2 Gisement solaire
1.3.2.1 Généralités
1.3.2.2 Composantes du rayonnement solaire incident au sol
1.3.2.3 Fluctuation temporelles
1.3.2.4 Flux, puissance, énergie
Chapitre II : LA TERRE ET LE SOLEIL – ESPACE ET TEMPS
2.1 QUELQUES NOTIONS D’ASTRONOMIE
2.1.1 Soleil
2.1.2 Terre
2.1.3 Mouvements de la terre
2.1.3.1 Révolution autour du soleil
2.1.3.2 Rotation sur elle-même
2.1.3.3 Conséquences
2.2 REFERENTIELS LIES A LA TERRE
2.2.1 Référentiel équatorial local (X1, Y1, Z1 ; P)
2.2.2 Référentiel horizontal local (X2, Y2, Z2; P)
2.2.3 Relations utiles
2.3 INCIDENCE DU RAYON SOLAIRE SUR UNE SURFACE
2.3.1 Dans le système d’axes local (X2, Y2, Z2 ; P)
2.3.2 Dans le système d’axes équatorial local (X1, Y1, Z1 ; P)
2.3.3 Surface constamment normale au rayon solaire
2.4 REPERE DANS LE TEMPS
Chapitre III : LE RAYONNEMENT SOLAIRE
3.1 RAPPELS SUR LE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
3.1.1 Sources de rayonnement
3.1.1.1 Le flux énergétique
3.1.1.2 Intensité d’une source ponctuelle
3.1.1.3 Luminance d’une source étendue
3.1.1.4 Emittance d’une source étendue
3.1.1.5 Eclairement
3.1.2 Emission du rayonnement
3.1.2.1 Corps noir et corps réels
3.1.3 Transmission d’un rayonnement monochromatique
3.1.3.1 Absorption
3.1.3.2 Diffusion
3.1.4 Réflexion spectrale
3.1.2.2 Transmission d’un rayonnement polychromatique
3.1.2.3 Albédo d’une surface
3.2 LE RAYONNEMENT EMIS PAR LE SOLEIL
3.2.1 Constante solaire
3.2.2 Spectre solaire
3.2.3 Energie émise
3.3 EFFETS DE L’ATMOSPHERE SUR LE RAYONNEMENT SOLAIRE
3.3.1 Masse d’air ou masse atmosphérique
3.3.2 Constituants de l’atmosphère
3.3.2.1 Constituants gazeux fixes
3.3.2.2 Constituants gazeux variables
3.3.2.3 Aérosols
3.3.2.4 Nuages
3.3.3 Transmission du rayonnement solaire à travers l’atmosphère
3.3.3.1 Absorption des radiations par les gaz
3.3.3.2 Diffusion des radiations par les gaz
3.3.3.3 Diffusion par les aérosols
3.3.3.4 Rôle des nuages
CONCLUSION
