Soutenance mémoire
INTRODUCTION
L’exploitation du potentiel hydraulique est une des solutions envisageables pour résoudre le problème d’énergie auquel fait face actuellement Madagascar. En effet, classée dans la catégorie des énergies renouvelables, l’énergie hydroélectrique est la plus propre et la mois chère (en terme prix de revient) de toute autre forme de production d’énergie électrique. Cependant, l’importance des investissements nécessaires pour la construction d’un aménagement hydroélectrique freine son développement dans les pays sous développés. Pour apporter sa part de contribution dans la résolution du problème de manque d’énergie à Madagascar, la société AGRICO opérateur privé indépendant , sous l’assistance technique, et l’autorisation de l’ADER,envisage de se lancer dans l’exploitation de Centrale hydroélectrique . Elle estime que l’aménagement d’un site hydroélectrique sur la chute de la rivière d’Anorano affluent d’Ikalariana entre dans le cadre de cette contribution. Le but principal de notre projet est de:
• Elaborer un projet-pilote pour l’électrification des régions rurales, en utilisant le réseau hydro agricole existant pour produire de l’énergie électrique.
• Apprendre à la population rurale, à se servir de l’énergie électrique
• Stimuler et à encourager la fondation de petites entreprises en mettant l’énergie électrique à la disposition de la population agricole.
Le site d’Anorana se prête parfaitement à ce projet. Le présent mémoire a pour objet de :
• Présenter une étude de faisabilité du projet : dans son ensemble, l’étude comportera trois grandes parties :
– Présentation de la zone du projet
– Etude Technique
– Etude Economique
Le canal d’amenée et la chambre de mise en charge
Le canal d’amenée est l’ouvrage qui relie la prise d’eau à la chambre de mise en charge. Comme notre terrain est constitué de l’argile plus ou moins consolidé et imperméable, il nous offre l’opportunité de faire un canal en terre de profil trapézoïdale pour pouvoir transiter le débit dérivé de 0,45 m3/s. Le canal d’amenée est muni d’un déversoir latéral pour guider le surplus d’eau et afin d’éviter une inondation. La chambre de mise en charge est l’ouvrage de raccordement entre le canal d’amenée à ciel ouvert et la conduite forcée. Elle doit assurer toutes les fonctions permettant de conditionner parfaitement l’eau pour son entrée en conduite puis en turbine, à savoir :
– assurer la propreté intégrale de l’eau à son entrée en conduite
– prévoir l’inondation maximale en cas d’arrêt de la turbine.
Elle reçoit la vanne de garde de la conduite forcée et permet d’éviter les variations intempestives du niveau d’eau sur l’arrêt ou démarrage du groupe hydro –électrique La chambre de mise en charge joue le rôle d’un bassin de décantation pour les particules solides en suspension, et une grille qui retient les déchets flottants charriés par le cours d’eau. L’espacement entre les barreaux de la grille est dimensionné pour retenir les déchets que ne peut supporter la turbine. Elle contient également un déversoir par lequel s’écoule l’eau qui n’est pas consommée par la turbine. Il est dimensionné pour le débit maximum de l’installation en cas d’arrêt de la turbine.
Le canal de fuite et côte d’implantation de la turbine
Le flux sortant de la turbine s’évacuera dans la rivière par le biais d’un canal ouvert rectiligne .Le canal de fuite aura une section rectangulaire de largeur égale à 1 m, la hauteur d’eau au début de ce canal déterminera le niveau du plan d’eau dans la fosse d’aspiration. Comme la hauteur d’aspiration maximale est de 3 m (limité par cavitation), la côte d’implantation de la turbine (axe de la turbine) sera de : 11,27 m Pour le débit d’équipement, le niveau de ce plan d’eau sera de 9,9 m. (Cf annexe : profil en long planche n°02).
Inox ou acier : avantage et inconvénient
Vu l’ambiance humide dans laquelle est utilisée la machine, les problèmes de corrosion et de formation de rouille seront importants si on n’utilise pas des matériaux protégés par un traitement de surface adéquat ou passif à ce genre d’attaque. Par exemple, si on emploie un acier non traité , la rouille prenant beaucoup plus de place que l’acier, les profilés encastrés dans le chambrage des tôles deviendront solidaires de ces dernières. Malheureusement, la forme du profilé offre une grande surface d’attaque pour la rouille. La solution serait d’opter pour un acier inoxydable comme matière première. Il faut étudier l’impact de cette solution en vérifiant qu’elle est inférieure à 20% du coût total de la turbine, ce qui la rendrait acceptable. Les inconvénients des aciers inoxydables : sont le prix de la matière première et une augmentation du prix de transformation des pièces (usinage et pliage). Par contre, les avantages sont la disparition du coût des traitements de surface à réaliser pour protéger les aciers XC45 et des déplacements en découlant. Comme choix pour la première Banki ; il sera aussi plus facile d’apporter des modifications aux pièces réalisées en acier standard, cette matière étant plus facilement usinable. De plus, le budget alloué pour la réalisation de ce prototype est limité. L’emploi d’un acier inoxydable ne se justifie donc pas pour la première turbine surtout en milieu rural. Par conséquent, les aubes ainsi que le reste des éléments de la turbine seront fabriqués en matériaux qu’on peut souder : qui est l’acier de nuance XC 45 S
CONCLUSION
Une micro centrale hydroélectrique pilote devrait d’abord être mise en œuvre et utilisé à des fins démonstratives pour promouvoir la micro hydroélectricité au niveau local. Le site d’Anorano s’est montré idéal pour le développement d’une microcentrale de 27 Kw, avec une hauteur de chute de 11m et un débit d’équipement de 0,36 m3 /s, pouvant jouer ce rôle. Pour une vente d’électricité à une marge bénéficiaire de 30% du prix de revient, avec les mêmes besoins d’énergie annuelle, le pouvoir d’achat d’électricité disponible pour chaque classe de population est largement suffisant, qu’elles pourront même utiliser le reste à d’autres fins. La comparaison du budget énergétique annuel sans électricité à celui de son équivalent électrique nous a permis de confirmer la nécessité de cette microcentrale hydroélectrique. Après constat les dépenses énergétiques ont diminué après usage d’énergie électrique La réalisation de ce projet donc permettra de rehausser le niveau de vie de la population, tout en diminuant de 4 à 50%, leur budget énergétique annuel, leur permettant ainsi d’économiser sur leur revenu.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
DECLARATION SUR L’HONNEUR
LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ANNEXES
LISTE DES CARTES
LISTE DES GRAPHES
LISTE DES FIGURES
INTRODUCTION
PARTIE I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDES
Chapitre.I : PRESENTATION DE LA ZONE DU PROJET
I.1. LOCALISATION
I.2. APERÇU GEOLOGIQUE, CLIMATOLOGIQUE ET PEDOLOGIQUE
I.3. DONNEES SOCIO – ECONOMIQUES
I.3.1. Structure d’agglomération
I.3.2. Répartition de la population par classe d’âge et par sexe
I.3.3. Catégories Socio Professionnelles
I.3.4. Enseignement
I.3.5. Santé Publique
I.3.6. Sécurité Publique
I.3.7. Agriculture
I.3.8. Elévage
I.3.9. Autres activités économiques
I.3.9.1. Artisanat
I.3.9.2. Commerce
I.3.9.3. Industrie
Chapitre.II : PRESENTATION DU PROJET
II.1. DESCRIPTION DE L’AMENAGEMENT HYDRO AGRICOLE EXISTANT
II.2. DESCRIPTION GENERALE DU PROJET
II.2.1. Description des ouvrages
II.2.1.1. La prise
II.2.1.2. Le canal d’amenée et la chambre de mise en charge
II.2.1.3. La conduite forcée
II.2.1.4. L’usine
II.2.1.5. L’aspirateur diffuseur
II.2.1.6. Le canal de fuite et côte d’implantation de la turbine
II.3. DONNEES FONDAMENTALES DU PROJET
II.3.1. Fondamentaux hydrologiques
II.3.1.1. Caractéristiques topographiques
II.3.1.2. Estimation des débits
II.3.1.3. Le débit moyen mensuel
II.3.1.4. Le débit moyen annuel
II.3.1.5. Les débits caractéristiques
II.3.1.6. Estimation des apports
II.3.2. Besoin en eau pour usage agricole
II.3.2.1. Calendrier cultural et débit utile
II.3.3. Débit disponible pour le projet et productibilité annuelle disponible
Chapitre.III : ETUDES SOCIO-ECONOMIQUES DU PROJET
III.1. GENERALITES
III.2. BUDGET ENERGETIQUE DANS LE TERRITOIRE DU PROJET
III.2.1. Besoin énergétique actuel par classe
III.2.1.1. Mode d’éclairage et d’alimentation électrique
III.2.1.2. Modes de consommation d’énergie électrique de chaque classe
a. Durées d’utilisation moyenne des éclairages et des équipements de ménage
b. Autre secteur consommateur d’énergie
III.2.2. Budget énergétique annuel par classe
III.2.3. Part du budget énergétique par rapport aux revenus par classe
III.2.4. Equivalence électrique des besoins énergétique par classe
III.2.5. Pouvoir d’achat énergétique par classe
III.3. PREVISION DE LA DEMANDE EN ENERGIE ELECTRIQUE
III.3.1. Hypothèses
III.3.1.1. Répartition journalière de la puissance appelée
III.3.1.2. Répartition journalière de la puissance appelée de charge Mahazoarivo
III.3.1.3. Répartition journalière de la puissance appelée de charge Ambalavato
III.3.1.4. Répartition journalière de la puissance appelée de charge Miarinkofeno
III.3.1.5. Répartition journalière de la puissance appelée de charge Tsimahajinga
III.3.2. Courbe de charge journalière et consommation d’énergie électrique pour le territoire de projet
III.3.3. Evolution de la demande d’énergie en kwh
III.3.3.1. Charge de pointe
III.3.3.2. Monotone de charge
III.3.3.3. Monotone de charge simplifiée
III.3.3.4. Monotone de charge de l’année n
a. Hypothèses
b. Puissance de début de pointe Pi (n) et Puissance minimale demandée Pb (n)
c. Facteur de charge de l’année n
PARTIE II : ETUDES TECHNIQUES
Chapitre.IV : ETUDE PREALABLE DU SITE
IV.1. GENERALITES
IV.2. LE DEBIT D’EQUIPEMENT
IV.3. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES DE L’AMENAGEMENT
IV.3.1. La prise
IV.3.1.1. Lame d’eau déversant en période d’étiage
IV.3.1.2. La section de la prise
IV.3.1.3. La largeur de la prise
IV.3.1.4. Longueur de l’ajutage
IV.3.1.5. Perte de charge sur la prise d’eau
a. Perte de charge sur la grille de prise
b. Perte de charge par contraction à l’entrée de la prise
IV.3.1.6. Résultats
IV.3.2. Canal d’amenée
IV.3.2.1. Détermination des vitesses seuils : vitesses maximales et vitesses minimales
IV.3.2.2. Dimension préalable du canal d’amenée
IV.3.2.3. Résultats
IV.3.2.4. Etude de la ligne d’eau par la méthode des différences finies
a. Définition
b. Equation différentielle du mouvement graduellement varié
b.1. Hypothèses
b.2. Equation différentielle
c. L’énergie dans des écoulements en canal
d. Nombre de Froude
e. Résultats
IV.3.3. La chambre de mise en charge
IV.3.3.1. Largeur de la chambre est de
IV.3.3.2. Hauteur d’eau au dessus de l’axe de l’entrée de la conduite
IV.3.4. La conduite forcée
IV.3.4.1. Le diamètre de la conduite forcée
IV.3.4.2. L’épaisseur de la conduite
IV.3.4.3. Vérification de la surpression due au coup de Bélier
a. Vitesse d’onde de choc
b. Temps critique
c. Résultats
IV.3.4.4. Les pertes dans la conduite forcée
a. Perte de charge par frottement hgr 🙁 Layman’s Guidebook) formule de KIRSCHMER
b. Perte à l’entrée de la conduite hc
c. Perte au passage de la vanne de pied hv
d. Perte de charge par frottement la grille hgr
e. Perte de charge dans l’aménagement
IV.3.5. La Hauteur nette Hn
IV.3.6. Usine
IV.3.6.1. Turbine
a. Choix de la turbine
b. Le rendement
c. Vitesse de rotation
d. Dimension constructive de la turbine
d.1. Organigramme de calcul
d.2. Calcul et dimensionnement de la turbine
d.2.1. Notation
d.2.2. Hypothèses
d.2.3. Les données disponibles
d.2.4. Calcul hydraulique et géométrique de la roue
d.2.5. Choix de l’épaisseur des tôles utilisées selon les puissances
d.2.6. Calcul mécanique d’une aube
d.2.7. Caractéristiques géométriques de l’arbre
d.2.8. Caractéristique mécanique de l’arbre
d.2.9. Calcul hydraulique de la dimension constructive du distributeur et de la vanne secteur
d.2.10. Caractéristique géométrique du distributeur
d.2.11. L’Admission
d.2.12. Caractéristique géométrique de la bâche
d.2.13. Calcul mécanique de la vanne secteur
d.2.14. Vérification de la résistance de la vanne secteur
d.2.15. Calcul du diamètre de l’axe de la vanne secteur
d.3. Choix des matières premières ou des matériaux
d.4. Inox ou acier : avantage et inconvénient
d.5. Les paramètres fondamentaux de la turbine
IV.3.6.2. Alternateur
a. Choix du type de générateur
IV.3.6.3. Transmission
IV.3.6.4. Contrôle commande et régulation
IV.3.6.5. Armoire électrique de commande et contrôle de protection
IV.3.6.6. Bâtiment central
IV.3.6.7. Réseau de distribution BT
a. Caractéristiques
b. Chute de tension
c. Récapitulation
IV.3.6.8. La restitution
IV.3.6.9. Puissance installée
IV.3.6.10. Fiche synoptique de l’aménagement
PARTIE III : ETUDES ECONOMIQUES
Chapitre.V : Coût estimatif du projet
V.1. Introduction
V.2. Investissement
V.2.1. Production électrique simulée
V.2.2. Génie civil et conduite
V.2.3. Équipements électromécaniques
V.2.4. Lignes
V.2.5. Récapitulation générale de l’investissement
Chapitre.VI : Étude Economique du projet
VI.1. Structure du capital et financement envisagé
VI.2. Les charges de fonctionnement
VI.2.1. Charges annuelles en Ariary avec emprunt
VI.2.2. Charges fixes annuelles sans emprunts
VI.3. Production annuelle potentielle et production vendable
VI.3.1. Prix de revient économique de l’Energie
VI.3.1.1. La valeur actuelle nette (VAN)
VI.3.1.2. Prix de revient économique
a. Prix de revient économique annuelle avec emprunt
a.1. Le prix de revient moyen réel actualisé du kwh
b. Prix de revient économique sans emprunt
b.1. Prix de revient moyen réel actualisé du kwh
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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