Soutenance mémoire
La situation énergétique mondiale
La situation énergétique internationale est avant tout marquée par des risques et des incertitudes. Des ambiguïtés liées à l’épuisement des ressources fossiles mais aussi et surtout au réchauffement de la planète vue que nul ne peut prédire ses conséquences sur les plans socioéconomiques, géographiques et politiques [22]. Actuellement, la maîtrise des dépenses d’énergie dans le monde devient une exigence imputable pour faire face au défi du changement climatique. Cette vision forme l’une des clefs de voûte de la démarche globale de développement durable du sommet de Rio de Janeiro en Juin 1992. Dès lors, sous l’égide de l’Organisation des Nations Unies ou ONU, le protocole de Kyoto en 1997, le Sommet de Johannesburg de 2002 et les conférences sur le climat de Copenhague en 2009 et de Cancun en 2010 sont les grandes dates qui jalonnent le déploiement au niveau mondial, d’une démarche stratégique vers un développement durable [35] [W_5]. Présente sous diverses formes dans notre quotidien, l’énergie est consommée de façon inégale dans le monde : en effet, la consommation moyenne annuelle d’un Américain est de 14MWh par an, celle d’un Européen de 6MWh, et celle d’un Chinois ou d’un Indien de l’ordre de 1MWh [12]. La demande augmente du fait des besoins grandissant d’une population croissante et cela génère un impact néfaste direct sur l’environnement car 85% des besoins énergétiques sont aujourd’hui couverts par les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz), émetteurs de gaz à effet de serre. Entre autre, la hausse des prix du pétrole entre 2004 et 2008 a clairement montré l’importance de diversifier le portefeuille énergétique, de s’employer résolument à améliorer l’efficacité énergétique et de mieux s’armer pour faire face à la forte instabilité des prix de l’énergie et aux crises futures. Les cours mondiaux moyens du pétrole ont augmenté de 29 dollars le baril entre 1999 et 2001, à 97 dollars en 2008. De nos jours, le cours du pétrole flambe aux alentours de 110 dollars le baril. En bref, l’environnement extérieur a considérablement changé, avec une profonde incidence sur le secteur de l’énergie [22]. Tout d’abord, le marché mondial de l’énergie a été pris de court par la flambée récente des prix mondiaux des combustibles et l’instabilité due au resserrement rapide de la marge entre l’offre et la demande.
La situation énergétique dans les pays en voie de développement
Il est clair que les ressources énergétiques jouent un rôle crucial dans le développement économique et la réduction de la pauvreté : en effet, de nombreux pays en développement, en particulier en Afrique subsaharienne et en Asie du Sud, souffrent de l’insuffisance et du manque de fiabilité des ressources en électricité. L’un des principaux défis à relever dans la plupart des pays en développement est d’assurer un approvisionnement en électricité plus fiable et à la hauteur des besoins, tout en permettant à l’ensemble de la population d’avoir financièrement accès à des services énergétiques modernes. Pour répondre aux besoins énergétiques des pays en développement et enrayer le réchauffement de la planète, il faudra mener une action mondiale obligatoire. Les pays en développement ont besoin de ressources énergétiques plus abondantes et moins polluantes pour faire reculer la pauvreté et s’engager sur la voie d’une croissance soutenue. Le débat sur l’avenir de l’énergie mondiale tourne autour de la question de savoir comment développer les ressources et élargir l’accès des pauvres à l’énergie, de manière à répondre aux besoins de la génération actuelle et de toutes les générations futures. La nouvelle stratégie énergétique décrit la manière dont le Groupe de la Banque mondiale entend faire face à des besoins plus pressants les uns que les autres, promouvoir les synergies et examiner les arbitrages qui s’imposent [22]. Le faible taux d’approvisionnement énergétique des populations surtout, rurales dans les pays en voie de développement constitue un handicap majeur pour le développement socioéconomique de ces zones. Sur la base de ce constat et afin de réduire les disparités entre les milieux urbain et rural, plusieurs pays ont entamé la mise en œuvre de politiques énergétiques visant, d’une part, l’amélioration de l’efficacité des modes de consommation en énergie et d’autre part, l’exploitation des sources d’énergies renouvelables.
Le potentiel solaire malgache
L’énergie incidente de l’ordre de 2.000 kWh/m²/an, soit plus de 2 800 heures d’ensoleillement par an, place Madagascar parmi les pays riches en énergie solaire [30]. Le solaire est exploité actuellement pour le chauffage de l’eau, le séchage des produits agricoles et la génération d’électricité pour les télécommunications, l’éclairage, la conservation des médicaments et le pompage. La baisse des prix des générateurs rendrait cette technologie attractive pour les utilisateurs potentiels. De plus, il existe de nombreux sites isolés où le solaire est la seule alternative. La solaire thermique présente aussi beaucoup de perspectives en milieu urbain. Le remplacement progressif des systèmes de chauffage dans les hôtels, hôpitaux et habitations contribuera à écrêter la demande durant les périodes de pointe. Pour le séchage solaire, le marché est encore à exploiter et les installations existantes n’ont pas fait l’objet de publicité. Pour faciliter un accès croissant à cette source d’énergie, une réelle vulgarisation est nécessaire, un programme de pré-électrification rurale par des kits photovoltaïques a été démarré et va se poursuivre selon le schéma directeur d’électrification rurale.
Les éoliennes, une structure spéciale clé du développement
L’énergie contenue dans le vent figure parmi les premiers exploits de l’homme. Elle ne date surtout pas d’hier. Par l’intermédiaire des bateaux à voile, elle propulsa à la découverte des océans et des continents, et permis le développement de l’agriculture. Les moulins à vent existaient déjà dès la plus haute antiquité en Perse, Egypte, Chine. Au début de la révolution industrielle, l’invention de la machine à vapeur a occulté ces perfections. De nos jours, la hausse exorbitante du prix du baril du pétrole suite à des crises pétrolières successive affectant l’économie mondiale, les problématiques environnementales actuelles relancent l’intérêt général dans la production d’énergies renouvelables telles que l’éolienne. C’est dans ce cadre que l’étude de structures permettant l’extraction et la transformation de la puissance du vent trouve son intérêt. Les aérogénérateurs modernes, appelés couramment éoliennes, bénéficient de progrès technologiques importants depuis quelques années ; par conséquent, la conversion de cette énergie devient de plus en plus rentable et économiquement compétitive. Ils sont fiables et efficaces et permettent une production électrique étonnante, sans rejet de polluant, sans émission de gaz à effet de serre (GES). Les éoliennes sont des structures spéciales, à mi chemin entre l’ingénierie aéronautique en ce qui concerne les pales, et la mécanique traditionnelle pour l’étude de la colonne. Elles permettent de transformer l’énergie cinétique du vent en une autre forme d’énergie. On peut distinguer deux grands types d’éoliennes selon l’orientation de son axe :
Les éoliennes à axe vertical.
Les éoliennes à axe horizontal.Les éoliennes, une structure spéciale clé du développement
L’énergie contenue dans le vent figure parmi les premiers exploits de l’homme. Elle ne date surtout pas d’hier. Par l’intermédiaire des bateaux à voile, elle propulsa à la découverte des océans et des continents, et permis le développement de l’agriculture. Les moulins à vent existaient déjà dès la plus haute antiquité en Perse, Egypte, Chine. Au début de la révolution industrielle, l’invention de la machine à vapeur a occulté ces perfections. De nos jours, la hausse exorbitante du prix du baril du pétrole suite à des crises pétrolières successive affectant l’économie mondiale, les problématiques environnementales actuelles relancent l’intérêt général dans la production d’énergies renouvelables telles que l’éolienne. C’est dans ce cadre que l’étude de structures permettant l’extraction et la transformation de la puissance du vent trouve son intérêt. Les aérogénérateurs modernes, appelés couramment éoliennes, bénéficient de progrès technologiques importants depuis quelques années ; par conséquent, la conversion de cette énergie devient de plus en plus rentable et économiquement compétitive. Ils sont fiables et efficaces et permettent une production électrique étonnante, sans rejet de polluant, sans émission de gaz à effet de serre (GES). Les éoliennes sont des structures spéciales, à mi chemin entre l’ingénierie aéronautique en ce qui concerne les pales, et la mécanique traditionnelle pour l’étude de la colonne. Elles permettent de transformer l’énergie cinétique du vent en une autre forme d’énergie. On peut distinguer deux grands types d’éoliennes selon l’orientation de son axe :
Les éoliennes à axe vertical.
Les éoliennes à axe horizontal.
Variations journalières
Les effets convectifs entrainent les fluctuations journalières du vent. Etant donné que la chaleur spécifique du sol est nettement inférieure à celle de l’eau, la terre s’échauffe plus rapidement que la mer sous l’effet du rayonnement solaire. De ce fait, des circulations convectives se créent lorsque le temps est beau sur les continents, qui par conséquent, au cours de la journée se passe un phénomène appelé « brise de mer », où l’air au voisinage de la mer converge vers la terre. Le soir, la terre se refroidit plus vite que la mer ; la brise de terre souffle alors de la terre vers la mer [59]. Il est à noter que ces phénomènes se font sentir jusqu’à 50 kilomètres des côtes autour des grands lacs ; sur les îles, comme Madagascar, le phénomène est très net. De même, en montagne, on observe des brises : les sommets sont réchauffés avant les vallées, le réchauffement des versants et de l’air avoisinant font tomber la densité de l’air. En conséquence, l’air commence à s’élever vers le sommet de la montagne, produisant ce que l’on appelle une brise montante dans la journée à partir de 10 heures. Le soir, le courant s’inverse. La brise s’établit d’amont en aval. Elle se produit sur les versants exposés au Nord dans l’hémisphère Sud (au Sud dans l’hémisphère Nord).
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Table des matières
Introduction
Chapitre 1: Etudes bibliographiques
1.1. Contexte énergétique
1.1.1. La situation énergétique mondiale
1.1.2. La situation énergétique dans les pays en voie de développement
1.1.3. La situation énergétique à Madagascar
1.1.3.1. L’électrification à Madagascar
1.2. Les énergies renouvelables à Madagascar
1.2.1. Le potentiel hydroélectrique malgache
1.2.2. Le potentiel solaire malgache
1.2.3. Le potentiel géothermique malgache
1.2.4. Le potentiel éolien malgache
1.3. La technologie éolienne
1.3.1. Les éoliennes, une structure spéciale clé du développement
1.3.1.1. Les éoliennes à axe vertical
1.3.1.2. Les éoliennes à axe horizontal
1.2.4.3. Fonctionnement des éoliennes
1.3.2. Puissance récupérable
1.3.3. Energie récupérable
1.3.4. Etapes d’installation d’un parc éolien
Chapitre 2: Méthodologie de travail
2.1. Problématique et hypothèses
2.1.1. Problématique
2.1.2. Hypothèses et résultats attendus
2.1.2.1. Hypothèses
2.1.2.2. Résultats attendus
2.2. Démarche méthodologique pour l’étude statistique des données
2.2.1. Données d’entrée de Windographer
2.2.2. Etude des variations périodiques du vent
2.2.2.1. Variations saisonnières
2.2.2.2. Variations journalières
2.2.3. Etude de la distribution de fréquence du vent
2.2.4. Etablissement des roses de vents
2.2.4.1. Vent calme
2.2.4.2. Répartition géographique du vent et influence orographique
2.2.4.3. Densité de l’air
2.2.4.4. Densité de puissance
2.2.5. Etude de la turbulence du vent – Intensité de la turbulence
2.2.6. Etude du cisaillement du vent
2.2.6.1. Le profil logarithmique
2.2.6.2. Le profil de la loi de puissance
2.2.7. Evaluation du rendement de plusieurs types de turbines
2.2.7.1. Tableaux de classifications – tableaux de coûts
2.2.7.2. Les vents mesurés à la hauteur du moyeu h
2.2.8. Choix du site d’implantation du futur parc éolien
2.2.8.1. Les critères du choix du site
2.3. Approche méthodologique pour l’analyse du projet éolien
2.3.1. Principes de bases
2.3.1.1. Le modèle énergétique
2.3.1.2. L’analyse des coûts
2.3.1.3. L’analyse financière
2.3.1.4. L’analyse des Gaz à Effet de Serre
2.3.2. Les données utilisées
2.4 Récapitulatif de la méthodologie
Chapitre 3: Résultats et interprétations
3.1. Analyse comparative des vents dans les deux communes : Amparihy et Andranovondronina
3.1.1. Evaluation des ressources éoliennes dans les deux sites
3.1.2. Variations saisonnières et journalières
3.1.3. Distribution de la fréquence du vent
3.1.4. Direction et puissance du vent
3.1.5. Etude de la turbulence
3.1.6. Etude du cisaillement du vent
3.2. Estimations de la production de la turbine
3.2.1. Prévision de la production annuelle des différents types de turbines
3.3. Choix du site d’implantation éolienne
3.3.1. Endroits disponibles
3.3.2. Orientation des turbines
3.3.3. Résumé des principaux éléments de choix de la commune d’Andranovondronina
3.4. Analyse du projet éolien
3.4.1. Modèle énergétique
3.4.2. Analyse des coûts
3.4.3. Analyse financière
3.4.4. Analyse des émissions de gaz à effet de serre
Chapitre 4: Discussions et recommandations
4.1. Discussions
4.1.1. Sur la méthodologie
4.1.1.1. Documentations
4.1.1.2. Les données d’entrée
4.1.1.3. L’utilisation des logiciels Windographer et de RETScreen
4.1.2. Sur les résultats
4.1.2.1. Valorisation des résultats
4.1.2.2. Les points faibles et les points forts de l’énergie éolienne à Madagascar
4.1.3. Sur les hypothèses
4.2. Recommandations et perspectives
4.2.1. Sur la méthodologie adaptée
4.2.2. Sur les résultats
Conclusion
Références bibliographiques
Références webographiques
ANNEXES
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