PROJET D’ALIMENTATION EN EAU PAR L’ENERGIE EOLIENNE

Détermination des caractéristiques de la nappe avant l’essai

Un essai de pompage n’étant pas un essai isolé mais s’intégrant dans une étude, il est généralement précédé d’une reconnaissance géologique et géotechnique du site. Les renseignements obtenus au cours de celle-ci (nature des échantillons prélevés, niveaux d’eau dans les sondages, etc. . .) permettent de déterminer le type de la nappe (nappe libre ou captive). Son épaisseur, ainsi que la position de la couche imperméable qui la limite inférieurement. Il est également nécessaire de connaitre les conditions initiales d’écoulement de la nappe dans la zone choisie pour l’essai. On détermine à cet effet les lignes d’égale charge piézometrique (ou équipotentielle) à partir des niveaux d’eau relevés après stabilisation dans les sondages ou mieux dans les piézomètres qui ont pu être posés.

LES POMPES

Nous allons utiliser une pompe à piston ou à membrane. Nous pouvons aussi se servir d’autres pompes en utilisant d’autre système de transmission comme les pompes à godets et à chapelets, les pompes à vis, les pompes centrifuges et les pompes à hélices,etc. . .. Dans le chapitre 5, nous allons modéliser les principales pompes utilisées par l’homme pour la pompage d’eau.

ORIGINE ET MOUVEMENT DU VENT

Le vent provient de la réchauffement par le rayonnement solaire de l’atmosphère, il en résulte des zones de basses pressions (ou dépressions), où l’air, plus chaud, est moins dense, et des zones de hautes pressions (ou anticyclones), où l’air, plus froid, est plus dense. Pour revenir à une situation d’équilibre, il doit s’opérer un déplacement d’air : le vent qui souffle des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions. Du fait de la rotation de la Terre sur elle-même, tout mouvement dans l’hémisphère Nord a tendance à être dévié vers la droite. L’existence de cette « force déviante » a été mise en évidence par le mathématicien français Gaspard Gustave Coriolis (1792-1843). Cette force, dite de Coriolis, joue un rôle important dans notre atmosphère : les vents ne se déplacent pas en ligne droite, ils sont déviés vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud. C’est un météorologiste néerlandais, Christophorus H. D. Buys-Ballot (1817-1890), qui a défini plus précisément la règle qui relie la pression à la direction du vent. Dans l’hémisphère Nord, le vent tourne autour des dépressions dans le sens contraire à celui des aiguilles d’une montre et, inversement, le vent tourne dans le sens des aiguilles d’une montre autour des anticyclones. Dans l’hémisphère Sud, la force de Coriolis dévie les mouvements vers la gauche et on peut constater des phénomènes inverses. Cette loi de la physique peut trouver une application pratique immédiate : dans l’hémisphère Nord, si on se place le dos au vent, les basses pressions seront à gauche, les hautes pressions seront à droite (c’est le contraire dans l’hémisphère Sud)[9]. Ces mouvements circulaires autour des dépressions et des anticyclones ne sont réellement observés qu’en altitude. Au niveau du sol, les forces de frottement et le relief perturbent les trajectoires du vent.

Quelques exemples d’éoliennes à axe horizontal

Voici quelques exemples d’éoliennes à axe horizontal avec une description sommaire de leurs caractéristiques.
Exemple 1 : Les éoliennes chinoises : Ces éoliennes sont utilisées depuis plusieurs siècles (figure 4.1), notamment au XIIIème siècle aux Pays-Bas pour l’assèchement des marécages et pour le pompage de l’eau de mer en Europe, en Asie du Sud-Est et en Chine.
Exemple 2 : Les éoliennes agricoles : Elles sont utilisées au début du 20éme siècles. Elles servent à pomper de l’eau et l’éolienne se situait à la verticale d’une pompe à piston. La version industrielle de cette pompe, construite avec des matériaux robustes, disposant de contrôles automatisés de la structure et d’une durée de vie de près de 20 ans est très utilisée, notamment dans les vastes ranches australiens et argentins. Elle a cependant un coût prohibitif. D’autres versions plus simples, dont certaines d’ailleurs de type artisanal, ont été aussi mises au point. Elles offrent des avantages comparables d’utilisation, même si elles ne sont pas toujours aussi robustes et de nature à fonctionner de façon aussi autonome.
Exemple 3 : Les éoliennes à 3 pales : C’est un exemple d’une éolienne rapide (figure 4.3) qui sert à produire d’énergies électriques. Un des premiers dispositifs éoliens pour générer de l’électricité a été développé au Danemark, en 1891. Au même moment, aux États-Unis d’Amérique, la machine de Brush, d’une puissance de 12 kW, remportait un relatif succès, mais, très vite, elle a été délaissée à cause de sa faible vitesse de rotation. Nous trouvons dans cette famille d’aéromoteurs deux catégories, « off shore »(figure 1.4a) et « on shore »(figure 1.4b), ces termes américains permettent de distinguer si l’éolienne est implantée sur terre ou à la surface de la mer. Les vents marins sont plus nombreux, plus forts et surtout plus réguliers. Ce sont des conditions essentielles pour la bonne production d’électricité. En revanche, ces éoliennes (off shore) sont beaucoup plus difficiles à installer et donc plus coûteuses.

LES POMPES CENTRIFUGES

Ces pompes sont de la famille des turbomachines. Une turbomachine (Figure 5.5) comprend un rotor animé d’une vitesse de rotation uniforme entraînant l’eau qui s’écoule continuellement. Une rotation uniforme et un écoulement permanent sont des caractéristiques essentielles des turbomachines. La puissance absorbée est proportionnelle au cube de la vitesse de rotation. Le couple est donc proportionnel au carré de cette vitesse. La puissance nécessaire au démarrage est faible. Les turbomachines peuvent exploiter tout type de hauteur de pompage. Toutefois, le profil de chacune est destiné pour une hauteur manométrique totale (HMT) bien déterminée. Le modèle est choisi en fonction de la HMT et du débit désiré. Une pompe centrifuge ou à hélice est ainsi conçue pour un site donné et ne peut pas être transportée sur un site différent. Les turbomachines sont conçues pour tourner à 1500 tours par minute. On peut parfois obtenir du fabricant des pompes prévues pour 750 tours par minute. La pompe centrifuge comprend :
– une roue garnie d’un certain nombre d’ailes qui transmettent l’énergie nécessaire à l’eau,
– un diffuseur garni d’aubes fixes,
– une volute qui canalise l’eau à la sortie du diffuseur vers le tuyau de sortie.
La performance de cette pompe dépend surtout du type de la roue utilisée. Cette roue rejette l’eau à la périphérie de la pompe par la force centrifuge. La construction artisanale est délicate : il faut fabriquer une roue profilée et un diffuseur, maintenir entre la roue et le diffuseur un jeu très faible pour limiter les pertes.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Introduction générale
I PRÉSENTATION DE L’ETUDES
1 CONTEXTES GÉNÉRAUX
1.1 INTRODUCTION
1.2 PRÉSENTATION DE LA ZONE A ÉTUDIER
1.2.1 Contexte géographique
1.2.2 Contexte démographique
1.2.3 Contexte climatologique
1.2.4 Contexte économique
1.2.5 Contexte géologique
1.2.6 Contexte hydrogéologique
1.3 PROBLÉMATIQUE
1.4 BUT
1.5 PROPOSITION D’UNE SOLUTION
1.5.1 Principe de pompage
1.5.2 Essai de pompage d’eau
1.5.3 Préparation et réalisation de l’essai
1.6 CONCLUSION
2 RÉALISATION D’UNE POMPE ÉOLIENNE
2.1 INTRODUCTION
2.2 LES ÉLÉMENTS D’UNE ÉOLIENNE A AXE HORIZONTAL
2.2.1 Le support
2.2.2 Le rotor
2.2.3 Les dispositifs d’orientation
2.3 LE MÉCANISME DE TRANSMISSION
2.3.1 La manivelle
2.3.2 La bielle
2.4 LES POMPES
2.5 AUTRE TYPE DE POMPAGE PAR L’ÉNERGIE ÉOLIENNE
2.6 RÉSULTAT ATTENDU
2.7 AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DE L’UTILISATION DE L’ÉNERGIE DU VENT
2.7.1 Avantages
2.7.2 Inconvénient
2.8 CONCLUSION
3 ÉTUDE THÉORIQUE DU VENT
3.1 INTRODUCTION
3.2 ORIGINE ET MOUVEMENT DU VENT
3.3 DIRECTION ET VITESSE DU VENT
3.3.1 La direction
3.3.2 La vitesse du vent
3.4 ÉTUDES DES PROFILS D’AILES
3.4.1 Force aérodynamique
3.4.2 Étude de la portance
3.4.3 Étude de la trainée
3.5 CONCLUSION
II MODÉLISATION DES OUTILS UTILISÉS AU POMPAGE
4 ÉTUDES DES ÉOLIENNES ET SES CARACTÉRISTIQUES
4.1 INTRODUCTION
4.2 LES ÉOLIENNES A AXE HORIZONTAL
4.2.1 Les éoliennes rapides
4.2.2 Les éoliennes lentes
4.2.3 Quelques exemples d’éoliennes à axe horizontal
4.3 LES ÉOLIENNES A AXE VERTICAL
4.3.1 Le rotor de Savonius
4.3.2 Le rotor de Darrieus
4.3.3 Le moulinet
4.3.4 Les machines à écran
4.4 LA PALE D’UNE ÉOLIENNE
4.4.1 La limite de Betz
4.4.2 Une théorie simplifiée des éoliennes
4.5 CONCLUSION
5 LES POMPES HYDRAULIQUES
5.1 INTRODUCTION
5.2 LES POMPES A PISTON
5.3 LES POMPES A MEMBRANE
5.4 LES POMPES A GODETS ET A CHAPELETS
5.5 LES POMPES A VIS
5.6 LA POMPE MOINEAU
5.7 LES POMPES CENTRIFUGES
5.8 LA POMPE A HÉLICE
5.9 LE POMPAGE PAR TRANSMISSION HYDRAULIQUE
5.10 LE POMPAGE PAR HYDROEJECTEUR
5.11 LE POMPAGE PNEUMATIQUE
5.11.1 Le pompage par émulsion
5.11.2 La pompe pneumatique à déplacement
5.12 LE POMPAGE ÉLECTRIQUE
5.13 CONCLUSION
6 LES MÉCANISMES DE TRANSMISSION
6.1 INTRODUCTION
6.2 SYSTÈME DE ROUE D’ENGRENAGE
6.3 SYSTÈME DE CAME ET DE GALET
6.4 MODÉLISATION DU MÉCANISME DE TRANSMISSION
6.4.1 Schématisation du mécanisme bielle manivelle
6.4.2 Analyse cinématique du mécanisme bielle-manivelle
6.4.3 Analyse cinématique du mécanisme bielle manivelle excentré
6.5 CONCLUSION
Conclusion générale et discussion
Bibliographie