Soutenance mémoire
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Fontaines Ornementales :
Les fontaines ornementales se composent d’un bassin et d’un sujet représenté par une sculpture de différente nature de pierre, bronze et autre. Le sujet peut être alimenté en eau comme des vasques superposées se déversant les unes dans les autres ou bien mis en valeurs par des jets moussants positionnés autour du sujet ornemental. L’éclairage de l’ensemble avec des projecteurs immergés apportera une dimension féérique et magique à l’esthétique de la fontaine. On peut sur demande réaliser d’importants sujets de fontaine ornementale en pierre et en bronze. On peut trouver la réalisation de bassins en béton architectonique ou en pierre de taille de formes et de dimensions variées.
Choix du type de Fontaine
La fontaine est formée d’une sculpture en fonte, disposé au centre d’un bassin. L’ensemble fait 2,75 [m] de hauteur et le bassin hexagonal dont le cercle qui le conscrit est de 4 [m] de diamètre. La partie en fonte se compose d’une sculpture de l’oie posée sur un socle en pierre en forme circulaire. Un objectif essentiel de ce dispositif est de contraindre l’eau à suivre d’élégantes trajectoires : eau sortant du bec de l’oie.
La fontaine est indépendante du réseau d’eau potable. L’eau des jets récoltée par le bassin, est aspirée par la pompe et refoulée ensuite dans le circuit de la fontaine.
Le premier remplissage du bassin, au début de chaque période d’utilisation, se fait au moyen de la prise d’eau existante en manœuvrant une vanne disposée à cet effet ; Quand ce remplissage est terminé, la fontaine est pratiquement isolée du réseau de distribution.
Un petit tuyau est destiné à compenser les pertes d’eau causées par l’évaporation, le rejaillissement et les fuites, afin de maintenir un niveau constant dans le bassin. L’ouvrage est éclairé la nuit par deux (2) lampes de 50 [W] .L’ensemble pompe et lampe est alimentés par un système photovoltaïque.
Le champ photovoltaïque
Un ou plusieurs modules photovoltaïques forment le champ photovoltaïque. Ils transforment l’énergie des rayons lumineux en énergie électrique. La durée de vie des modules solaires photovoltaïques est estimée à 20 ans.
L’emplacement du champ photovoltaïque devra respecter les contraintes suivantes :
Exposition au rayonnement solaire toute la journée en toute saison
Orientation et inclinaison : les modules doivent être orientés au sud dans l’hémisphère Nord et au nord dans l’hémisphère Sud
Accès facile pour le nettoyage
Proximité avec la régulation, le stockage et les récepteurs
Fixations solides pour résister aux vents : les modules sont généralement fixés soit au sol, soit en toiture, soit en façade.
Le régulateur
Le régulateur contrôle l’état du réservoir d’énergie pour protéger la batterie. Son rôle est de stopper :
La charge de la batterie lorsque celle-ci est chargée pour éviter le bouillonnement de l’électrolyte,
Le prélèvement d’énergie sur la batterie lorsqu’elle est trop chargée.
Les batteries
Les batteries servent de zone tampon entre production et consommation d’énergie (utilisation). Leur capacité doit être suffisamment grande pour faire face à tous les aléas de la production et de la consommation.
Lorsque le réservoir d’énergie est plein toute quantité d’énergie supplémentaire entraînera le bouillonnement de l’électrolyte :
Le niveau dans la batterie baisse, et celle-ci peut être gravement endommagée ;
Les gaz produits peuvent exploser avec une flamme ou une étincelle ;
Le surplus d’énergie risque de détériorer les plaques en plomb en arrachant la matière active.
Onduleur
L’onduleur permet de convertir le courant continu en courant alternatif pour alimenter les utilisations qui fonctionnent avec ce type de courant.
Fonctionnement du système
L’énergie solaire transformé par les cellules photovoltaïques en énergie électrique est envoyer dans le régulateur de charge qui va protéger la batterie contre une surcharge de l’énergie produite par le champ de modules PV et contre ses décharges profondes. C’est cette batterie qui va alimenter le groupe motopompe et les éclairages pendant la nuit et elle assure également le stockage de l’énergie consommée par les charges au moment où l’énergie solaire ne suffit plus à les faire fonctionner, par exemple pendant la nuit ou le temps pluvieux. Le convertisseur va transformer le courant continu de la batterie pour qu’il puisse être utilisé par les charges qui ne fonctionnent qu’en courant alternatif.
ÉTUDE THÉORIQUE DU SYSTÈME PHOTOVOLTAΪQUE
Eléments de la théorie des générateurs photovoltaïques
Les cellules photovoltaïques
Historique
La conversion de la lumière en électricité, appelé effet photovoltaïque, a été découverte par E. Becquerel en 1839, mais il faudra attendre près d’un siècle pour que les scientifiques approfondissent et exploitent ce phénomène de la physique.
L’utilisation des cellules solaires dans les années quarante dans le domaine spatial. Les recherches d’après guerre ont permis d’améliorer leurs performances et leur taille mais il faudra attendre la crise énergétique des années septante pour que les gouvernements et les industriels investissent dans la technologie photovoltaïque et ses applications terrestres.
Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque :
1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre l’effet photovoltaïque.
1875 : Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire.
1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites.
1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace.
1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l’Université de Delaware.
1983 : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4000 km en Australie
Principe de conversion photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), génère une tension électrique (volt) (cet effet est appelé l’effet photovoltaïque).
La structure la plus simple d’une cellule photovoltaïque comporte une jonction entre deux zones dopées différemment d’un même matériau (homojonction p-n) où entre deux matériaux différents (hétérostructures), la moins épaisse étant soumise au flux lumineux. Chacune des régions est reliée à une électrode métallique au moyen d’un contact ohmique de faible résistance. Le principe de fonctionnement peut être décomposé en deux parties : l’absorption des photons et la collecte des porteurs de charges créées.
La première étape de la conversion de la lumière en courant électrique est la génération au sein du semi-conducteur des porteurs de charges que sont les électrons libres et les trous.
La production d’électricité est proportionnelle à la surface des modules photovoltaïques exposés au soleil et à l’intensité lumineuse. Dépendante des conditions météorologiques, la production est donc aléatoire. L’énergie peut être utilisé en direct (cas des pompes solaires) ou stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure.
Constitution
Les cellules photovoltaïques sont constituées de semi-conducteurs à base de silicium (Si), de sulfure de cadmium (CdS) ou de tellurure de cadmium (CdTe). Elles se présentent sous la forme de deux fines plaques en contact étroit. Un autre nom est « photo-galvanique ». Ce semi-conducteur est pris en sandwich entre deux électrodes métalliques et le tout est protégé par une vitre. Le silicium est le plus utilisé pour réaliser les cellules solaires photovoltaïques pour ses propriétés électroniques. Le schéma ci-dessous montre l’illustration d’une cellule photovoltaïque.
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Table des matières
INTRODUCTION
GENERALITÉ
Chapitre I : PRÉSENTATION ET DESCRIPTION DU SYSTÈME
I.1 Présentation du système
I.1.1 Les différents types des fontaines d’amélioration des espaces publics
I.1.2 Choix du type de Fontaine
I.2 Description du système
I.2.1 Le champ photovoltaïque
I.2.2 Le régulateur
I.2.3 Les batteries
I.2.4 Onduleur
Chapitre II : ÉTUDE THÉORIQUE DU SYSTÈME PHOTOVOLTAΪQUE
II.1 Eléments de la théorie des générateurs photovoltaïques
II.1.1 Principe de conversion photovoltaïque
II.1.2 Les éléments caractéristiques d’une cellule photovoltaïque
II.1.3 Influences de l’éclairement et de la température sur les caractéristiques I =f(V) et P = f(V)
II.1.4 Le module photovoltaïque
Chapitre III : ÉTUDE THÉORIQUE DU SYSTÈME HYDRAULIQUE
III.1 Éléments théoriques de la pompe
III.1.1 Les différents types de pompe
III.1.2 Choix du type de pompe
III.1.3 Système hydraulique de la fontaine ornementale
Chapitre IV : DIMENSIONNEMENT DU SYSTÈME DE LA FONTAINE ORNEMENTALE SOLAIRE
IV.1 Les paramètres des rayonnements solaires
IV.1.1 Rayonnement direct
IV.1.2 Rayonnement diffus
IV.1.3 Rayonnement global
IV.1.4 Énergie solaire récupérable
IV.2 Dimensionnement de la pompe
IV.2.1 Débit de la pompe
IV.2.2 Diamètre des conduites
IV.2.3 Vitesse d’écoulement dans la conduite d’aspiration et refoulement
IV.2.4 Type d’écoulement
IV.2.5 Coefficient de perte de charge pour la conduite d’aspiration et refoulement
IV.2.6 Perte de charge de l’installation
IV.2.7 Hauteur manométrique totale
IV.2.8 Puissances
IV.3 Dimensionnement du générateur photovoltaïque
IV.3.1 Le champ photovoltaïque
IV.3.2 Détermination de la puissance crête
IV.3.3 Détermination du nombre de modules
IV.4 Batterie de stockage
IV.4.1 Détermination de la capacité de la batterie
IV.4.2 Détermination du nombre de la batterie
IV.5 Convertisseur
IV.5.2 Détermination du nombre du convertisseur
IV.6 Paramètre de stockage de l’eau
IV.6.1 Schéma simplifié
IV.6.2 Détermination des caractéristiques du bassin
IV.6.2.1 La forme du bassin
IV.6.2.2 Volume du réservoir
IV.6.2.3 Volume de l’eau dans le bassin
IV.7 Coût estimatif des matériels
IV.8 Maintenance
IV.8.1 Maintenance préventive
IV.8.2 Maintenance corrective
Chapitre V : Implication pédagogique
V.1 Equation fondamentale de l’hydrodynamique (liquide parfait)
V.2 Interprétation graphique de l’équation de Bernoulli (liquide parfait)
V.3 Régime d’écoulement des liquides dans les tuyaux
V.3.1 Nombre de Reynolds
V.3.2 Nature du régime d’écoulement
V.4 Détermination des pertes de charge
V.4.1 Pertes de charge régulières
V.4.2 Pertes de charge accidentelles ou singulières
V.4.3 Pertes de charge totales
V.5 Equation de Bernoulli dans le cas des liquides réels
V.6 Exercices
V.6.1 Exercice 1
V.6.2 Exercice 2
CONCLUSION
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