Notions Sur Les Energies

Renouvelables- EN1201- 24
Heures - CM : 16, TD : 8,
06/07/2020 1
 Plan
I. Définition de l’énergie
II. Quelques unités énergétiques
III. Pourquoi les énergies renouvelables
IV.Enjeux environnementaux : Problèmes
environnementaux causés par le pétrole et les
produits pétroliers ; mesures visant à les maîtriser
V. Les sources d’énergies renouvelables

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 V.1.Définition de l’énergie renouvelable
V.2. Différentes types d’énergie renouvelable
VI. Évolution des besoins énergétiques de la
communauté mondiale ; réserves énergétiques dans le
monde.
VII. Historique sur l’utilisation de l’énergie
solaire ; Recherche –Développement dans les Pays
Développés et en Développement

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 Introduction
Plusieurs sources d’énergie sont utilisées pour satisfaire les
besoins de l’homme sur terre.
Nous avons entre autres:
les énergies fossiles;
 les énergies dites propres;
 les énergies fissiles.
L’utilisation de chaque source d’énergie présente des
avantages et des inconvénients. Avec leurs inconvénients
d’émettent une grandes quantité de gaz à effet de serre
responsables du changement climatiques et leur
appartenance
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à des sources épuisables, 4
l’homme a tendance à vouloir remplacer les énergies primaires par des
sources d’énergies dites propres.
Ces dernières sont fournies par :
le soleil, le vent;
 la chaleur de la terre;
les chutes d’eau, les marées ;
Ou encore la croissance des végétaux.

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 I. Définition de l’énergie

L’énergie est la grandeur qui permet de caractériser un changement d’état

dans un système :
Modification de la température ;
Modification de la vitesse ;
Modification de la composition chimique ;
Modification de la composition atomique ;
Dans un système clos, l’énergie se conserve. On ne peut donc
pas « produire » de l’énergie, mais juste la transformer.

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 II. QUELQUES UNITÉS ÉNERGÉTIQUES
Unité S.I.
Le Joule travail produit par une force de 1 newton dont le point
d'application se déplace de 1 mètre dans la direction de la force.
La calorie, c’est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à 1
gramme d’eau pour augmenter sa température de 14,5 à 15,5°C. 1
cal = 4,18 J
Autres unités :
Le wattheure : 1 Wh=3 600 J
La tonne équivalent pétrole : 1 tep=11,6 MWh
La thermie : 1 th = 1 Mcal
L’électronvolt : 1 eV = 1,602.10-19 J
Le british thermal unit : 1 Btu = 2,9.10-4 kWh 7

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III. Pourquoi les énergies renouvelables

Dans cette partie nous allons répondre aux questions

suivantes:
Pourquoi le secteur des énergies renouvelable n’est il
beaucoup développé?
Pourquoi le recours aux énergies renouvelables?

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 Pourquoi les énergies
renouvelables?

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 III.1. Historique

L'utilisation des ER n'est évidement pas nouvelle. Mais, avec l'avènement de

la révolution industrielle, elles ont été marginalisées au profit d'autres
sources d'énergie que l'on pensait plus prometteuses. Depuis quelques
décennies cependant, la pollution atmosphérique, le réchauffement
climatique, les risques du nucléaire ont fait prendre conscience de la
nécessité d'une organisation de la société qui respecte l'environnement dans
lequel nous vivons. Dans le cadre de cette réorientation vers une plus grande
viabilité (le "développement durable"), les Conférences de Rio et de Kyoto
ont attribué un rôle important aux énergies renouvelables.

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 III.2. Gestion des ressources naturelles

Une demande énergétique mondiale en croissance;

Réduction des certaines réserves énergétiques;
La nécessité d’un développement durable;
incertitudes pèsent sur accessibilité et sur leur prix de
certaines produits.

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. III.3. 1. La gestion de l’environnement
Les énergies renouvelables sont préférables à d’autres sources
d’énergies pour les raisons suivantes :

Elles ne contribuent pas :

au renforcement de l'effet de serre (pas de rejet de CO2 et
méthane) ;
aux pluies acides (pas de rejet de soufre ou azote) ;
à la production de déchets toxiques ou radioactifs ;
à l’émission de poussières et autres substances toxiques liées
à la combustion d'énergie ;
aux risques d'accidents catastrophiques (centrales nucléaires,
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stockage de déchets nucléaires, ...).
 III.2.2. Sur le plan économique
Le recours aux ER contribue à :
 préserver des ressources (la végétation..) qui servent aussi, ou
pourraient servir, à des fins beaucoup plus nobles que la
propulsion des véhicules ou la production d'électricité
(production de matériaux, de médicaments) ;
la création d’emploi (avec le développement de la filière du
biocarburant) ;
 palier à l’augmentation du prix du pétrole ;
réduire la crise des compagnies d’électricité;
Un transfert de technologie des pays développés vers les pays
en voie de développement. ;
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 III.2.3. Sur le plan politique
réduire cette dépendance énergétique vis-à-vis de
l’extérieur ;

à long terme, le recours aux ER contribue aussi à réduire les

tensions internationales en réduisant la compétition autour de
ressources stratégiques qui se raréfient ;

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 Les sources d’énergies renouvelables
(biomasse, vent, eau, soleil,
geothermie)

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 IV. Les types d’ energies
Energie rayonnante ;
Energie chimique ;
Energie mécanique ;
Energie thermique ;
Energie électrique ;
Energie nucléaire ;
 Energie hydraulique ;
Energie éolienne.

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 I .V.1. La biomasse

La biomasse est la forme d’énergie la plus utilisée en Afrique

subsaharienne surtout au Niger.

La prédominance du bois-énergie dans le bilan énergétique

national a pour conséquence la surexploitation massive du maigre
capital forestier du pays qui se dégrade de jour en jour.

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Parmi les sources d’énergie de la biomasse on distingue :
 la biomasse traditionnelle (bois de feu);
 la biomasse à petite échelle ( charbon de bois);
 la biomasse à grande échelle (cogénération, éthanol).

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 1. D’où provient la biomasse?

On distingue trois sources principales de biomasse:

La biomasse ligneuse(le bois, les feuilles mortes, la

paille );
La biomasse à glucide(les céréales, la betterave sucrière
et la canne à sucre):
La biomasse oléagineuse( le palmier à huile; l’arachide);

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 2. Valorisation de la biomasse
Pour produire de l’énergie à partir de la biomasse ,on peut
la transformer en utilisant les techniques suivantes:

La conversion thermique(combustion, pyrolyse);

Conversion biologique(fermentation, distillation);
Conversion chimiques(utilisation des produits
chimiques).

06/07/2020 20
 3.Applications de l’énergie de la biomasse

A partir de la biomasse les sources d’énergie suivantes peuvent

être synthétisées :
Les biocarburants;
Les biogaz;
Le bois énergie.

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 4. Les avantages de la biomasse

Les plus grands avantages de l'énergie de la biomasse se

résume comme suit:

Source d’énergie renouvelable;

Contribue à la gestion des déchets solides.

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 5. Les inconvénients de la biomasse

l'énergie de la biomasse est très chère;

Production de co2 par combustion des certaines produits;
Contribue à l’augmentation du phénomène de la
désertification et de la déforestation.

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 F

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 A. Les biocarburants
1. Définition

Les biocarburants (bio fuel) sont des carburants synthétisés à

partir de la matière organique.
Les agro carburants ont pour but initiale de devenir une
alternative aux énergies fossiles utilisées comme carburants (le
pétrole, l'essence..) dont nous sommes majoritairement
dépendant aujourd'hui.

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On distingue les biocarburants de première et de seconde
génération :
 la première génération de biocarburants repose sur l'utilisation des
organes de réserve des cultures (mai, canne à sucre, les palmiers à
huile) ;

 Les biocarburants de seconde génération n'utilisent plus les organes de

réserve des plantes mais les plantes entières ou des déchets de végétaux.

 Les biocarburants de la troisième génération;

 Les biocarburants synthétisé à partir de micro algues appelé

"Algocarburant" est appelé biocarburant de troisième génération.

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 2. Les filières de biocarburant

Les biocarburants actuels sont répartis en deux grandes familles :

 Le biodiesel pour les moteurs diesel, qui est fabriqué à partir de

plantes contenant de l'huile;

 Le bioéthanol pour les moteurs à essence est un alcool produit

par fermentation soit du sucre issu de plantes (betteraves,
cannes à sucre) soit de l'amidon issu de céréales (blé,maïs).

06/07/2020 27
2.1. filière huile pour les véhicules diesel

Par transformation chimique on peut à partir de certains produits

agricoles synthétiser du carburant pour les moteurs diesel.

Ce carburant est obtenu à partir de graines oléagineuses telles

que le colza, le tournesol, le soja…..
Ces matières premières sont transformées par transesterification.
Il s'agit d'un procédé dans lequel les huiles végétales, les graisses
animales ou les huiles à base de micro algues sont mélangées à
froid à un alcool (éthanol ou méthanol) en présence d'un
catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium).
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2.1.1. Equation chimique de la réaction de
transestérification

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 2.1.2. Exemples de Synthèse du biocarburant

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 2.2. Bioéthanol:
Fabriquer à partir du saccharose (betterave, canne a sucre… ) ou
de l’amidon (blé, mais…) par fermentation

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 C. Biogaz ou Méthanisation
La méthanisation est assurée grâce à l’action concertée de

microorganismes appartenant à différentes populations

microbiennes en interaction constituant un réseau

trophique. On distingue classiquement trois phases

successives:

l'hydrolyse et l’acidogénèse;
 l’acétogenèse;
 la méthanogenèse.

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 Synthèse du bio méthane

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 C. Le bois énergie
 Le bois énergie représente 14 % de la consommation
énergétique mondiale;
 Issu des déchets de la forêt ou des industries du bois, il est
brûlé pour produire de la chaleur;
 C’est la forme d’énergie la plus utilisée en Afrique
subsaharienne;

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 1. Avantages
Les avantages de l’énergie de la biomasse sont les
suivantes :
 Faible tenneur de gaz à effet de serre ;

 Pas de déchets toxiques ;

 Source d’énergie locale (pas besoin de se déplacer très loin).

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 Inconvénients

Le développement du secteur de l’énergie de la biomasse

entraine :

 Une réduction des productions visées à l’alimentaire ;

 Une déforestation et l’avancée du désert;

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 L’ENERGIE SOLAIRE

L’homme a de tout temps utilisé l’énergie solaire pour la

conservation des aliments , le séchage et l’extraction du
sel de l’eau de mer). On distingue:

les technologies solaires thermiques (chauffe-eau,

cuisinières, distillateurs, séchoirs solaires) qui
utilisent directement le rayonnement solaire;

les cellules solaires photovoltaïques qui

convertissent l’énergie solaire en électricité par
exemple pour pomper l’eau ou pour alimenter de
petits réseaux électriques
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II.2.2.1. Applications de l’énergie solaire
A. capteurs solaires thermiques
1.Définition

La chaleur solaire peut être directement utilisée grâce à des

capteurs solaires pour produire de l’énergie. Cette énergie
(chaleur) peut être utilisée :

 Pour la production d’eau chaude sanitaire ;

 Pour la production de la chaleur à très haute température

dans un four ;

 Production d’électricité injectée dans le réseau.

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2. Principe de fonctionnement
Réception du rayonnement solaire pa
l’absorbeur;
Chauffage du liquide colporteur;
Utilisation directe ou alimentation d’un
turbine.

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 2.1. Principe de fonctionnement d’une centrale
thermique

Des miroirs orientables observent le rayonnement solaire et le

concentre sur un réservoir de fluide.

Le fluide chauffé et s’évapore entraînant la rotation d’une turbine

couplée à une génératrice.

A son tour la génératrice produit de l’électricité.

La puissance produite par une centrale thermique peut atteindre

150MW.

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 B. Panneaux solaires photovoltaïques(module solaire)

1. Définition
La lumière du soleil peut être capté par des panneaux solaires
pour produire directement de l'électricité. Cette énergie
(chaleur) peut être :
utilisée directement ;
stockée en batterie ;
injectée dans le réseau.

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2. Principe de fonctionnement
Lorsqu'un photon de la lumière
arrive, son énergie crée une rupture
entre un atome de silicium et un
électron, modifiant les charges
électriques. Les atomes, chargés
positivement, vont alors dans la zone
P et les électrons, chargés
négativement, dans la zone N. Une
différence de potentiel électrique,
c'est-à-dire une tension électrique,
est ainsi créée. C'est ce qu'on
appelle l'effet photovoltaïque.

06/07/2020 42
06/07/2020 43
 II.2.2.2. LES DIFFERENTES INSTALLATIONS
PHOTOVOLTAÏQUES

 Les installations sur site isolé

44
06/07/2020
 II.2.2.2. LES DIFFERENTES INSTALLATIONS
PHOTOVOLTAÏQUES

 Les installations sur site isolé

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 II.2.2.2. LES DIFFERENTES INSTALLATIONS
PHOTOVOLTAÏQUES

 Les installations raccordée au réseau de distribution

public.

06/07/2020 46
II .2.2. 3. Avantages et inconvénients des panneaux solaires

1.Avantages

 électrification des sites isolés ;

 solution technique et économique adaptée pour les pays en

voie de développement qui n'ont pas les moyens de se doter
de réseaux de distributions d'électricité ;

 source d'énergie gratuite et renouvelable ;

 pas de gaz polluant, ni de bruit ;

06/07/2020 47
 1.Avantages

 entretien minimal pour un bon fonctionnement ;

 pas de parties mobiles, peu d’usure dans le

temps ;

 systèmes modulaires faciles à monter ;

 autonomie.

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 2. Inconvénients

 Technologie à ses débuts, encore peu diffusée,

donc chère ;.

 Energivore à la fabrication ;

 Production non continue d’énergie (jour/nuit,

été/hiver), énergie intermittente ;

 Intégration au bâti (forme, couleur).

06/07/2020 49
II.2.2.3. Notions sur certaines grandeurs

1. Cellules photovoltaïques
La cellule photovoltaïque constitue l’élément de base des
panneaux solaires photovoltaïques.
Il s’agit d’un dispositif semi-conducteur à base de silicium
délivrant une tension de l’ordre de
0,5 à 0,6 V.

06/07/2020 50
2. La puissance d’une cellule photovoltaïque

La puissance d’une cellule photovoltaïque dépend du courant

débité :
P = U.I.

3. Ensoleillement ou rayonnement
on appelle ensoleillement ou rayonnement la puissance du
rayonnement solaire reçue par une unité de surface. Il
s’exprime en Watt par mètre carré [W/m2].

06/07/2020 51
06/07/2020 52
 4. Module solaire
Un module est constitué des cellules associées en série:

Caractéristiques des cellules en séries

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06/07/2020 54
 4. Irradiation
On appelle irradiation l’énergie reçue pendant un intervalle de
temps. Si cet intervalle de temps est le jour, elle s’exprime en
Wattheure par mètre carré par jour
[Wh/m2/j].
5.Watt crête
La puissance crête d’une installation photovoltaïque est la
puissance maximale délivrée par un module dans les conditions
optimales (orientation, inclinaison, ensoleillement,…). Elle
s’exprime en Watt crête (WC).

06/07/2020 55
 5. champ photovoltaïque

Caractéristiques des Cellules en parallèle

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 diodes by-pass et diode anti-retour
Pour protéger un panneau solaire des surtensions on utilise des
diodes dont le rôle est d’assurer le passage du courant électrique
dans un seul sens.

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 diodes by-pass et diode anti-retour

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 6. Ensoleillement ou rayonnement et Irradiation

on appelle ensoleillement ou rayonnement la puissance du

rayonnement solaire reçue par une unité de surface :
Ensoleillement moyen annuel). Il s’exprime en Watt par mètre
carré [W/m2].

On appelle irradiation l’énergie reçue pendant un intervalle de

temps. Si cet intervalle de temps est le jour, elle s’exprime en
Wattheure par mètre carré par jour
[Wh/m2/j].

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7. Nombre de photons sur une surface donnée d’un panneau
solaire

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Un panneau solaire est composé de cellules photovoltaïques permettant de
transformer l’énergie fournie par le soleil. Chaque cellule a une puissance P
égale à 0,00163 ch et une tension nominale U égale à 0,48 V.
1. Calculer l’intensité maximale fournie par cette cellule.
2. Les panneaux solaires sont composés de cellules photovoltaïques montées
en série pour obtenir une tension nominale de 12V. Calculer le
nombre de cellules de tension nominale 0,48V nécessaires pour obtenir
un panneau solaire de tension nominale 12 V.

Le panneau solaire est de forme rectangulaire. Il a les dimensions suivantes

: 427 mm × 633 mm.
le soleil fournit en moyenne 1,36 ch/m2.
3. Calculer en watt la puissance absorbée par le panneau solaire.
4. Calculer le rendement du panneau solaire s’il fournit une puissance égale
à 30 W.
06/07/2020 61
 exercice°2

En France, chaque mètre carré reçoit en moyenne une énergie solaire

annuelle de 1 500 kWh/an.
1. Calculer l’énergie annuelle reçue par un panneau solaire de 20 m².
Le panneau solaire alimente les trois chauffe-eau d’un complexe sportif,
qui absorbent chacun en moyenne par an 4 000 kWh. Le rendement du
panneau solaire est de 30 %.
2. Quelle est l’énergie électrique fournie par le panneau solaire ?
3. Le panneau solaire suffit-il à lui seul pour chauffer l’eau des chauffe eau?

06/07/2020 62
 II.2.2.4.Dimensionnement de panneaux solaires
Pour dimensionner la surface de panneaux nécessaires on procède
en trois étapes :
Etape 1 : Calculer l’énergie(Ec) qui sera consommée par les
différents récepteurs
Etape 2 : Calculer l’énergie à produire :
Le coefficient k tient compte des pertes dans les câbles et
les connexions. K= [0,55 et 0,75].
Etape 3 : Calcul de la taille du générateur photovoltaïque
(ensemble des panneaux) à installer.
N = Pc / puissance crête unitaire d‘un panneau

06/07/2020
63
II.2.2.5. Dimensionnement du parc batteries :

Pour réaliser le dimensionnement de la batterie, on procède de la

façon suivante :
Etape 1 : On calcule l’énergie consommée (Ec) par les différents
récepteurs
Etape 2 : On détermine le nombre de jour d’autonomie nécessaire
Etape 3 : On détermine la profondeur de décharge acceptable
pour le type de batterie
Utilisée.

06/07/2020 64
Etape 4 : On calcule la capacité (C) de la batterie en appliquant la
formule ci-dessous:

C : capacité de la batterie en ampère.heure (Ah)

EC : énergie consommée par jour (Wh/j)
N : nombre de jour d’autonomie
D : décharge maximale admissible (0,8 pour les batteries au
plomb)
U : tension de la batterie (V)

06/07/2020 65
 II.2.2.6. Onduleur

L’onduleur permet de convertir le courant continu

produit par les panneaux photovoltaïques en courant
alternatif identique à celui du réseau électrique

06/07/2020 66
 II.2.2. L'éolienne

Définition

L’énergie éolienne est toute forme d’énergie produite à

partir du vent. Une hélice entraînée en rotation par la
force du vent permet la production :
d'énergie mécanique ;
d’énergie électrique.

06/07/2020 67
 Les différentes formes de vent

06/07/2020 68
 Applications de l’énergie éolienne

L’énergie éolienne peut être utilisée de deux manières:

Energie mécanique: navire à voile, pour pomper l’eau, pour

faire tourner la meule d’un moulin;

Transformation en énergie électrique: l’éolienne ou

aérogénérateur directement relié au réseau ou de manière
indépendante.

06/07/2020 69
06/07/2020 70
Les composants externes d’une éolienne

Mat (tubulaire en acier de 40 à

100m) : permet d’accès à la Nacelle

Les pales: ils captent l’énergie de

l’air et entraine en rotation le
rotor

06/07/2020 71
Les composants interne d’une éolienne

le multiplicateur: il permet de faire

passer la fréquence de 40Tr/min à
1500Tr/min à l’aide d’engrenages

L’arbre primaire: il relie le rotor

au multiplicateur

06/07/2020 72
Les composants internes d’une éolienne

L’arbre secondaire: il relie le

multiplicateur à la génératrice

La génératrice: transforme l’énergie

mécanique en énergie électrique

Le contrôleur: il contrôle le
fonctionnement de l’’eolinne(démarrage,
freinage, orientation des pales,
refroidissement du générateur)

Les outils de mesure

La girouette(direction du vent)
06/07/2020 Anémomètre(direction du73vent)
paratonnerre
Les composants internes d’une éolienne

Les refroidisseurs(ventilateurs et des

radiateurs): ils refroidissent le
multiplicateur et la génératrice

Système d’orientation (moteurs

électriques) pivote la nacelle dans la
direction du vent.:

06/07/2020 74
Principe de fonctionnement d’une Eolienne

06/07/2020 75
Principe de fonctionnement d’une Eolienne

La nacelle s’oriente face au vent pour

capter le maximum d’énergie

Transmission du mouvement du
rotor à l’arbre lent dans la nacelle
Augmentation de la vitesse de
rotation de l’arbre lent par le
multiplicateur

Le générateur transforme

l’énergie mécanique du vent en
électricité

06/07/2020 76
Principe de fonctionnement d’une éolienne

06/07/2020 77
 Les différents types d’éoliennes
Il existe différents types d’éoliennes :
 les éoliennes classiques, à axe vertical qui ont
généralement trois pales, mais peuvent aussi en
avoir deux (1), voire une seule(2).
On peut aussi trouver des éoliennes à axe
vertical, tel que les éoliennes de Darrieus (3), les
éoliennes de Savonius (4), ou encore des
éoliennes à hélices (5).

06/07/2020 78
06/07/2020 79
Détermination des certaines paramètres d’une éolienne

La puissance du vent(puissance disponibles):

06/07/2020 80
06/07/2020 81
Détermination des certaines paramètres d’une éolienne

Surface traversée par le vent

06/07/2020 82
Détermination des certaines paramètres d’une éolienne

calcul de la puissance récupérée :

Dm est le débit massique de l’air identique à l’entrée et la sortie du rotor

06/07/2020 83
 La puissance de sortie d’un générateur:

Puissance unitaire d’une éolienne[2-20]MW

Vitesse du vent à une hauteur donnée:

06/07/2020 84
 exercice3
Nous souhaitons dimensionner les pales d’une éolienne
pour obtenir une vitesse 13,8m/s et une puissance de
750Kw . Si Cp= 0,2. calculer la longueur des pales de
l’éolienne.

06/07/2020 85
 Inconvénients de l’énergie éolienne

Risque d'accident éolien;

Nuisance sonore(Une éolienne produit un bruit de 55 dB au
pied de sa tour);
Encombrement des éoliennes;
Energie intermittente.

06/07/2020 86
Energie hydraulique

© EDSB – 2007
 I. Fonctionnement
A/ Les différents types de barrages

Il existe deux grandes catégories de barrages :

- les barrages en béton ou en maçonnerie

- les barrages en remblais

© EDSB – 2007
Parmi les barrages en béton ou en maçonnerie, on trouve
principalement 3 catégories :

- les barrages-poids

- les barrages-voûtes

- les barrages à contreforts

© EDSB – 2007
Le barrage-poids :
C’est un barrage béton. Il
possède un profil triangulaire.

La stabilité du barrage-poids
sous l'effet de la poussée de
l'eau est assurée par le poids du
matériau.

Ce type de barrage convient

bien pour des vallées larges
ayant une fondation rocheuse.

© EDSB – 2007
Le barrage-voûte :

Il est généralement en béton dont

la forme courbe permet un report
des efforts de poussée de l’eau
sur les rives rocheuses de la
vallée.

Ce type de barrage convient bien

lorsque la topographie permet de
fermer la vallée par une forme
arquée de longueur réduite.

© EDSB – 2007
Le barrage à contreforts :

Il est constitué d’une :

- une série de murs
parallèles, généralement de forme
triangulaire, plus ou moins épais et
plus ou moins espacés (les
contreforts);
- une bouchure entre les
contreforts transmettant à ceux-ci
la poussée de l'eau.

Il est bien adapté aux vallées larges

avec une fondation rocheuse de
bonne qualité.

© EDSB – 2007
 B/ Production d’électricité
1- Généralité

L'énergie hydroélectrique représente actuellement 20% de

la production électrique totale et 7% environ de toute
l'énergie consommée dans le monde. Dans les pays en voie
de développement c'est souvent la seule ressource
disponible localement.

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 Principe

06/07/2020 94
 II. Avantages et inconvénients
A/ Avantages
• C’est une énergie propre (renouvelable) sans émission de
fumées et pollution.

• La gestion des cours d’eau permet le contrôle des crues :

- en période de sécheresse, on lâche de l’eau ;

- en période d’inondation, on retient le surplus

d’eau

• Il existe également un apport économique : le tourisme

grâce aux lacs et aux stations balnéaires
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 B/ Inconvénients

• Coût des aménagements

• Risques de rupture du barrage
• Perturbation de l’écosystème
• Exigences géologiques et géographiques :
- réservoir : zone large et dégagée
- barrage : zone étroite
• Modification de l’aspect naturel du site

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Désavantages de l'hydroélectricité

• Centrale constructible uniquement sur un cours

d'eau

• le permettant.

• Dégâts environnementaux.

• Délai de mise en exploitation long.

06/07/2020 97
Calcul des paramètres d’une centrale hydraulique

Débits caractéristiques:
 Le débit de restitution Qrest ou débit résiduel minimal est le
débit qui doit être maintenu dans le tronçon du cours d’eau
entre la prise d’eau et l’usine.

 Le débit turbinable Qt est le débit s’écoulant dans la rivière

(Qriv) moins le débit de restitution (Qrest).

Qt = Qriv – Qrest

 Le débit nominal Qn est le débit maximum sous lequel peut

fonctionner une turbine

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 Chute
La chute brute Hb

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Les pertes de charge

Les pertes de charge sont calculées en fonction de la géométrie des

ouvrages et des matériaux utilisés. Elles varient avec le débit
turbiné.

Elles sont de deux types:

– les pertes locales ou singulières;

– les pertes réparties ou linéaires

06/07/2020 100
Les pertes locales ou singulières HL

HLs : pertes singulières, en [m]

ξ : coefficient de pertes de charge, sans unité, dépend du type de
singularité et de sa géométrie.
v : vitesse de l’écoulement, en [m/s], à l’amont de la singularité
g : accélération due à la pesanteur, en [m/s2].

Les pertes réparties ou linéaires HLf

HLf : pertes linéaires, en [m] v : vitesse de l’écoulement, en [m/s]

L : longueur de conduite considérée, en [m]
K : coefficient de rugosité selon Strickler, en dépend du type de matériaux
et de l’état de la surface de contact entre l’eau et la paroi.

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La chute nette Hn
La chute nette représente l'énergie effective à la
disposition de la turbine, mesurée entre l'entrée et la
sortie de la machine.

La puissance hydraulique

06/07/2020 102
 exercice

En vous aidant de la courbe suivante donner l’expression de la somme

des pertes de charges en fonction de Qt donne
En déduire l’équation de la chute nette en fonction du débit: Hn=f(Qt)
(On néglige la perte de l’énergie cinétique résiduelle)

06/07/2020 103
La puissance mécanique

Phyd Turbine Pmec

La puissance électrique
Pmec Générateur Pél

C’est la puissance directement disponible aux bornes du générateur. Elle se

calcule en introduisant le rendement du générateur.

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La puissance électrique

06/07/2020 105
 Enjeux environnementaux : Problèmes
environnementaux causés par le pétrole et
les produits pétroliers ; mesures visant à
les maîtriser

06/07/2020 106
Les effets néfastes de l’industrie pétrolière sur l’environnement

Les marées noires

Définition

Une marée noire est une catastrophe industrielle et écologique

dû à l' échouement d' une nappe d' hydrocarbures dans un
cours d’eau. Cette nappe est dû à un déversement volontaire
ou accidentel d’une certaine quantité de pétrole brut ou bien
de produits pétroliers dans un cours d’eau

06/07/2020 107
 Conséquences des marées noires
perturbation durement et durablement la faune et la
flore
Perturbation de la population

La pollution acoustique :
Perturbation du paysage par le son provenant des travaux
pétrolières.
Ces sons provoqués par l' exploration sismique du pétrole
entraînent des pertes de sensibilité auditive, des blessures internes
ou encore la mort. Les animaux perdent donc leurs repères.

06/07/2020 108
Les effets néfastes de l’industrie pétrolière sur
l’environnement
Le changement climatique
changement climatique, évolution naturelle du climat. Ce
phénomène est fortement influencée par les activités
humaines entrainant ainsi:
Une élévation du niveau de la mer;
Une perturbation des couvertures nuageuses;
 Les causes du réchauffement climatique
Évolution de la concentration en CO2 au du 21iem siècle
CO2 (en ppm)
970

540

367
280

1800 2000 2100

ENERTECH
Les causes de l’augment de la concentration de CO2
dans l’atmosphère
La présence de CO2 et des hydrocarbures dans l'air est due à
plusieurs origines:

La fermentation des déchets dans les décharges;

La mauvaise combustion des combustibles fossiles;
Les pertes de gaz le long des chaînes de production des
hydrocarbures (entre l'extraction et le raffinage par exemple, ou
dans les lieux de stockage qui ne sont pas totalement étanches).

06/07/2020 111
Mesures visant à lutter contre les effets néfastes des EF

Améliorer les carburants existants

Réduire la consommation des combustibles fossiles
Contrôler les rejets dans l'atmosphère
 Des carburants nouvelles générations
La voiture électrique. Est-ce réellement peu polluant ?

06/07/2020 112
Mesures visant à lutter contre les effets néfastes des EF

Les énergies du futur

La voiture propre ou la voiture écologique
 lutter contre les négligences et assurer la
maintenance régulière des équipements.
Sensibiliser et prendre des mesures adéquates pour
lutter contre le braconnage

06/07/2020 113
 Évolution des besoins énergétiques de la
communauté mondiale ; réserves
énergétiques dans le monde

06/07/2020 114
 Source : AIE/OCDE
Milliards
de TEP Réserves prouvées
600 d’énergie dans le monde

500

Autres
400

300 Chine :
21.8%

200 Ex - URSS :
22.5%

100 Autres Autres

Amérique du Moyen Orient :

nord : 25.4% Moyen Orient : 33.9%
218 ans 63.6%
41 ans Ex - URSS :
63 ans
38.7%
0
Réserve Conso. annuelle Réserve Conso. annuelle Réserve Conso. annuelle

Charbon Pétrole Gaz

06/07/2020 116
Enjeux lies à la rareté des réserves
énergétiques :
1 – Guerres armées pour le contrôle
des ressources (ex : guerre d’Irak)

2 – Guerres économiques
(USA, Europe, Chine),

Olivier Sidler
06/07/2020 118
 Ce qu’il faut faire dans un délai de
50 à 70 ans :

1 – Réduire la demande de façon

drastique
2 – Construire une offre hors
fossiles :
- fission, fusion?

3 – Faire recours aux ER

Olivier Sidler
• Historique sur l’utilisation de l’énergie solaire ; Recherche –Développement dans les Pays Développés et en Développement

Historique sur l’utilisation de l’énergie

solaire ; Recherche –Développement dans
les Pays Développés et en Développement

06/07/2020 120
 Historique

L’utilisation de l’énergie solaire est un fait très ancien. L’énergie

solaire est à l’origine de la vie sur Terre: les premiers
organismes photosynthétiques l'utilisaient déjà il y a 3,6
milliards d'années pour produire leur matière organique. Le but
de cette sous-partie est de montrer que l'évolution des
techniques d'exploitation de l'énergie solaire s'est faite en
plusieurs phases.

06/07/2020 121
 Dès l'Antiquité

Avant 1939: utilisation de l’énergie solaire par les Grecs et les

Romains pour allumer la flamme des jeux olympiques;
 (399; 470) orientation des toitures des maisons vers le sud pour
bénéficier de la chaleur du soleil durant la période froide sur
proposition du philosophe grec Socrate;
(287; -212) utilisation par Archimède des nombreux miroirs
géants en bronze polis tous orientés sur le même point du navire
pour bruler les bateaux romains.

06/07/2020 122
 Au XVIIIème siècle

 1747: création par le botaniste Buffon de la première machine

capable de bruler du bois à 28 mètres;

1743-1794: création du premier four solaire par le savant Antoine

Laurent de Lavoisier. Ce four est destiné à fondre les métaux. Il
obtient 1755°C.

06/07/2020 123
 Au XVIIIème siècle
1740; 1799: Le suisse Horace Bénédicte de Saussure invente le tout
premier four solaire qu’il appelle “boîte chaude” qui lui permet
de démontrer l’effet de serre. Il obtient une température de 160°C.

06/07/2020 124
 Au XIXème siècle
En 1839, le physicien Alexandre Edmond Becquerel
découvre par hasard l'effet photovoltaïque. En 1900 Einstein
explique cet effet.
En 1875, l'industriel allemand Werner von Siemens décrit le
principe d'une cellule photovoltaïque au silicium ainsi que le
principe photovoltaïque devant l'Académie des Sciences de
Berlin.

06/07/2020 125
 A partir du XXème siècle

1912 une centrale thermique qui fonctionnait sur le principe de

Boys, permettant d’irriguer une grande surface de cultures

A partir de 1920, aux Etats-Unis, des particuliers installent chez

eux des chauffe-eau solaires
1954: création par les américains Gerald Pearson, Daryl Chapin
et Calvin Fuller de la toute première cellule photovoltaïque au
silicium.

1970 :création par de la première centrale solaire

06/07/2020 126
En Australie, la 1ère voiture solaire parcourt 4000km.

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