UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO ------ÉCOLE SUPÉRIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO ------MENTION HYDRAULIQUE
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MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES
en vue de l’obtention
du DIPLÔME D’INGÉNIEUR GRADE MASTER
Par : RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO ------ÉCOLE SUPÉRIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO ------MENTION HYDRAULIQUE
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MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES
en vue de l’obtention
du DIPLÔME D’INGÉNIEUR GRADE MASTER
Par : RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Soutenu le 13 mars 2020 devant la Commission d’Examen composée de :
Président : M. RANDRIAMAHERISOA Alain, Enseignant Chercheur à l’ESPA ;
Examinateurs : M. RAMANARIVO Solofomampionona, Enseignant Chercheur à l’ESPA ;
M. RANDRIANARIVONY Charles, Enseignant Chercheur à l’ESPA ;
M. RATSARAEFADAHY Milson, Expert national en hydroélectricité à l’ONUDI Madagascar ;
Directeur de mémoire : M. RAKOTO David Rambinintsoa, Enseignant Chercheur à l’ESPA.
Promotion 2017
REMERCIEMENTS Premièrement, je remercie Dieu Tout Puissant pour sa grâce et sa bonté qui m’ont permis de terminer mes études et de réaliser ce mémoire de fin d’études.
Ce mémoire est le fruit de la collaboration avec les personnes qui, de près ou de loin, ont contribué à son élaboration. Je tiens alors à remercier vivement :
Monsieur RAKOTOSAONA Rijalalaina, Directeur de l’École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA), qui nous a autorisés à faire cette soutenance.
Monsieur RANDRIAMAHERISOA Alain, Chef de la Mention Hydraulique et Enseignant chercheur à l’ESPA, qui a bien voulu présider la soutenance du mémoire.
J'adresse mes plus sincères remerciements à Monsieur RAKOTO David Rambinintsoa, Enseignant chercheur à l’ESPA, qui a accepté de m’encadrer durant l’élaboration de ce mémoire. Mes remerciements et mes reconnaissances vont également à l’endroit de tous les membres du jury qui ont accepté d’examiner mon travail. Vous avez consacré une grande partie de votre précieux temps pour apprécier mon mémoire. Veuillez accepter ma gratitude.
Sans oublier toute l’équipe du bureau de l’ONUDI Madagascar, structure d’accueil de mon stage de fin d’études, en particulier Madame RAKOTONDRAZAFY Volatiana, la Représentante de l’ONUDI Madagascar, Monsieur TAVERNIER Louis, Coordinateur du projet Énergie, et Monsieur COLLOMBAT François, Expert international en hydroélectricité à l’ONUDI.
J’adresse également mes vifs remerciements à mon rapporteur de mémoire, Monsieur RATSARAEFADAHY Milson, Expert national en hydroélectricité à l’ONUDI Madagascar. Toute sa contribution m’a largement aidé à perfectionner cet ouvrage.
Je ne saurais oublier tous mes enseignants de l'ESPA, qui m'ont instruit tout au long de ces cinq années d'études.
Enfin, j'adresse une pensée sincère et pleine de gratitude à mes chers parents, mes frères, mes sœurs et à tous les membres de ma famille ainsi qu’à tous mes amis pour leur soutien indéfectible tout au long de mes études.
Merci à toutes et à tous !
i RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS SOMMAIRE LISTE DES ABRÉVIATIONS LISTE DES ILLUSTRATIONS LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABAQUES LISTE DES CARTES LISTE DES PHOTOS INTRODUCTION
GÉNÉRALITÉS ET PRÉSENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE
ASPECTS SOCIO-ÉCONOMIQUES ET ESTIMATION DES BESOINS EN ÉLECTRICITÉ
ÉTUDES PLUVIOMÉTRIQUE ET CLIMATOLOGIQUE DU BASSIN VERSANT
ÉTUDE HYDROLOGIQUE
DONNÉES PRINCIPALES SUR L’AMÉNAGEMENT
CADRAGE ENVIRONNEMANTAL
ÉTUDES ÉCONOMIQUES DES VARIANTES
CHOIX DE LA VARIANTE À RETENIR CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE ANNEXES TABLE DES MATIÈRES
ii RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
LISTE DES ABRÉVIATIONS % : Pourcentage 3ERAE : Études- Exploitation des Énergies Renouvelables et Adduction D’Eau 3P : Partenariats Publics Privés ADCP : Acoustic Doppler Current Profiler ADER : Agence de Développement pour l’Électrification Rurale AEPC : Alternative Energy Promotion Center AIDER : Association des Ingénieurs pour le Développement de l’Électrification Rurale APD : Avant-Projet Détaillé APS : Avant-Projet Sommaire BD : Base de Données BEPC : Brevet d’Étude du Premier Cycle BT : Basse Tension BV : Bassin Versant CAPEX : CApital Expenditure CCE : Cahier de Charges Environnementales CEG : Collège d’Enseignement Général CPGU : Cellule de Prévention et Gestion des Urgences CREAM : Centre de Recherches, d’Études et d’Appui à l’Analyse Économique à Madagascar CSB II : Centre de Santé de Base niveau II CTGREG : Centre Technique de Génie Rural et des Eaux et Forêts CU : Commune Urbaine d'Antsohihy DCC : Débit caractéristique de Crue DCE : Débit caractéristique d'Étiage DGM : Direction Générale de la Météorologie EDBM : Economic Development Board of Madagascar EIE : Étude d’Impact Environnemental ESHA : European Small Hydropower Association ESPA : École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo ETP : Évapotranspiration Potentielle FEM : Fonds pour l’Environnement Mondial FTM : Foibe Taosaritanin'i Madagasikara HT : Hors Taxe IST : Infections Sexuellement Transmissibles JIRAMA : JIro sy RAno MAlagasy LCOE : Levelized Cost Of Energy MAP : Madagascar Action Plan MECIE : Mise En Comptabilité des Investissements avec l’Environnement MNT : Model Numérique du Terrain MRE : Ménage à Revenu Élevé MRF : Ménage à Revenu Faible MRM : Ménage à Revenu Moyen
iii RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
MST : Maladie Sexuellement Transmissible MT : Moyenne Tension N° : Numéro NIHYCRI : Normes malgaches de construction des Infrastructures HYdroagricoles contre les CRues et les Inondations NPHE : Niveau de Plus Hautes Eaux ODD : Objectifs de Développement Durable ONE : Office Nationale de l’Environnement ONU : Organisation des Nations Unies ONUDI : Organisation des Nations Unies pour le Développement Industriel OPEX : Operational Expenditure PCH : Petites Centrales Hydroélectriques PDRI : Plan de Développement Régional Indicatif PGE : Plan de Gestion Environnementale PGEP : Plan de Gestion Environnementale du Projet PHE : Plus Hautes Eaux PPI : Petits Périmètres Irrigués PPN : Produits de Première Nécessité PREE : Programme d’Engagement Environnemental RN : Route Nationale RNM : Radio Nationale Malagasy SAVA : Sambava, Andapa, Vohemar, Antalaha SHEMA : Société Hydraulique d’Études et de Mission d’Assistance SIDA : Syndrome Immuno Déficience Acquise SOCTAM : Société de Culture de Tabac à Madagascar SOMEAH : Société Malagasy d’Études et d’Applications Hydrauliques SRAFI : Société Razafitsalama et Fils STR : Station de référence TRI : Taux de Rentabilité Interne TTC : Toute Taxe Comprise US : United States USACE : U.S Army Corps on Engineers USD : United States Dollar VAN : Valeur Actuelle Nette WES : Waterways Experiment Station WGS 84 : World Geodetic System 1984
iv RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
LISTE DES ILLUSTRATIONS LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Répartition de l’occupation du sol du BV ...... 12 Tableau 2 : Nombre de populations et de ménages pour chaque chef-lieu de commune ...... 14 Tableau 3 : Géolocalisation des localités cibles ...... 15 Tableau 4 : Segmentation des ménages ...... 20 Tableau 5 : Jour du marché hebdomadaire ...... 21 Tableau 6 : Activités génératrices de revenus ...... 22 Tableau 7 : Nombres des institutions ...... 22 Tableau 8 : Évolution annuelle du nombre de clients pour les 5 villages ...... 24 Tableau 9 : Puissance unitaire des appareils utilisés par les clients ...... 25 Tableau 10 : Répartition de la demande journalière [kW] ...... 27 Tableau 11 : coefficients d’utilisations ...... 30 Tableau 12 : Évolution de la consommation énergétique en [MWh] pour la zone rurale ...... 31 Tableau 13 : Évolution du nombre des abonnées, de la puissance de pointe et de la consommation énergétique de la ville d’Antsohihy de 2000 à 2017 ...... 33 Tableau 14 : Projections de la demande et de la consommation d’énergie de la CU Antsohihy sur 20 ans ...... 33 Tableau 15 : Besoins en électricité pour les 6 localités sur 20 ans ...... 34 Tableau 16 : Pluviométrie moyenne mensuelle interannuelle de 1951 à 2012 ...... 36 Tableau 17 : Pluviométries moyennes annuelles de période de retour 5, 10, 20 et 50 ans ...... 38 Tableau 18 : Pluviométries moyennes mensuelles de période de retour 5, 10, 20 et 50 ans ...... 38 Tableau 19 : Pluviométries maximales journalières de période de retour 5, 10, 20, 50 et 100 ans ...... 40 Tableau 20 : Vitesse moyenne du vent de 1990 à 2010 ...... 41 Tableau 21 : Température moyenne mensuelle à Antsohihy de 1990 à 2010 ...... 41 Tableau 22 : Humidité relative à Antsohihy de 1990 à 2010...... 41 Tableau 23 : Récapitulation de résultats des ETP ...... 44
v RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 24 : Répartition des pourcentages des aires cumulées en fonction des tranches d’altitudes ...... 49 Tableau 25 : Détermination de l’altitude moyenne du BV d’étude ...... 51 Tableau 26 : Caractéristiques du bassin versant de Marobakoly ...... 53 Tableau 26 : Valeurs du coefficient de ruissellement Cr pour les petits BV ...... 55 Tableau 28 : Apports annuels de différentes périodes de retour selon la méthode CTGREF ...... 56 Tableau 29 : Apports annuels de différentes périodes de retour selon la méthode STR ...... 56 Tableau 30 : Apports mensuels de différentes périodes de retour selon la méthode CTGREF ...... 58 Tableau 31 : Apports mensuels de différentes périodes de retour selon la méthode STR ...... 58 Tableau 32 : Débits de crue de différentes périodes de retour T ...... 60 Tableau 33 : Débits de crue de différentes périodes de retour T après ajustement . 61 Tableau 34 : Débits spécifiques de différentes périodes de retour T ...... 62 Tableau 35 : Débits de crue de différentes périodes de retour T selon la méthode STR ...... 62 Tableau 36 : Listes des jaugeages effectués ...... 63 Tableau 37 : Débit moyen mensuel interannuel et module ...... 66 Tableau 38 : Débits caractéristiques de l’Anjingo pour l’année hydrologique 2017/2018 ...... 67 Tableau 39 : Débits caractéristiques moyens du fleuve Anjingo à Marobakoly ...... 67 Tableau 40 : vérification de stabilité ...... 75 Tableau 41 : Dimensions de la prise d’eau ...... 77 Tableau 42 : Caractéristiques du dessableur ...... 79 Tableau 43 : Dimensions de la conduite d’amenée ...... 81 Tableau 44 : Dimensions de la chambre de mise en charge ...... 83 Tableau 45 : Dimensions de la conduite forcée ...... 86 Tableau 46 : Productible mensuelle [MWh] ...... 89 Tableau 47 : Tableau comparatif entre les deux turbines ...... 90 Tableau 48 : Caractéristiques fictives de l’alternateur ...... 93 Tableau 49 : Caractéristiques des transformateurs ...... 94 Tableau 50 : Caractéristiques de la variante II et de la variante III ...... 95
vi RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 51 : Dimensions principales du barrage ...... 96 Tableau 52 : Forces et moments agissants sur le barrage ...... 97 Tableau 53 : Vérification de stabilité du barrage ...... 97 Tableau 54 : Vérification de la stabilité du mur ...... 98 Tableau 55 : Dimensions de la prise d’eau pour les variantes II et III ...... 99 Tableau 57 : Dimensions du dessableur pour les variantes II et III ...... 99 Tableau 57 : Caractéristiques des canaux d’amenés ...... 101 Tableau 58 : Dimensions des chambres ...... 101 Tableau 59 : Caractéristiques des conduites forcées ...... 102 Tableau 60 : Caractéristiques des canaux de fuite ...... 103 Tableau 61 : Productibilités mensuelles pour les variantes II et III [MWh] ...... 103 Tableau 62 : Caractéristiques fictives des turbines ...... 104 Tableau 63 : Caractéristiques fictives des générateurs ...... 105 Tableau 64 : Grille d’interrelation de critère et d’importance...... 111 Tableau 65 : Évaluation des impacts d'aménagement hydroélectrique de Marobakoly ...... 112 Tableau 66 : Fiche de tri de la variante retenue...... 115 Tableau 67 : Coûts d’investissement des variantes ...... 122 Tableau 68 : Caractéristiques proposées pour le plan de financement ...... 124 Tableau 69 : Rémunération mensuelle ...... 125 Tableau 70 : Coûts de maintenance et d’entretien ...... 125 Tableau 71 : Plan d’amortissement ...... 126 Tableau 72 : Critères de rentabilités ...... 127 Tableau 73 : Analyse de la marge brute d’autofinancement ...... 128 Tableau 74 : Comparaisons des variantes d’aménagements hydroélectriques potentielles sur le site de Marobakoly ...... 131 Tableau 75 : Pluviométries moyennes journalières à Marobakoly pour l’année hydrologique 2017/2018 ...... XIII Tableau 76 : Pluviométries moyennes mensuelles enregistrées à la station pluviométrique d’Antsohihy (1951-2012) ...... XIV Tableau 77 : Classement et rangement de la pluviométrie annuelle ...... XVI Tableau 78 : Test de validité de la loi de Gauss ...... XVII Tableau 79 : Table de Gauss ...... XVIII Tableau 80 : Table de Pearson ...... XIX
vii RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 81 : Pluviométries maximales journalières de 24 heures ...... XIX Tableau 82 : Insolation réelle n en [heure]...... XIX Tableau 83 : Insolation maximale théorique N en [h] (latitude Sud) ...... XIX Tableau 84 : Durée astronomique indépendante du climat 퐼푔0 de l’hémisphère Sud [cal/cm2/j] ...... XX Tableau 85 : Débits moyens journaliers d’Anjingo à Marobakoly ...... XX Tableau 86 : Débits moyens mensuels de la station de référence de Maevarano à Ambodivohitra aval ...... XXI Tableau 87 : Valeurs des forces et des moments agissants sur le déflecteur .... XXXIII Tableau 89 : Vérification des conditions de stabilités du barrage ...... XXXIV Tableau 89 : Moments de forces appliqués sur le mur ...... XXXV Tableau 90 : Vérification de la stabilité du mur ...... XXXV
LISTE DES FIGURES Figure 1 : Organigramme de la Région Sofia ...... 6 Figure 2 : Calendrier cultural du riz pour l’année 2018/2019 ...... 17 Figure 3 : Calendrier cultural de tabac dans la Région Sofia ...... 18 Figure 4 : Sources d’énergie existantes...... 19 Figure 5 : Histogramme de charge journalière pour les 5 villages ...... 29 Figure 6 : Allure de l’évolution de la consommation des clients ...... 32 Figure 7 : Tendances des besoins énergétiques de la CU Antsohihy sur 20 ans ..... 33 Figure 8 : Histogramme de la pluviométrie moyenne mensuelle pour l’année hydrologique 2017/2018 ...... 40 Figure 9 : Courbes de variations mensuelles des ETP ...... 44 Figure 10 : Illustration entre bassin topographique et bassin réel ...... 45 Figure 11 : Détermination de la superficie et du périmètre du BV ...... 47 Figure 12 : Longueur du plus long cheminement hydraulique du BV ...... 49 Figure 13 : Allure de la courbe hypsométrique du BV de Marobakoly ...... 50 Figure 14 : Altitudes du BV de Marobakoly...... 51 Figure 15 : Courbe de tarage de l’Anjingo ...... 64 Figure 16 : Hydrogramme de crue du fleuve Anjingo (01/11/2017-30/09/2018) ...... 65 Figure 17 : Courbe des débits classés pour l’année hydrologique 2017/2018 ...... 66 Figure 18 : Courbe des débits classés du projet ...... 67
viii RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Figure 19 : Régimes du fleuve Anjingo ...... 71 Figure 20 : Profil du déflecteur ...... 73 Figure 21 : Profil du mur ...... 75 Figure 22 : Schéma descriptif d’une turbine Dive avec ses accessoires ...... 92 Figure 23 : Profil du barrage de la variante II et III ...... 96 Figure 24 : Forme de section « optimale » du point de vue hydraulique ...... 100
LISTE DES ABAQUES Abaque 1 : Détermination du coefficient de ruissellement dépendant de la pluviométrie maximale ...... XXII Abaque 2 : Détermination des coefficients A, B et K ...... XXIII Abaque 3 : Diagramme de Moody ...... XXIV Abaque 4 : Coefficient de perte de charge sur une dérivation sans concordances XXV Abaque 5 : Choix de turbines ...... XXVI
LISTE DES CARTES Carte 1 : Localisation et situation administrative de la zone d’étude ...... 7 Carte 2 : Accès au site...... 8 Carte 3 : Géologie générale de la zone d’étude ...... 9 Carte 4 : Occupation du sol du BV de Marobakoly ...... 11 Carte 5 : Localisation des localités cibles ...... 16 Carte 6 : Bassin versant de Marobakoly ...... 46
LISTE DES PHOTOS Photo 1 : Jaugeage du fleuve à l’aval du pont ...... 5 Photo 2 : Extrait de la végétation dans le BV de Marobakoly ...... 11 Photo 3 : Échelle limnimétrique installée à Marobakoly ...... 64
ix RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
INTRODUCTION Au début du 21ème siècle, l’accès aux services énergétiques est devenu une nécessité pour lutter contre la pauvreté, en particulier pour les pays en voie de développement. Les services de base permettant aux populations d’accéder à la modernité sont l’éclairage, le chauffage, la cuisson, la communication et la mobilité. Or, les sources d’énergie les plus utilisées dans les pays en voie de développement sont les combustibles fossiles. Pourtant, ces combustibles engendrent des émissions de gaz à effet de serre importante et constituent une menace sérieuse pour l’environnement, le bien-être de l’homme et celui des générations futures. Cette préoccupation a conduit à la mise en place des mesures incitatives à l’utilisation des énergies renouvelables, comme exprimées dans les Objectifs de Développement Durable (ODD) et spécifiquement l’ODD N°07 : « Garantir l’accès de tous à des services énergétiques fiables, durables et modernes à un coût abordable ». [1]
En ce qui concerne Madagascar, les infrastructures électriques sont encore insuffisantes et une grande partie des installations de production et de distribution existantes est vétuste et ne pourrait plus répondre à la demande actuelle. Selon l’Economic Development Board of Madagascar (EDBM), le taux d’électrification [1] nationale n’a couvert que 15% des ménages, dont 54% en milieu urbain et 6% dans le milieu rural où vivent plus de 80% de la population. Il va falloir sans dire que cette situation constitue un handicap au développement du pays. Pour résoudre ce problème, le développement de Partenariats Publics Privés (3P) qui œuvre sur le secteur énergie sera un facteur clé.
Dans le cadre de l’Appel à Projets N°1 lancé par l’Agence de Développement pour l’Électrification Rurale (ADER), la Société RAzafitsalama et FIls (SRAFI) a été présélectionnée en tant que permissionnaire provisoire pour développer le site de Marobakoly. Ce dernier offre une opportunité pour un aménagement d’une centrale hydroélectrique pouvant répondre en partie aux besoins en électricité des localités environnantes.
Avant de passer à une étude approfondie de ce projet, une étude sommaire devra être faite qui a pour objectif d’étudier les différentes alternatives techniques d’aménagement et de les confronter à la réalité économique et à la prévision de la demande pour permettre au Maître d’Œuvre de sélectionner la meilleure alternative remplissant au mieux ses objectifs. Pour le cas de Marobakoly, trois variantes potentielles sont envisageables, qui nous amèneront ensuite à la question suivante : comment fait-on pour aboutir au choix de la variante optimale ?
L’ouvrage s’articule autour de quatre parties. La première partie traite la description du site, les études socioéconomiques et l’évaluation de la demande en énergie des localités qui peuvent potentiellement être alimentées en électricité par le
1 Taux d’électrification national : rapport entre le nombre de ménages connectés par le nombre total des ménages du pays. 1 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
futur aménagement. La deuxième partie aborde l’étude pluviométrique, climatologique et hydrologique du bassin versant. La troisième partie est relative à l’étude technique des variantes, et à l’étude environnementale pour rendre cohérents le projet et l’environnement. Enfin, la quatrième et dernière partie se focalise sur les estimations sommaires des coûts d’investissement des variantes et sur le choix de la variante à retenir.
2 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
3 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
GÉNÉRALITÉS ET PRÉSENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE I.1 Généralités I.1.1 Contexte du projet Énergie de l’ONUDI Madagascar L’ONUDI est la branche de l’ONU spécialisée dans le développement industriel. Ses principaux objectifs sont de :
- Réduire la pauvreté par le biais d’activités productives ; - Renforcer les capacités commerciales par la promotion de l’investissement et de la technologie ; - Améliorer le secteur énergie renouvelable et protéger l’environnement par des programmes d’assistance technique en vue de permettre un développement industriel qui réponde à des critères de développement durable.
Pour le cas de Madagascar, l’ONUDI travaille dans un certain nombre de projets, y compris le projet Énergie dont son objectif global est de stimuler, en accord avec les priorités stratégiques et politiques du gouvernement malagasy, l’exploitation de Petites Centrales Hydroélectriques (PCH) ; afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de déclencher les activités productives, génératrices de revenus. Ce projet mis en œuvre par l’ONUDI entre 2015 et 2021 est financé par le Fonds pour l’Environnement Mondial (FEM).
I.1.2 Historique du projet de Marobakoly En septembre 2007, pour atteindre l’objectif du plan d’action « Madagascar Action Plan » ou (MAP), le Ministère en charge de l’énergie par l’intermédiaire de l’ADER a adressé une requête d’assistance technique à l’ONUDI pour le développement de projets de petites centrales hydroélectriques à Madagascar. Quelques mois plus tard, un protocole d’accord entre le ministère responsable et l’ONUDI a été signé.
Entre 2008 et 2013, compte tenu de la crise politique et du retrait des bailleurs de fonds, le projet n’a pu se réaliser.
En 2015, avec la validation du projet « Amélioration de l’accès à l’énergie à des fins productives par le développement de petites centrales hydroélectriques en zone rurale à Madagascar » et le financement accordé par le Fonds pour l’Environnement Mondial (FEM), la considération de l’aménagement du site de Marobakoly est relancée. L’ADER a ainsi inclus ce site dans le Plan de Développement Régional Indicatif (PDRI) de l’Appel à Projet N°1 lancé fin 2015.
En 2017, une visite de terrain conjointe ADER/ONUDI à Marobakoly fait remonter certaines inquiétudes sur l’hydrologie du bassin versant ; une campagne de jaugeage a été réalisée sur le site par le bureau d’études 3ERAE.
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I.1.3 Description du stage Mon stage s’est tenu du 20 juin 2018 au 20 février 2019, au sein du bureau de l’ONUDI Madagascar. Pendant mon stage, j’ai apporté un appui à l’équipe énergie sur la partie hydrologie et cartographie d’Atlas de petits aménagements hydroélectriques potentiels dans la Région Vatovavy Fitovinany. De plus, j’ai également collaboré avec l’équipe sur le suivi du rapport hydrologique et les collectes de données des 4 stations hydrométriques installées dans les Régions Sofia, Bongolava et Anosy où le bureau d’études 3ERAE a été mandaté. Sur ce sujet, j’ai participé à une mission d’une semaine sur terrain dans la Région Sofia où j’ai pu pratiquer quelques jaugeages.
Photo 1 : Jaugeage du fleuve à l’aval du pont
Source : Cliché du 3ERAE lors de la mission en août 2018.
I.2 Localisation et situation administrative I.2.1 Région Sofia
La Région Sofia se trouve dans la province de Majunga, située sur la côte Nord- Ouest de Madagascar. Le chef-lieu de la Région est Antsohihy qui se trouve à 700 [km] au Nord d’Antananarivo. Elle est délimitée au Nord par les Régions de Diana et de SAVA, à l’Est par la Région d’Analanjirofo, au Sud par les Régions de Betsiboka, de Boeny et d’Alaotra Mangoro et à l’Ouest par le canal de Mozambique. La Région est composée de 7 districts, à savoir : Antsohihy, Analalava, Mampikony, Bealanana, Port-Bergé, Befandriana Nord, Mandritsara. Elle s’étend sur une superficie totale de 52503 [km²].
Les spécificités économiques de cette Région sont les plantations de riz, de tabac, de coton ainsi que l’élevage de zébus et la filière pêche.
5 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Figure 1 : Organigramme de la Région Sofia
Source : Ministère de l’Économie et des Finances, novembre 2015. Rapport économique et financier. I.2.2 District d’Antsohihy D’une superficie totale de 5045 [km2], le district d’Antsohihy est traversé par la Route Nationale 6 (RN6), la RN31 et la RN32. Il est limité au Nord par le district de Bealanana à l’Ouest, par le district d’Analalava à l’Est, par le district de Befandriana Nord et au Sud par le district de Boriziny (Port Bergé), d’où il est le carrefour de la Région. Le district d’Antsohihy est formé par 12 communes, dont onze rurales (Andreba, Ambodimadiro, Ambodimanary, Ambodimandresy, Ampandriakilandy, Ankerika, Maroala, Anjiamangirana, Anjalazala, Antsahabe, Anahidrano) et une urbaine (Antsohihy). Le district compte environ 218506 habitants [2].
I.2.3 Site de Marobakoly Le fleuve Anjingo prend sa source dans les chaines montagneuses de Tanetibehenilahy au Nord-Est et d’Ankitsikitsimasiakana au Sud-Est. Et dans un lieu- dit Marobakoly, grâce à une différence d’altitude du terrain assez nette, le site devient un endroit favorable pour un aménagement hydroélectrique.
Du point de vue administratif, le site de Marobakoly se trouve dans le Fokontany Ambalavelona Bas, commune rurale d’Antsahabe et dans le district d’Antsohihy. Cette commune est limitée à l’Est par les communes rurales d’Ambararata et d’Ambolidibe ; à l’Ouest par les communes rurales d’Andreba et d’Ambodimadiro ; au Sud par les communes rurales de Tsiamalao et d’Anjalazala ; au Nord par la commune rurale d’Ambatosia ; au Sud-Ouest par la commune rurale d’Ambodimandresy ; au Nord- Ouest par la commune rurale d’Antsamaka. Plus précisément, il se situe en coordonnée Laborde sur la feuille N° : S37 de la FTM : (X = 596275,418 [m] ; Y = 1246084,893 [m] ; Z = 106) et en coordonnée WGS84 : (Longitude = 48°15’36’’E ; Latitude = 14°51’25’’S ; Altitude = 106).
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Carte 1 : Localisation et situation administrative de la zone d’étude
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I.3 Accès au site de Marobakoly Pour s’y rendre, en partant de la ville d’Antsohihy, on prend la RN6 vers Diégo Suarez et lorsqu’on arrive à Ankazobetsihay qui se trouve à 10 [km] au Nord-Est d’Antsohihy, on tourne vers la droite en empruntant la RN31 qui mène à Bealanana. On suit cette route jusqu’ à Ambalavelona Bas, et depuis là, le site est accessible à pied en prenant un sentier de 700 [m].
En voiture 4×4, le trajet Antsohihy-Ambalavelona Bas dure en moyenne 45 [min].
Carte 2 : Accès au site
Source : Auteur du rapport à partir du Google Earth.
I.4 Milieu physique I.4.1 Relief L’altitude de l’espace du bassin versant de Marobakoly s’élève du Sud-Est vers le Nord-Ouest avec une altitude moyenne de 447 [m]. Certains massifs culminent jusqu’à 1300, 1400 voire 1556 [m]. Le point culminant est marqué par le massif granitique de Tanetibehenilahy.
En effet, l’espace du bassin versant présente en général deux zones topographiquement distinctes :
- La partie Sud correspond aux bas plateaux d’Ambararata, de Tsiamalaho, d’Antsahabe jusqu’à Marobakoly, toutes les régions ayant des altitudes inférieures à 400 [m] ; - L’autre qui se trouve aux plateaux d’Anketsabe (au Sud) jusqu’à Tanetibehinilahy (au Nord) et d’Antanimalandy (au Nord-Ouest) dont les altitudes sont presque plus de 400 [m].
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Ces deux zones se diffèrent non seulement par leur niveau topographique, mais aussi par les formes et les caractères du relief.
Dans la zone basse, les reliefs se manifestent par un aspect plus ou moins monotone. Ils se caractérisent par les bas plateaux sur lesquels se développent des petites collines correspondant aux bancs épais de gneiss et de migmatites. Par contre, dans la zone haute, les terrains sont accidentés.
I.4.2 Aspect géologique et géomorphologique générale L’étude sur la carte géologique montre que la zone étudiée se situe sur un socle cristallin formé par des roches plutoniques et des roches métamorphiques : - Les roches plutoniques sont constituées des granites stratoïdes et des granites migmatitiques ; - Les roches métamorphiques sont composées par de complexes des gneissiques, des migmatites granitoïdes et de complexes des migmatitiques. La carte géologique de la zone est donnée par l’illustration suivante :
Carte 3 : Géologie générale de la zone d’étude
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I.4.3 Pluviométrie La pluviométrie est un facteur primordial pour la formation des crues. La pluviométrie de la zone d’étude se distingue par une longue saison pluvieuse s’étalant de novembre à avril, et une saison sèche entre mai à octobre. La pluviométrie moyenne annuelle interannuelle atteint le 1475,1 [mm] (Cf. Tableau 76 en annexe II à la page XIV).
I.4.4 Hydrographie du bassin de Marobakoly Le bassin versant de Marobakoly bénéficie de nombreux réseaux hydrographiques (rivières et ruisseaux). Le réseau hydrographique dans le bassin de Marobakoly est constitué principalement par l’Anjingo au Nord et par l’Ankofia au Sud. Le premier prend sa source à partir d’Ambingivato et le deuxième à partir du Befandriana Nord. Le fleuve garde le nom d’Anjingo à leur confluence à l’amont de la chute de Marobakoly.
On remarque que les affluents de l’Anjingo sont plus longs et plus denses que ceux de l’Ankofia (Cf. Carte 6 à la page 46).
I.4.5 Occupation du sol Le bassin est caractérisé par des formations de savanes, plus de la moitié de sa superficie étant couverte de savanes arborées. Dans la région basse du bassin, les terrains sont formés par des graminées comme le « Kofafa » (Aristida), l’« Ahidambo » (Heteropogon Cont) et le « Fatakana » (Panicum), colonisant les pourtours des collines. Les bas-fonds sont occupés par les « Ahipisaka ». Le long des cours d’eau est jalonné par les manguiers et les « Sohihy ». La région haute est constituée par des forêts ombrophiles de type oriental comme les Aristida, les Philipia, les « Anjavidy » et les fougères.
La disponibilité de la base de données BD 500 de la FTM et du logiciel ArcGIS nous a permis de traiter et d’établir la carte d’occupation du sol du bassin versant de Marobakoly.
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Photo 2 : Extrait de la végétation dans le BV de Marobakoly
Source : Cliché de l’auteur lors de la mission en août 2018.
Carte 4 : Occupation du sol du BV de Marobakoly
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Tableau 1 : Répartition de l’occupation du sol du BV Pourcentage par rapport à Superficie partielle Désignations la superficie du BV [km2] [%] Savane herbeuse 127,8 8,4 Savane arborée 806,5 53,2 Forêt dégradée 264,2 17,4 Rizière 33,9 2,2 Forêt dense 167,8 11,1 Plan d'eau 2 0,13 Mosaïque de culture 77,2 5,1 Grande culture 36,5 2,4 Source : Auteur du rapport à partir du traitement de la Carte 4 sur ArcGIS
D’après ce tableau, on trouve que seuls 28,5 % de la superficie du bassin sont couvertes de forêts. Alors, pour protéger le bassin contre l’érosion du sol, le feu de brousse ou autres ; des reboisements et des mesures convenables doivent être prévus.
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ASPECTS SOCIOÉCONOMIQUES ET ESTIMATION DES BESOINS EN ÉLECTRICITÉ II.1 Aspects sociaux II.1.1 Population La connaissance de la situation de la population est un élément clé pour l’étude d’un projet d’électrification. En effet, c’est seulement à partir de son niveau de vie et de son mode de vie, ainsi que ses coutumes qu’il est possible d’estimer sa consommation d’énergie.
II.1.1.1 Répartition ethnique Les habitants du district d’Antsohihy font partie de l’ethnie Tsimihety, qui signifie « ceux qui ne se laissent pas dominer » ou bien « ceux qui ne veulent pas couper les cheveux ». Néanmoins, on observe aussi une moindre proportion des autres groupements des migrants comme les Sakalava, les Merina, les Betsileo, et dans une moindre mesure, des Comoriens et des Indo-pakistanais. Les motifs d’installation des migrants sont divers : le commerce pour les Indo-pakistanais et les Comoriens, le commerce ambulant pour les Merina, l’exploitation forestière pour les Betsileo ou encore la pêche pour les Sakalava.
II.1.1.2 Répartition de la population La population du district d’Antsohihy représente 13,4 % de la population de la Région Sofia, avec une densité de 43,3 [habitants/km2]. La population est essentiellement rurale, car 87,4 % de sa population réside en milieu rural. [2]
Pour la projection de la population future de la zone concernée, on utilise un taux d’accroissement annuel de 2,8% [3] qui est la tendance nationale. Et pour l’estimation du nombre de ménages, on prend la taille moyenne du ménage dans la Région Sofia qui est égale à 4,7 personnes/ménage. [2]
La population future est calculée à partir de la formule suivante :
푛 푁 = 푁0. (1 + 휌)
Avec :
푁 : nombre de la population estimée ;
푁0 : nombre de la population pour l’année de base ;
휌 : taux de croissance annuel ;
푛 : nombre d’années considérée.
Le tableau suivant résume les résultats :
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Tableau 2 : Nombre de populations et de ménages pour chaque chef-lieu de commune Nombres Nombres Nombres de Commune Fokontany Longitude Latitude habitants habitants ménages [2010] [2038] [2038] Ambodimadiro Ambodimadiro 48°01'30,1" 14°32'48,3" 1904 4240 902 Ambodimanary Ambodimanary 48°00'02,1" 15°13'56,4" 3375 7517 1599 Ambodimandresy Ambodimandresy 48°05'50,2" 14°47'13,5" 1624 3618 769 Ampandriakilandy Ampandriakilandy 48°04'07,3" 14°56'14,6" 2848 6343 1349 Anahidrano Anahidrano 47°53'28,4" 15°01'08,1" 4078 9083 1932 Andreba Andreba 48°11'21,8" 14°35'56,9" 1851 4122 877 Anjalazala Anjalazala 48°10'34,6" 15°00'52,7" 857 1908 406 Anjiamangirina Anjiamangirina 47°46'34,6" 15°09'58,5" 3018 6722 1430 Ankerika Ankerika 47°52'06,3" 14°57'42,4" 502 1118 237 Antsahabe Antsahabe 48°22'46,3" 14°48'23,1" 1901 4235 901 Antsohihy CU Antsohihy (CU) 47°59'11,6" 14°52'35,2" 23348 52006 11065 Maroala Maroala 47°59'19,5" 15°23'15,4" 1022 2276 484 Source : ADER, 2010.
II.1.1.3 Localisations et choix des localités cibles Compte tenu de l’emplacement du site et de la puissance que Marobakoly peut produire, un travail préliminaire sur carte a été réalisé afin de déterminer les localités qui peuvent potentiellement être alimentées en électricité par le futur aménagement. Les localités concernées sont celles qui sont déjà recensées dans le cadre du Plan de Développement Régional Indicatif (PDRI) de l’électrification pour la Région Sofia réalisé par l’ADER. Et dans ce cadre, on privilégie :
- Le chef-lieu du Fokontany et de la commune d’appartenance du site ; - Les localités considérées comme pôles de développement [2] se trouvant proches de Marobakoly et des axes routiers principaux pour faciliter le transport en ligne et pour raison de sécurité.
D’où le tableau suivant :
2 Pôle de développement : une localité offrant des opportunités d’accès à la santé et à l’éducation, mais aussi aux emplois secondaires et tertiaires tels que défini par d’ADER. 14 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 3 : Géolocalisation des localités cibles Localisation par Commune Fokontany Longitude Latitude rapport au site 19 [km] au Nord- Ambodimandresy Ambodimandresy 48°06'51,9"E 14°48'02,1"S Ouest de Marobakoly 23 [km] au Sud- Ampandriakilandy Ampandriakilandy 48°04'07,3"E 14°56'14,6"S Ouest de Marobakoly 19 [km] à l’Ouest de Ampandriakilandy Ankazobetsihay 48°05'29,0"E 14°51'29,6"S Marobakoly 1,9 [km] au Nord-Est Antsahabe Ambalavelona Bas 48°16'37,3"E 14°51'08,5"S de Marobakoly 14 [km] au Nord-Est Antsahabe Antsahabe 48°22'46,3"E 14°48'23,1"S de Marobakoly 29 [km] à l’Ouest de Antsohihy CU Antsohihy 47°59'11,6"E 14°52'35,2"S Marobakoly Source : Auteur du rapport, tiré à partir de la Carte 5.
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Carte 5 : Localisation des localités cibles
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II.2 Aspects économiques II.2.1 Agriculture La Région Sofia dispose d’une grande potentialité en matière de superficie cultivable, laquelle atteint 421892 [ha], mais seuls 29 % de cette surface est exploitable. La culture des céréales occupe 77,1 % de la superficie cultivée dans la Région. La riziculture tient la première place avec 69,3 % des superficies totales cultivées. La culture du maïs et celle du manioc n’occupent respectivement que 8,2 % et 5,6 % des superficies totales cultivées en moyenne. [2]
Les cultures des arbres fruitiers comme les bananes, les orangers, les manguiers commencent aussi à se développer dans la région. Et les cultures industrielles comme le tabac, les arachides, les cannes et le jatropha tiennent également une place importante.
Les calendriers culturaux du riz et du tabac adapté pour la Région Sofia sont illustrés dans les deux figures suivantes :
Figure 2 : Calendrier cultural du riz pour l’année 2018/2019
Source : Direction Générale de la Météorologie DGM [4]
D’après cette figure, les mois de février, mars, avril et mai sont les principales périodes de récolte du riz. La période de récolte est le moment où les paysans connaissent une hausse de revenu généré par la vente des produits agricoles.
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Figure 3 : Calendrier cultural de tabac dans la Région Sofia
Source : SOCTAM, 2009. Guide de culture de tabac [5]
II.2.2 Élevage et pêche Après l’agriculture, l’élevage est l’activité principale de la population de la région. L’élevage bovin demeure le plus pratiqué, car en plus de l’épargne, les zébus représentent également une richesse culturelle, et sont notamment sacrifiés lors des cérémonies coutumières (décès, le Tsaboraha). La population adopte aussi l’élevage de caprins, d’ovins et de volailles. L’élevage porcin est quasiment rare à cause des tabous ancestraux et de la religion.
Par ailleurs, bon nombre d’habitants dans le district sont des pêcheurs puisqu’il dispose d’une large étendue de mangrove où vivent les ankio, les menahelika, les tsivakia, les bika, les sampia, les anguilles, les crabes et les crevettes. La majeure partie de ces produits de pêche sont vendus sur le marché local, bien que certains soient acheminés vers d’autres régions. Actuellement, les pêcheurs rencontrent des problèmes en matière de conservation de produits à cause du délestage. Ainsi, ils se voient obligés de vendre le plus vite possible leurs produits, et ce à un prix très bas.
II.2.3 Transport, communication et information Des transporteurs régionaux (taxi-brousse) relient les chefs-lieux de communes vers la ville d’Antsohihy qui est le chef-lieu de la Région. Côté informations, les localités cibles ont accès à la Radio Nationale Malagasy (RNM) et à des radios privées implantées sur la ville d’Antsohihy. En ce qui concerne les réseaux de téléphonie mobile, les trois opérateurs principaux du pays (Airtel, Orange, Telma) sont présents dans la région. À noter toutefois que certaines localités rurales sont encore hors zone de couverture. II.2.4 Situation actuelle de l’énergie Seules neuf localités de la Région Sofia ont accès à l’électricité en 2019, à savoir : Analalava, Antsohihy, Bealanana, Befandriana Nord, Mandritsara,
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Mampikony, Boriziny (Port-Bergé), Anahidrano et Amberivery. Tous les réseaux électriques dans la Région sont approvisionnés par des centrales thermiques de la JIRAMA, sauf celui d’Amberivery qui est alimenté par une Petite Centrale Hydroélectrique (PCH) de 70 [kW] gérée par l’AIDER [6]. Les sources d’énergie les plus utilisées par les ménages dans la Région sont le bois, le pétrole et le Gasoil. Pour l’éclairage, les ménages utilisent généralement le pétrole lampant, la bougie, les lampes torches et les groupes électrogènes, même si désormais, certains ménages commencent à se familiariser avec les kits solaires.
Figure 4 : Sources d’énergie existantes
À gauche : groupe électrogène de la JIRAMA Anahidrano ;
À droite : PCH d’Amberivery.
II.2.5 Étude des besoins en électricité L'étude des besoins en électricité est un outil qui permet à l’entrepreneur de valider la faisabilité commerciale de son projet. Pour ce faire, on détermine d’abord les différentes catégories des clients (ménages, activités productives, institutions). Après, on détermine les puissances des équipements et des appareils électriques utilisés par chaque catégorie afin d’en évaluer la consommation.
Remarque :
Pour le cas de la ville d’Antsohihy, puisqu’on n’a pas les informations complètes concernant les catégories des clients, il est ainsi impossible de déterminer leurs demandes et leurs consommations comme les autres localités. Or, la ville est déjà raccordée à la JIRAMA, nous pouvons cependant exploiter ses données (Cf. Page 32).
II.2.5.1 Segmentation des ménages cibles Pour les usagers domestiques, on peut diviser les ménages cibles en trois classes selon leur niveau de vie.
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II.2.5.1.1.1 Ménage à revenu faible (MRF) Cette catégorie de ménage est composée par les cultivateurs qui n’ont pas d’autres revenus à part les recettes issues des récoltes annuelles et des petits travaux de main-d’œuvre (tâcheron). Chaque ménage ne dispose que d’un terrain de moins de 1 [ha] et tandis que son habitation est construite en terre ou en satrana. En une année, un MRF gagne en moyenne 700 000 Ariary. [7]
II.2.5.1.1.2 Ménage à revenu moyen (MRM) Ce sont les ménages dont les revenus proviennent principalement de la pratique des activités mixtes : rizicultures et élevages. Certains sont également salariés mensuels dans les institutions publiques (instituteurs, administration). Leurs sources de revenus associés leur permettent de vivre dans une aisance relative, et de posséder des biens mobiliers (salon, armoires, etc.), et des moyens de locomotion (bicyclettes, motos et voire voitures). Le revenu annuel d’un MRM est estimé entre 700 000 Ariary et 6 000 000 Ariary. [7]
II.2.5.1.1.3 Ménage à revenu élevé (MRE) Ce sont généralement les ménages dont les revenus proviennent des activités diversifiées comme le commerce, les plantations à grandes échelles et parfois les transports (taxi-brousse, transporteur). Avec un revenu annuel dépassant les 6 000 000 Ariary, ces personnes peuvent vivre aisément dans des habitations en dur ou en planches modernes.
Tableau 4 : Segmentation des ménages
Nombre de Nombre de Nombre de Localités populations populations Classes ménages en en 2010 en 2019 2019 Élevée 41 Antsahabe 1902 2438 Moyenne 119 Faible 357 Élevée 35 Ambodimandresy 1625 2083 Moyenne 84 Faible 318 Élevée 77 Ampandriakilandy 2848 3652 Moyenne 155 Faible 543 Élevée 16 Ambalavelona 1036 1329 Moyenne 47 Bas Faible 217 Élevée 53 Ankazobetsihay 1944 2493 Moyenne 106 Faible 371 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Business plan de Marobakoly. AIDER, 2014.
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II.2.5.2 Activités génératrices de revenus II.2.5.2.1 Petites unités industrielles Les décortiqueuses tiennent la place la plus importante, sans doute à cause des activités rizicoles qui demandent un conditionnement du riz sur place ; suivi par les ateliers de bois et enfin les ateliers de soudure. L’importance relative des ateliers de bois s’explique par le fait que le mobilier constitue une priorité pour chaque ménage. Quant aux ateliers de soudure, ils sont dédiés principalement travaux d’entretien, et de réparation de matériels agricoles ainsi qu’aux diverses activités de fabrication de pièces métalliques pour la construction.
Pour la zone rurale, il faut noter que les activités des petites unités industrielles dépendent de la saison culturale : les décortiqueuses sont en pleine activité de février à mai. Les ateliers de bois et de soudures subissent la même fluctuation étant donné que les ressources financières pour les bois (meubles) et les pièces métalliques (équipements agricoles et pièces de construction) proviennent des récoltes (riz, tabac, maïs) et de la pêche.
II.2.5.2.2 Commerces et services Les activités de commerce et de services occupent une grande place dans la vie de la population locale. Outre le marché hebdomadaire au niveau de chefs-lieux de commune, des commerces permanents restent fonctionnels tous les jours et sont présents presque dans tous les fokontany pour assurer essentiellement les besoins de première nécessité des populations locales.
Les activités commerciales sont constituées par la vente de marchandises diverses telles que les Produits de Première Nécessité (PPN), la vente de vêtements de friperie ou encore de vêtement neufs), les gargotes et les épibars. Ces activités de commerce sont dans la plupart des cas tenues par les catégories de ménages moyens et aisés.
Tableau 5 : Jour du marché hebdomadaire Jour du Localités marché Ampandriakilandy Vendredi Ankazobetsihay Ambodimandresy Jeudi Ambalavelona Bas Antsahabe Mardi Source : Population locale à Marobakoly.
II.2.5.2.3 Divertissement La population locale est très connue pour se divertir chaque semaine, particulièrement pendant la saison des récoltes. Les divertissements sont surtout accessibles dans les night-clubs, les vidéoclubs, et les différents spectacles.
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Tableau 6 : Activités génératrices de revenus Atelier Salle de Atelier Localités Rizerie Hôtel Épibar métallique vidéo de bois Ampandriakilandy 2 1 5 1 6 Ankazobetsihay 1 1 Ambodimandresy 3 1 6 1 5 Ambalavelona Bas 1 Antsahabe 3 1 5 1 2 6 Source : AIDER, 2014. Business plan de Marobakoly.
II.2.5.3 Institutions En termes d’éducation, chaque fokontany est doté d’une école primaire publique. Seuls les chefs-lieux de commune possèdent des écoles de niveau secondaire. On note également une importante présence d’écoles privées confessionnelles ou non, ce qui facilite la scolarisation dans la zone.
Et en matière de santé, il n’y a que les chefs-lieux de communes qui sont dotés d’un centre de santé de Base de niveau II (CSB II). Ces CSB sont composés généralement d’un service de consultation, de maternité et d’hospitalisation relativement limitées. Tableau 7 : Nombres des institutions Centre Maison Poste de la Localités École Mairie de santé de culte gendarmerie Ampandriakilandy 2 1 4 1 Ankazobetsihay 1 1 Ambodimandresy 5 1 4 1 Ambalavelona Bas 1 2 Antsahabe 2 1 2 1 1 Source : AIDER, 2014. Business plan de Marobakoly.
II.2.6 Évolution du nombre de clients cibles. Pour estimer l’évolution du taux de raccordement, on prend dans ce présent rapport, les hypothèses suivantes [8] :
❖ Pour les ménages : - Pour l’année 1, on considère un taux de raccordement de 30%, 10% et 1% qui sont respectivement pour le MRE, le MRM et le MRF. À partir de l’année 3, l’évolution du taux de raccordement commence à se stabiliser, car il est supposé que ce sont les segments de ménage qui ont les revenus les plus élevés et les moyens qui vont surtout se raccorder dès les 2 premières années du projet. Les ménages avec des revenus faibles qui n’ont pas la capacité financière pour se raccorder directement durant les 2 premières années doivent économiser durant un certain temps avant d’être connectés sauf pour quelques-
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uns. Pour extrapoler les projections de raccordement entre l’année 5 et l’année 20, des coefficients d’augmentation ont été adoptés : - 5 ans à 10 ans : 4% d’augmentation du taux de raccordement par an ; - 10 ans à 15 ans : 2% d’augmentation du taux de raccordement par an ; - 15 ans à 20 ans :1% d’augmentation du taux de raccordement par an. ❖ Pour les institutions : - Dès la première année ; les mairies, le service de sécurité et les centres de santé seront tous raccordés. Et pour les autres, on considère un taux de 50% car certains d’entre eux n’ont pas immédiatement un budget dédié à l’électricité ; - Seuls les chefs-lieux de communes sont éclairés par des points lumineux (lampadaires de rue). Les Fokontany n’ayant pas le budget pour payer la consommation en électricité n’accèderont pas à l’éclairage public ; - À l’année 4, une hypothèse de raccordement d’un nouvel abonné est considérée. Ceci s’explique par l’extension ou la création de nouvelles activités économiques et le développement social dans les localités cibles après électrification ; ❖ Pour les usagers productifs : - À la première année, 80% des rizeries seront raccordées car on suppose que certains usagers n’auront pas les moyens de changer leur machine pour les rendre compatibles au réseau. Et à l’année 4, on considère qu’ils seront tous raccordés. À l’année 5, il aura un nouveau raccordement par localité. - À l’année 2, on envisage qu’il y aura deux activités productives nouvellement créées dans la zone cible. Ce sont : le centre de recharge de batterie et la poissonnerie ; - À l’année 3, il y aura un atelier bois à Antsahabe et Ampandriakilandy parce que dans ces deux communes, on trouve encore des forêts ; - Dès les 3 premières années, tous les ateliers d’ouvrages métalliques seront raccordés ; - On suppose dès la première année que 100% des salles de vidéo se raccordent, car l’arrivée de l’électricité diminuera leurs dépenses ; - Dès la première année, les restaurants/bars se raccordent tous. Comme l’accès à l’électricité présente non seulement une opportunité d’amélioration des produits à la vente (boissons glacées) mais offre aussi de nouveaux services (sonorisation, éclairage) entraînant ainsi une augmentation des clients et des revenus, ce type d’usager sera l’un des premiers à se raccorder dès l’arrivée de l’électricité.
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Tableau 8 : Évolution annuelle du nombre de clients pour les 5 villages Années 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 Pauvre 18 38 78 81 83 128 153 180 208 238 245 252 259 292 301 309 347 356 366 408 Moyen 51 76 100 126 158 169 186 204 223 242 263 285 307 331 356 382 409 420 432 444 Riche 67 82 96 109 127 139 148 155 162 170 177 186 194 203 212 221 231 241 251 262 Rizerie 8 8,5 9 10 12 12 12 12 12 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 Atelier métallique 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Atelier de bois 0 2 3 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Projection Vidéo 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 Poissonnerie 0 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 Atelier de 0 5 5 5 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 batterie Hôtel 2 2 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Épicerie/bar 17 17 18 18 18 19 19 22 22 22 22 24 24 25 25 26 26 27 27 27 Églises 7 7 7 7 7 10 10 10 10 10 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 CSB II 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Mairie 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Gendarmerie 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 École 6 6 6 6 6 8 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 Éclairage public 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 Source : Auteur du rapport à partir des hypothèses précédentes.
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Pour l’évaluation de la puissance des appareils utilisés, on se réfère aux documents de l’encyclopédie Quillet. Tableau 9 : Puissance unitaire des appareils utilisés par les clients
Puissance Durée d'utilisation Classes Appareils Nombres Unitaire [W/u] [h/j] Ménages Lampe intérieure 15 4 4 Lampe extérieure 25 2 3,5 Mini Chaine 50 1 4 MRE TV 100 1 4 Réfrigérateur 120 1 6 Ventilateur 50 1 3,5 Téléphone 5 3 2 Lampe intérieure 15 3 4,25 Lampe extérieure 25 1 10 MRM Radio 20 1 4 TV 100 1 3,5 Téléphone 5 2 2 Lampe intérieure 10 2 4 MRF Radio 10 1 3 Institutions Sono 600 1 3 Église Lampe intérieure 50 5 3 Stérilisateur 100 1 14 CSB II Congélateur 350 1 24 Lampe intérieure 15 5 15 Ordinateur 50 2 8 Mairie Imprimante 60 1 8 Lampe intérieure 15 5 1 Ordinateur 500 1 6 Gendarmerie Imprimante 60 1 7 Lampe intérieure 15 3 1 École Lampe intérieure 15 5 3 Éclairage public Lampe 50 1 10 Source : encyclopédie Quillet.
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Puissance Durée d'utilisation Classes Appareils Unitaire Nombres [h/j] [W/u] Activités productives Décortiquerie 5500 1 5 Rizerie Lampe 50 1 1 Poste de soudure 3500 1 4 Meule 500 1 3 Atelier métallique Lampe 50 1 1 Perceuse 650 1 3 Scie/ raboteuse 4000 1 5 Atelier de bois Lampe 50 1 2 Chargeur 4000 1 6 Atelier batterie Lampe 50 1 2 Télé 100 1 4 Projection Vidéo Lampe 50 1 2 Baffle 200 1 4 Congélateur 350 2 8 Poissonnerie Lampe 50 1 2 Lampe intérieure 15 1 4 Lampe extérieure 50 1 3 Congélateur 350 1 10 Épicerie/Bar Écran 100 1 5 Baffle 200 2 6 Amplificateur 500 1 6 Lampe intérieure 15 5 4 Lampe extérieure 50 2 10 Hôtels Congélateur 350 1 8 Ventilateur 50 5 4 Chauffe-eau 500 1 1 Source : encyclopédie Quillet. Les tableaux suivants récapitulent l’évaluation et la répartition de la charge journalière pour les années 5, 10 et 20.
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Tableau 10 : Répartition de la demande journalière [kW] Heures [h] 00_01 01_02 02_03 03_04 04_05 05_06 06_07 07_08 08_09 09_10 10_11 11_12 Ménages [kW] 12,0 12,05 12,05 12,05 12,05 18,23 35,90 33,71 27,85 8,76 8,76 9,56 Activités productives [kW] 3,77 3,77 3,77 3,77 3,77 4,42 7,95 29,53 95,43 140,95 138,78 122,18 Institutions [kW] 4,28 4,28 4,28 4,28 4,28 1,58 1,58 2,98 7,29 13,09 11,05 7,15 Somme [kW] 20,09 20,09 20,09 20,09 20,09 24,22 45,43 66,21 130,56 162,80 158,59 138,88 Heures [h] 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24 Ménages [kW] 17,51 10,76 3,60 5,55 4,76 1,98 46,89 53,24 32,83 17,81 12,05 12,05 Activités productives [kW] 89,00 16,00 67,20 64,43 17,88 20,55 22,62 23,34 4,32 3,42 3,42 3,42 Institutions [kW] 5,43 7,15 7,15 5,66 5,97 3,71 1,58 5,00 4,28 4,28 4,28 4,05 Somme [kW] 111,94 33,91 77,95 75,63 28,60 26,23 71,08 81,58 41,42 25,50 19,74 19,52
Heures [h] 00_01 01_02 02_03 03_04 04_05 05_06 06_07 07_08 08_09 09_10 10_11 11_12 Ménages [kW] 16,64 16,64 16,64 16,64 16,64 27,20 52,36 46,94 38,03 11,67 11,67 12,73 Activités productives [kW] 4,40 4,40 4,40 4,40 4,40 5,01 9,44 32,78 106,15 157,83 155,48 138,88 Institutions [kW] 4,28 4,28 4,28 4,28 4,28 1,58 1,58 3,79 10,41 17,07 13,86 8,01 Somme [kW] 25,31 25,31 25,31 25,31 25,31 33,79 63,37 83,51 154,59 186,56 181,00 159,61 Heures [h] 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24 Ménages [kW] 23,64 15,13 5,43 8,18 7,12 2,96 70,20 78,02 51,62 24,82 16,64 16,64 Activités productives [kW] 98,86 18,36 75,99 72,89 21,75 24,87 27,48 28,26 5,06 3,96 3,96 3,96 Institutions [kW] 5,43 8,01 8,01 5,66 6,02 4,92 1,58 5,36 4,28 4,28 4,28 4,05 Somme [kW] 127,93 41,50 89,43 86,73 34,89 32,75 99,25 111,64 60,96 33,06 24,88 24,65
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Heures [h] 00_01 01_02 02_03 03_04 04_05 05_06 06_07 07_08 08_09 09_10 10_11 11_12 Ménages [kW] 27,01 27,01 27,01 27,01 27,01 46,07 88,48 77,04 60,85 18,03 18,03 19,67 Activités productives [kW] 5,56 5,56 5,56 5,56 5,56 6,17 11,01 34,09 107,46 159,95 157,95 141,35 Institutions [kW] 5,78 5,78 5,78 5,78 5,78 1,58 1,58 4,60 13,21 19,67 15,81 8,01 Somme [kW] 38,34 38,34 38,34 38,34 38,34 53,81 101,07 115,73 181,52 197,65 191,79 169,03 Heures [h] 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24 Ménages [kW] 37,22 23,93 8,60 14,37 12,74 5,26 120,10 131,99 87,51 40,78 27,01 27,01 Activités productives [kW] 101,78 21,28 80,15 76,61 26,73 30,86 33,56 34,80 6,47 5,12 5,12 5,12 Institutions [kW] 5,43 8,01 8,01 5,66 6,02 4,97 1,58 6,86 5,78 5,78 5,78 5,55 Somme [kW] 144,43 53,21 96,76 96,64 45,48 41,08 155,23 173,64 99,75 51,67 37,90 37,68 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
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Figure 5 : Histogramme de charge journalière pour les 5 villages
HISTOGRAMME DE CHARGE JOURNALIÈRE 200
180
160
Puissance [kW]Puissance 140
120
100
80
60
40
20
0 Heure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ANNEE 5 20 20 20 20 20 24 45 66 131 163 159 139 112 34 78 76 29 26 71 82 41 26 20 20 ANNEE 10 25 25 25 25 25 34 63 84 155 187 181 160 128 42 89 87 35 33 99 112 61 33 25 25 ANNEE 20 38 38 38 38 38 54 101 116 182 197, 192 169 144 53 97 97 45 41 155 174 100 52 38 38 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 10 .
Interprétation - Entre 1 [h] et 5 [h] du matin, la consommation est très faible, car il n’y a que les éclairages publics, quelques lampes intérieures et extérieures principalement pour la sécurité et les congélateurs pour les conservations (aliments, vaccin) sont en marche ; - Après 5 [h], la consommation commence à augmenter puisqu’à cette heure, beaucoup de ménages se préparent déjà pour aller au travail ; - La consommation augmente encore et atteint son pic à 10 [h]. Cette pointe est essentiellement due aux fonctionnements des machines énergivores comme les postes de soudure, les décortiqueuses, les scies, les congélateurs et les ordinateurs ; - Après 10 [h], la consommation descend car certaines de ces machines arrêtent de fonctionner et ne redémarrent que l’après-midi ; - Après 14 [h], la consommation recommence à croître puisque les machines productives fonctionnent à nouveau, et après 15 [h] elle redescend et ne remonte qu’à 17 [h] ;
29 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
- Pour le soir, les heures de pointe se trouvent entre 19 [h] et 20 [h] parce qu’à ces heures, toutes les familles réunissent dans leur foyer, et la plupart des appareils électriques domestiques sont sollicités ; - Après 20 [h], beaucoup de ménages dorment déjà, d’où la baisse de consommation.
II.2.6.1 Coefficient d’utilisation Le coefficient d’utilisation de la centrale hydroélectrique notée 푎 est une mesure de l’efficacité de l’utilisation du site. Elle est définie par la relation suivante :
퐸 ∑ 푃 . 훥푡 푎 = = 푖 푖 24. 푃푚푎푥 24. 푃푚푎푥
Dans laquelle :
푎 : coefficient d’utilisation ;
퐸 : énergie consommée journalièrement [kWh] ;
푃푖 : charge unitaire [kW] ;
푃푚푎푥 : puissance de pointe [kW] ;
훥푡푖 : intervalle de temps [h].
Pour que la centrale ne soit pas sous exploitée, il faut que 푎 doive être supérieur ou égal à 0,3 qui est la valeur conseillée par le bailleur.
Tableau 11 : coefficients d’utilisations Année 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028
푃푚푎푥 [Kw] 83,17 114,99 134,78 138,36 162,80 166,98 171,69 174,30 174,80 186,56
∑ 푃푖. 훥푡푖 327,98 585,91 808,26 871,28 1186,30 1277,74 1351,31 1431,97 1480,43 1658,09 푎 0,16 0,21 0,25 0,26 0,30 0,32 0,33 0,34 0,35 0,37 Année 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038
푃푚푎푥 189,85 191,26 191,83 192,86 193,48 194,55 195,22 196,38 197,10 197,65
∑ 푃푖. 훥푡푖 1729,61 1811,56 1846,02 1907,56 1969,69 2018,59 2079,94 2149,53 2176,33 2220,98 푎 0,38 0,39 0,40 0,41 0,42 0,43 0,44 0,46 0,46 0,47 En faisant la moyenne, on a trouvé 풂 est égal à 0,36.
II.2.6.1.1 Évolution de la consommation d’énergie des abonnées Dans les études de la consommation, les ménages, les institutions et les usagers productifs sont représentés séparément pour bien distinguer le profil de consommation de chaque type de consommateurs. Le tableau suivant résume l’évolution de la consommation de chaque catégorie.
30 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 12 : Évolution de la consommation énergétique en [MWh] pour la zone rurale Consommations [MWh] 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Ménages 11 14 18 21 25 27 29 31 33 35 A/sy Activités productives 51 63 66 69 88 88 88 91 91 91 Institutions 16 16 16 18 18 19 19 19 19 19 Ménages 5 7 9 10 12 13 15 16 17 18 A/na Activités productives 8 17 17 18 18 18 18 22 22 22 Institutions 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 Ménages 23 30 37 43 51 56 60 64 68 72 A/dy Activités productives 45 61 77 79 99 99 99 99 99 109 Institutions 15 15 15 15 15 16 16 18 18 18
Consommations [MWh] 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 Ménages 37 40 42 44 47 50 52 54 56 59 A/sy Activités productives 91 91 91 95 95 95 95 95 95 95 Institutions 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Ménages 19 20 21 23 24 25 27 28 29 30 A/na Activités productives 22 25 25 25 25 25 27 27 27 27 Institutions 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Ménages 77 81 86 91 96 101 106 110 115 119 A/dy Activités productives 109 109 109 109 109 112 112 116 116 116 Institutions 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19
Consommations [MWh] 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 Ménages 14 18 22 26 31 34 37 39 42 45 A/be Activités productives 55 72 79 89 97 97 105 105 105 105 Institutions 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 Ménages 16 21 25 29 35 38 41 44 47 50 A/hay Activités productives 13 22 24 25 25 28 28 32 32 44 Institutions 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ménages 69 90 110 129 154 168 181 194 206 220 Activités Totales 172 234 262 280 326 330 337 348 348 370 productives Institutions 49 49 49 51 51 54 54 56 56 56
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Consommations [MWh] 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 Ménages 47 50 53 56 60 63 67 69 72 74 A/be Activités productives 105 108 108 108 108 108 108 108 108 108 Institutions 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 Ménages 53 56 59 62 66 69 73 76 79 82 A/hay Activités productives 44 44 46 46 46 46 46 46 46 46 Institutions 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ménages 233 246 260 276 292 308 325 337 350 364 Activités Totales 370 377 379 383 383 386 388 392 392 392 productives Institutions 59 59 59 59 59 59 59 60 60 60
NB : A/hay : Ankazobetsihay ; A/na : Ambalavelona ; A/dy : Ampandriakilandy ; A/be : Antsahabe ; A/sy : Ambodimandresy. Figure 6 : Allure de l’évolution de la consommation des clients
CONSOMMATION POUR LA ZONE RURALE
900
750
600
450 Consommation [MWh]Consommation 300
150
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Année
Ménage Activité productive Institution Total
Source : Auteur du rapport à partir du Tableau 12 ci- dessus.
II.2.6.2 Études de la demande et de la consommation de la ville d’Antsohihy Dans ce rapport, pour la détermination des besoins en électricité de la ville d’Antsohihy, on a exploité les données (demande et consommation) de la JIRAMA entre 2000-2017. Ces données sont présentées dans le tableau ci-dessous :
32 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 13 : Évolution du nombre des abonnées, de la puissance de pointe et de la consommation énergétique de la ville d’Antsohihy de 2000 à 2017 Désignations 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Abonnés 1345 1466 1520 1644 1718 1777 1793 1808 1789 Pointes [MW] 0,475 0,47 0,495 0,48 0,545 0,6 0,64 0,605 0,656 Consommations [MWh] 1911,4 1976 1870,5 1999,8 2236,5 2161,9 2205,9 2450 2469,1
Désignations 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Abonnés 1769 1787 1992 2116 2233 2315 2335 2402 2517 Pointes [MW] 0,68 0,725 0,855 0,894 1,031 1,022 1,157 1,239 1,221 Consommations [MWh] 2784 3139,2 3376,7 3855,3 4427,5 4489,2 4531,8 5151,6 5201,9 Source : JIRAMA, 2018.
À partir de ce tableau, on trace les tendances qui montrent les évolutions de la puissance et de la consommation des abonnées de 2000 à 2017. Ensuite, on projette les courbes jusqu’en 2038 (horizon du projet) et on obtient les figures suivantes :
Figure 7 : Tendances des besoins énergétiques de la CU Antsohihy sur 20 ans
Consommations Puissances 11500 2400 y = 211,93x - 422542 y = 48,169x - 95982 R² = 0,9286 9500 R² = 0,9162 2000 7500 1600 5500 1200 3500 800 Puissance [kW]Puissance 400 1500
Consommation [MWh]Consommation 2000 2010 2020 2030 2040 2000 2020 2040 Années Années Source : Auteur du rapport à partir de données dans le Tableau 13.
En traduisant ces deux figures en tableau, on a :
Tableau 14 : Projections de la demande et de la consommation d’énergie de la CU Antsohihy sur 20 ans Années 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Demande [MW] 1,27 1,32 1,37 1,41 1,46 1,51 1,56 1,61 1,66 1,70 Consommation [MWh] 5345 5557 5769 5980 6192 6404 6616 6828 7040 7252
Années 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 Demande [MW] 1,75 1,80 1,85 1,90 1,94 1,99 2,04 2,09 2,14 2,19 CU Antsohihy [MWh] 7464 7676 7888 8100 8312 8524 8736 8947 9159 9371 Source : Auteur du rapport
33 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
En récapitulant les résultats des besoins en électricité des localités cibles, on a le tableau ci-après.
Tableau 15 : Besoins en électricité pour les 6 localités sur 20 ans Années 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Consommations [MWh] Zone rurale (5 villages) 291 375 424 461 533 552 575 600 613 648 Antsohihy 5345 5557 5769 5980 6192 6404 6616 6828 7040 7252 Totale 5636 5932 6193 6441 6725 6956 7191 7428 7653 7900 Puissances [MW] Zone rurale 0,083 0,115 0,135 0,138 0,163 0,167 0,172 0,174 0,175 0,187 CU Antsohihy 1,270 1,320 1,370 1,410 1,460 1,510 1,560 1,610 1,660 1,700 Totale 1,353 1,435 1,505 1,548 1,623 1,677 1,732 1,784 1,835 1,887
Années 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 Consommations [MWh] Zone rurale (5 villages) 664 684 700 719 736 754 773 789 803 816 Antsohihy 7464 7676 7888 8100 8312 8524 8736 8947 9159 9371 Totale 8128 8360 8588 8819 9048 9278 9509 9736 9962 10187 Puissances [MW] Zone rurale 0,190 0,191 0,192 0,193 0,193 0,195 0,195 0,196 0,197 0,198 CU Antsohihy 1,750 1,800 1,850 1,900 1,940 1,990 2,040 2,090 2,140 2,190 Totale 1,940 1,991 2,042 2,093 2,133 2,185 2,235 2,286 2,337 2,388 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 12 et le Tableau 14.
II.3 Conclusion partielle Après avoir étudié les potentialités socioéconomiques de la zone intéressée par le projet, cette partie développera l’évaluation de la puissance demandée et de la consommation d’énergie des localités cibles. Cette phase d’analyse est nécessaire pour déterminer si la capacité du site en question satisfera ou non les besoins de la population. En d’autres termes, cette partie fera l’objet d’une adéquation ressources- besoins qu’on effectuera ultérieurement.
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ÉTUDES PLUVIOMÉTRIQUE ET CLIMATOLOGIQUE DE LA ZONE D’ÉTUDE I.1 Étude pluviométrique Cette étude a pour but de connaître la valeur de l’intensité de pluie qui tombe dans la zone d’étude ainsi que sa répartition spatiotemporelle. De cela, elle permet d’évaluer les apports du bassin versant et les débits de crue en fonction de la fréquence de pluie. Pour qu’elle soit représentative de la situation, il est souhaitable d’utiliser des données pluviométriques d’une plus longue série d’observations disponible. I.1.1 Présentation des données pluviométriques Deux types de données pluviométriques sont utilisés pour le calcul des débits, ce sont :
- Les pluviométries moyennes mensuelles, pour l’étude des apports ; - Les pluviométries maximales journalières, de 24 heures pour le cas des crues.
I.1.1.1 Pluviométries moyennes mensuelles
Pour l’analyse des données pluviométriques, nous avons utilisé les données issues de la station pluviométrique d’Antsohihy [4], la station d’observation la plus proche du site qui dispose d’une série de données des pluies mensuelles sur une période discontinue de 61 ans de 1951 à 2012 (Cf. Tableau 76 en annexe II à la page XIV). La distribution moyenne mensuelle interannuelle de la pluviométrie à ce poste se présente comme suit :
Tableau 16 : Pluviométrie moyenne mensuelle interannuelle de 1951 à 2012 Mois N D J F M A M J J A S O Annuelle
Pluviométrie [mm] 92,8 232,7 415,3 369,1 232,2 75 9,6 1,2 2 1,8 4,3 39 1475,1 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 76.
D'après ce tableau, on voit qu’entre le mois d’octobre et d’avril, c’est-à-dire durant la première moitié de l’année hydrologique, les précipitations sont abondantes ; elles sont d’origine cyclonique ou encore issues de fortes pluies de mauvais temps et d’effets orographiques. Les maximas se trouvent aux mois de janvier et février. Par contre, entre le mois de mai et de septembre, les précipitations sont presque nulles, d’où le régime très varié du fleuve pendant l’année.
I.1.1.2 Pluviométries maximales journalières de 24 heures
Pour l’étude des crues de l’Anjingo, nous utilisons les données pluviométriques maximales de 24 heures relevées au poste pluviométrique d’Antsohihy de 1986 à 2012. Ces données sont présentées dans le Tableau 81 en Annexe II à la page XIX.
36 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Cette série présente quelques lacunes ; 20 données discontinues sont disponibles sur une période de 26 ans, ce qui n’a pas permis de faire une étude d’estimation convenable. Ainsi, pour obtenir des résultats plus fiables en phase d’APD, une étude complémentaire doit être réalisée (par exemple on prendra aussi en considération les données pluviométriques de la station de Befandriana Nord).
I.1.1.3 Ajustement des données pluviométriques
I.1.1.3.1 Ajustement des pluviométries moyennes mensuelles Pour obtenir les pluviométries moyennes mensuelles de période de retour T (5, 10, 20, 50 ans), les données des pluviométries moyennes mensuelles seront ajustées avec la loi de Gauss.
Pour prouver que la loi de Gauss est mieux adaptée au traitement de calcul des pluies moyennes mensuelles de différentes périodes de retour, on va la tester par un test dit « Khi deux » noté 휒2. Les détails de calcul de ce test sont présentés en Annexe.II à partir de la page XV.
D’après le test, on peut utiliser la loi de Gauss pour le traitement des données.
La loi de Gauss ou la loi normale est définie par la fonction de répartition :
1 푢 −푢2 퐹(푢) = ∫ exp ( ) 푑푢 √2휋 −∞ 2
Où :
P − 푃̅ 푢 = 푇 σ Avec :
푃푇 : pluviométrie de période de retour T ;
푃̅ : moyenne arithmétique de la série de pluies [mm] ;
σ : écart type de la série de pluies.
Pour une année sèche :
푃푇 = 푃̅ − 푢. 휎
Pour une année humide :
P푇 = P̅ + u. σ
Avec :
푃푇 : pluviométrie moyenne de période de retour T [mm] ;
37 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
P̅ : Pluviométrie moyenne interannuelle [mm] ;
u : variable réduite de Gauss (Cf. Tableau 79 en annexe II à la page XVIII).
Dans notre cas, P̅ = 1475,1 [mm] et σ = 463 [mm]
Après avoir fait l’ajustement, on a le tableau ci-dessous.
Tableau 17 : Pluviométries moyennes annuelles de période de retour 5, 10, 20 et 50 ans Année Année sèche Année humide T [ans] 5 10 20 50 5 10 20 50 F 0,8 0,9 1,0 1,0 0,8 0,9 1,0 1,0 푢 0,84 1,28 1,64 2,05 0,84 1,28 1,64 2,05
푃푇 [mm] 1086,1 882,4 715,7 525,9 1864,0 2067,7 2234,4 2424,3 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 16.
Et pour obtenir les distributions mensuelles de P5S, P10S, P20S et P50S, on applique aux pluies annuelles de chaque fréquence un pourcentage de répartition.
La formule qui détermine cette répartition mensuelle de la pluie a pour expression :
푃푇푗 = (%푃푗). 푃푇
Avec :
푃푇푗 : pluviométrie de période de retour T pour le mois j [mm] ;
%푃푗 : pourcentage de la pluviométrie pour le mois j [%] ;
푃푇 : pluviométrie de période de retour T [mm].
Tableau 18 : Pluviométries moyennes mensuelles de période de retour 5, 10, 20 et 50 ans Période de retour J F M A M J J A S O N D Annuelles
P5S [mm] 389,8 346,4 217,9 70,4 9,1 1,1 1,8 1,7 4,0 36,6 87,1 218,4 1086,1
P10S [mm] 316,7 281,4 177,1 57,2 7,4 0,9 1,5 1,4 3,3 29,7 70,8 177,4 882,4
P20S [mm] 188,7 167,7 105,5 34,1 4,4 0,6 0,9 0,8 2,0 17,7 42,2 105,7 715,7
P50S [mm] 142,2 126,4 79,5 25,7 3,3 0,4 0,7 0,6 1,5 13,4 31,8 79,7 525,9
Source : Auteur du rapport à partir des 푃푇 dans le Tableau 17.
I.1.1.3.2 Ajustement des pluies maximales journalières de la station d’Antsohihy La pluviométrie maximale journalière de différentes périodes de retour est obtenue par ajustement statistique suivant les lois statistiques telles que :
- La loi de Gumbel (loi des extrêmes) ; - La loi de Fréchet (loi des extrêmes des extrêmes).
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Avec la quantité de données de pluies maximales journalières dont nous disposions, on ne peut pas appliquer le test de 휒2. Dès lors, on va utiliser la loi de Gumbel, car c’est la loi la plus utilisée dans divers ouvrages [9] pour les calculs des crues à Madagascar.
La loi de Gumbel, appelée encore loi de doublement exponentielle s’écrit sous la forme :
−푢 퐹(푃) = 푒−푒
Avec :
푢 = 훼(푃(24,푇) − 푃0)
푢 : variable réduite de Gumbel, qui a pour expression :
푢 = −푙푛(−ln (퐹))
퐹 : fonction de non-dépassement ayant pour expression :
1 퐹 = 1 − 푇
훼 et 푃0 sont des paramètres d’ajustement.
Dont
1 훼 = = 0,78. 휎 et 푃0 = 푃̅ − 0,45. 휎 푎퐺
푎퐺 : gradex ;
푃̅ : pluviométrie moyenne maximale journalière [mm] ;
휎 : écart type, qui a pour expression :
2 (푃 − 푃) 휎 = √∑ 푖 푁 − 1
푃(24,푇) : pluviométrie maximale journalière de période de retour T, ayant pour expression :
푃(24,푇) = 푃0 + 푢.. 푎퐺
Les résultats de calculs de l’étude statistique selon la loi de distribution de la pluviométrie maximale de 24 heures relevée au poste d’Antsohihy ont donné le tableau suivant :
39 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 19 : Pluviométries maximales journalières de période de retour 5, 10, 20, 50 et 100 ans T [ans] 5 10 20 50 100 F 0,8 0,9 0,95 0,98 0,99 푢 1,5 2,3 3,0 3,9 4,6
푃(24,푇) [mm] 105,4 120,0 135,0 155,0 175,0
Source : Auteur du rapport à partir des 푃(24,ℎ) dans le Tableau 81 en annexe II à la page XIX.
I.1.1.4 Étude pluviométrique de la station installée à Marobakoly
La station d’études se trouve sur la rive droite du fleuve, à environ 200 [m] en amont du pont de Marobakoly. Cette station a été installée dans le cadre du projet ONUDI sur le suivi hydro pluviométrique des rivières Mandalo, Maevarano, Anjingo et Efaho respectivement dans les Régions de Bongolova, Sofia et Anosy. Pour le cas de l’Anjingo, elle comporte des appareils enregistreurs de pluie et de variation de niveau d’eau du fleuve, équipés d’un système de transmission des données par satellite. La collecte des données à la station de Marobakoly a été marquée par la perte de quelques éléments d’échelles limnimétriques et du capteur de niveau lors du passage du cyclone tropical Ava le 6 janvier 2018 et d’Eliakim le 17 mars 2018. Les valeurs de pluies journalières enregistrées à Marobakoly sont montrées par le Tableau 75 en annexe II à la page XIII.
Figure 8 : Histogramme de la pluviométrie moyenne mensuelle pour l’année hydrologique 2017/2018
PLUVIOMÉTRIE MOYENNE MENSUELLE 1000
Pluie [mm]Pluie 800
600
400
200
0 N D J F M A M J J A S O Mois
40 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2 Étude climatologique I.2.1 Vent La zone d’étude est soumise au vent humide et régulier de la Mousson (Talio), vent de direction Ouest-Est. La saison sèche de juin en octobre est nettement favorable à l’action du vent qui souffle à plus de 10 [km/h]. En cas du passage de cyclone, le vent peut souffler jusqu’à 250 [km/h].
Tableau 20 : Vitesse moyenne du vent de 1990 à 2010 Mois J F M A M J J A S O N D Vitesse du vent [m/s] 3 3 4 4 4 5 6 9 8 6 4 5 Source : DGM
I.2.2 Température La Région Sofia jouit d’un climat subtropical caractérisé par deux saisons bien distinctes :
- Une saison sèche du mois de mai jusqu’au mois d’octobre, avec une température moyenne annuelle de 25,8 [°C] ; - Une saison chaude et humide du mois de novembre jusqu’au mois d’avril, avec une température moyenne de 28,1 [°C].
Tableau 21 : Température moyenne mensuelle à Antsohihy de 1990 à 2010 Mois J F M A M J J A S O N D Température en [°C] 27,8 27,8 28 27,8 26,4 24,8 24,3 25 26,4 28,2 28,8 28,4 Source : DGM
La température moyenne annuelle enregistrée tourne autour de 27 [°C]. Elle est maximale pendant les mois d’octobre à décembre et redescend à partir du mois de mai. Elle atteint sa valeur minimale vers les mois de juin et de juillet, avec une valeur de 24,6 [°C].
I.2.3 Humidité relative L'humidité relative de l'air correspond à la quantité de vapeur d'eau dans l'air par rapport à la capacité maximale que ce dernier peut en contenir. Elle s'exprime en pourcentage [%] et dépend de la température et de la pression.
Tableau 22 : Humidité relative à Antsohihy de 1990 à 2010 Désignations J F M A M J J A S O N D Humidité relative [%] 78 80 77 72 68 63 61 58 54 54 64 70 Source : DGM
I.2.4 Évapotranspiration (ETP) Par définition, l’évapotranspiration est le phénomène de passage de l’eau du sol et de la plante de l’état liquide à l’état gazeux sous forme de vapeur, respectivement,
41 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
par évaporation pour l’eau du sol et transpiration pour les plantes. Son estimation peut être obtenue par différentes méthodes.
Parmi les méthodes de calcul de l’ETP, la méthode qui donne le meilleur résultat est celle de Penman, car dans son calcul, elle fait intervenir plusieurs variables et paramètres atmosphériques, à savoir : le rayonnement net, le flux de chaleur du sol, la densité moyenne de l’air, la chaleur spécifique d’air, la chaleur latente de changement d’état, la tension de vapeur, la tension de vapeur saturante, la pente de la courbe de tension de vapeur saturante, la résistance aérodynamique, la résistance de la couverture végétale et la constante psychrométrique. Puisqu’on ne dispose pas les données citées précédemment, ainsi, nous ne pouvons pas appliquer cette méthode.
I.2.4.1 Méthode de Blaney-Criddle
C’est une méthode qui ne fait intervenir que la température. Elle est parfois utilisée lorsqu’on ne dispose que des paramètres climatiques autres que la température. Elle n’est pas recommandée du fait qu’elle a tendance à sous-estimer les fortes ETP dans les zones arides alors qu’elle les surestime dans les zones humides.
퐸푇푃 = 푝. (0,45. 푇 + 8,13)
Avec :
ETP : évapotranspiration [mm/mois] ;
T : température moyenne mensuelle du mois [°C] ;
푝 : rapport de la durée du jour pendant la période considérée à la durée du jour pour l’année entière %.
I.2.4.2 Formule de Thornthwaite
Cette formule, établie en 1994, est basée sur de nombreuses expériences effectuées sur des cases lysimétriques. L’évapotranspiration potentielle, selon Thornthwaite, est donnée par la relation :
퐸푇푃 = 휆. 퐸푇푃푛푐
Avec :
퐸푇푃 : évapotranspiration potentielle [mm] ;
퐸푇푃푛푐 : évapotranspiration potentielle non corrigée [mm] ;
휆 : facteur de correction selon le mois et la latitude du lieu.
42 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
푇 푎 퐸푇푃 = 1,6. [10. ] 푛푐 퐼 Avec :
푎 = 0,016. I + 0,5
푇 1,514 퐼 = ∑12 𝑖 et 𝑖 = [ ] 푖=1 5
푇 : température moyenne mensuelle pour le mois considéré [°C] ;
𝑖 : indice thermique mensuel ;
퐼 : indice thermique annuel.
I.2.4.3 Méthode de Turc
Cette méthode donne un bon résultat dans les régions humides où le terme aérodynamique est relativement petit, et vise une limitation assez bonne en région tropicale et équatoriale alors qu’en région aride, elle tend à sous-estimer les valeurs obtenues.
푇 퐸푇푃 = 퐶. . [퐼 + 50] 푇 + 15 푔 Avec :
퐸푇푃 : évapotranspiration potentielle [mm/mois] ;
퐶 : coefficient égal à 0,40 pour l’estimation mensuelle. Et on remplace cette valeur par 0,37 pour le mois de février ;
푇 : température moyenne de l’air [°C] ;
퐼푔 : rayonnement global [Cal/cm²/j]. On calcul 퐼푔 par la formule de Glover et Mac Culloch ; 푛 퐼 = 퐼 . [0,29. 푐표푠훷 + 0,52. ] 푔 푔0 푁 Dans laquelle :
퐼푔0 : rayonnement solaire qui atteint le sol en absence de l’atmosphère ou durée astronomique indépendante du climat, vu dans le Tableau 84 en annexe II à la page XX ;
훷 : latitude en [°] ;
푛 : insolation réelle en [h] ; les valeurs de n sont données dans le Tableau 82 en annexe II à la page XIX ;
43 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
푁 : insolation maximale théorique en [h] ; les valeurs de N sont données dans le Tableau 83 en annexe II à la page XIX. Tous calculs faits, on obtient les résultats dans le tableau suivant :
Tableau 23 : Récapitulation de résultats des ETP Méthode J F M A M J J A S O N D Annuelles Thornthwaite 113 98 107 96 81 63 63 72 84 113 121 124 1134 Turc 141 132 136 139 122 113 114 130 149 157 155 149 1637 B.Criddle 186 181 175 166 155 145 145 153 165 180 189 190 2031 Source : Auteur du rapport à partir des différentes formules des ETP précédentes.
La représentation graphique suivante montre l’allure des ETP obtenues par ces différentes méthodes :
Figure 9 : Courbes de variations mensuelles des ETP
COURBES DES EVAPOTRANSPIRATIONS
200
ETP [mm] ETP 160
120
80
40
0 J F M A M J J A S O N D
THORNTHWAITE TURC BLANEY-CRIDDLE Mois
Source : Auteur du rapport à partir du Tableau 23 en haut.
Après calcul, les résultats obtenus entre ces trois méthodes comportent une grande différence. On voit sur cette figure que l’allure du graphe obtenu par la méthode de Turc se présente comme la moyenne des autres. La courbe obtenue par la formule de Blaney-Criddle se situe plus haute à cause de ses valeurs assez élevées, tandis que celle de Thornthwaite est un peu plus basse. Ainsi, on retient comme méthode de calcul de l’ETP celle de Turc.
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ÉTUDE HYDROLOGIQUE Le calcul hydrologique est l’une des parties les plus délicates pour le dimensionnement d’un aménagement hydroélectrique, car une surestimation ou une sous-estimation lors de cette phase se répercutera sur le reste de l’enchaînement de tous les aménagements projetés. L’objectif principal du volet hydrologique de l’étude est de déterminer les crues et les apports de différentes périodes de retour du fleuve Anjingo.
II.1 Notion du Bassin Versant (BV)
Par définition, le BV est l’ensemble des surfaces topographiques drainant un cours d’eau en amont d’une section de contrôle appelée exutoire telle que tout écoulement prenant naissance à l’intérieur duquel doit passer impérativement à travers l’exutoire pour continuer son trajet vers l’aval [10]. Ce BV est séparé de ceux qui l’environnent par une ligne de partage des eaux ou thalweg.
Selon la considération de la ligne de partage des eaux, on peut distinguer deux types de BV :
- Le BV topographique, c’est le domaine pour lequel toutes précipitations qui tombent dessus affluent vers l’exutoire ; - Le BV réel, c’est le domaine par lequel les ruissellements et les infiltrations provoqués par les précipitations affluent vers l’exutoire.
Figure 10 : Illustration entre bassin topographique et bassin réel
II.1.1 Délimitation du bassin versant topographique
La délimitation du BV est obtenue à l’aide du logiciel ArcGIS sur la carte 1/100000 des feuilles S36, R37 et S37 de la FTM. La forme du BV est donnée par la carte suivante :
45 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Carte 6 : Bassin versant de Marobakoly
46 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.1.2 Caractéristique du BV
Les caractéristiques d’un BV influencent fortement sa réponse hydrologique et notamment le régime des écoulements en période de crue ou d’étiage. Ses principales caractéristiques sont :
- La superficie S et le périmètre P du BV ;
- L’indice de compacité de Gravelius 퐾퐺 ; - La longueur du rectangle équivalent ou la longueur du plus long cheminement hydraulique notée L ;
- Les altitudes caractéristiques, qui sont : 푍푚푎푥, 푍푚푖푛, 푍푚표푦, 푍5%, 푍95%.
II.1.2.1 Superficie et périmètre du bassin versant
Ces deux paramètres sont les premiers à être considérés pour caractériser un bassin versant, du fait de leurs importances. Ils s’obtiennent en exploitant les cartes topographiques de la zone étudiée, dans ce cas-ci, ces derniers ont été obtenus en manipulant les bases de données de la FTM (BD 500) et le Modèle Numérique du Terrain (MNT) qui est obtenu avec le Digital Elevation Model (DEM).
Après manipulation, des données citées précédemment, la surface du bassin versant et son périmètre sont obtenus. Les résultats sont les suivants : 푆 = 1515 [퐾푚2] et 푃 = 194 [푘푚].
Figure 11 : Détermination de la superficie et du périmètre du BV
II.1.2.2 ndice de compacité de Gravelius
L’indice généralement admis pour représenter la forme d’un bassin versant est le « coefficient de Gravelius » que l’on note 퐾퐺. Ce coefficient s’exprime par la relation :
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푃é푟𝑖푚è푡푟푒 푟é푒푙 퐾 = 퐺 푃é푟𝑖푚è푡푟푒 푑′푢푛 푐푒푟푐푙푒 푃 퐾퐺 = 0,28. √푆 Avec :
퐾퐺 : coefficient de compacité de Gravelius ;
푃 : périmètre du bassin versant en [km2] ;
푆 : superficie du bassin versant en [km2].
Application numérique :
S= 1515 [Km2] et P= 194 [km]
On a trouvé 퐾퐺 est égal à 1,4 > 1, donc le bassin est de type ramassé.
II.1.2.3 Longueur du rectangle équivalent ou longueur du plus long cheminement hydraulique
La notion de rectangle équivalent permet de comparer le comportement hydrologique des bassins versants entre eux. Il s’agit d’une transformation géométrique qui assimile le bassin à un rectangle ayant le même périmètre et la même surface.
Le rectangle équivalent est caractérisé par sa longueur L et sa largeur l qui sont données par les formules suivantes :
퐾 . √푆 1,12 2 퐿 = 퐺 [1 + √1 − ( ) ] 1,12 퐾퐺
퐾 . √푆 1,12 2 푙 = 퐺 [1 − √1 − ( ) ] 1,12 퐾퐺
Où :
퐾퐺 : coefficient de compacité de Gravelius ;
푆 : superficie du bassin versant en [km2].
2 Application numérique : S = 1515 [km ] ; 퐾퐺 = 1,4
On obtient : L = 77 [km] et l = 20 [km]
Mais en utilisant le logiciel ArcGIS, on arrive à trouver que L est égale à 89,6 [km].
48 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Figure 12 : Longueur du plus long cheminement hydraulique du BV
II.1.2.4 Altitudes caractéristiques
II.1.2.4.1 Courbe hypsométrique
La courbe hypsométrique représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude. Elle porte en abscisse le pourcentage de la surface du bassin qui se trouve au-dessus (ou au-dessous) de l'altitude représentée en ordonnée. Elle exprime ainsi le pourcentage de la superficie, au-delà d'une certaine altitude.
Tableau 24 : Répartition des pourcentages des aires cumulées en fonction des tranches d’altitudes
Tranches Fréquence Surface Surface Surface cumulée d’altitudes altimétrique partielle cumulée [%] [m] [%] [km2] [km2] 106 < 15,1 0 0 0 106-200 38,3 228,7 228,7 0,03 200-300 10,0 580,0 808,6 1,2 300-400 6,4 151,1 959,7 3,0 400-500 6,0 97,3 1057,1 6,0 500-600 5,3 91,1 1148,2 8,1 600-700 3,9 80,8 1229,0 10,1 700-800 2,7 58,5 1287,5 12,3 800-900 2,1 41,4 1328,9 15,0 900-1000 2,0 32,5 1361,3 18,9
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Tranches Fréquence Surface Surface Surface cumulée d’altitudes altimétrique partielle cumulée [%] [m] [%] [km2] [km2] 1000-1100 2,2 30,4 1391,7 24,2 1100-1200 2,9 32,6 1424,3 30,2 1200-1300 1,8 44,6 1469,0 36,7 1300-1400 1,2 27,6 1496,6 46,6 1400-1500 0,0 18,0 1514,5 84,9 >1556 100,0 0,5 1515,0 100,0 Source : Auteur du rapport à partir du traitement de la carte du BV de Marobakoly sur ArcGIS.
Figure 13 : Allure de la courbe hypsométrique du BV de Marobakoly
COURBE HYPSOMÉTRIQUE 1600
1400
1200
1000
800
Altitude [m]Altitude 600
400
200 38,29 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % de la surface Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 24 ci-dessus.
À partir de la répartition altimétrique du bassin versant, nous avons remarqué que l’altitude la plus fréquente se situe entre la tranche 106 - 200 [m]. Elle correspond au maximum du diagramme des fréquences altimétriques égal à 38,3%.
II.1.2.4.2 Altitude maximale et altitude minimale
Celles-ci sont obtenues directement à partir de cartes topographiques. L'altitude maximale représente le point le plus élevé du bassin (1556 [m]), tandis que l'altitude minimale correspondant au point le plus bas, généralement à l'exutoire (106 [m]).
50 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Figure 14 : Altitudes du BV de Marobakoly
II.1.2.4.3 Altitude moyenne
C’est l’altitude qui correspond à la moyenne de la courbe hypsométrique. Elle est définie par la relation :
푛 푍푚푖푛 + 푍1 푍푚푎푥 + 푍푛 ∑1 [ ] 푆1 + ⋯ + [ ] 푆푛 푆 . 푧 푍 = 2 2 = ∑ 푖 푖 푚표푦 푆 푆 Avec :
푍푚표푦 : altitude moyenne du bassin [m] ;
푆푖 : surface comprise entre deux courbes de niveau [km²] ;
푧푖 : altitude moyenne entre deux courbes de niveau [m] ;
푆 : superficie totale du bassin versant [km²].
Tableau 25 : Détermination de l’altitude moyenne du BV d’étude
Surface Tranches d’altitudes 푆 Surface 푍 푆 . 푍 푖 cumulée 푖 푖 푖 [m] [km2] cumulée [km2] [m] 푆 [%]
106 0 0 0 106 0 106-200 228,7 228,7 0,03 150 23 200-300 580,0 808,6 1,2 250 96 300-400 151,1 959,7 3,0 350 35 400-500 97,3 1057,1 6,0 450 29 500-600 91,1 1148,2 8,1 550 33
51 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Surface Tranches d’altitudes 푆 Surface 푍 푆 . 푍 푖 cumulée 푖 푖 푖 [m] [km2] cumulée [km2] [m] 푆 [%]
600-700 80,8 1229,0 10,1 650 35 700-800 58,5 1287,5 12,3 750 29 800-900 41,4 1328,9 15,0 850 23 900-1000 32,5 1361,3 18,9 950 20 1000-1100 30,4 1391,7 24,2 1050 21 1100-1200 32,6 1424,3 30,2 1150 25 1200-1300 44,6 1469,0 36,7 1250 37 1300-1400 27,6 1496,6 46,6 1350 25 1400-1500 18,0 1514,5 84,9 1450 17 >1556 0,5 1515,0 100,0 1528 0,5 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 24 à la page 49, 50.
En faisant la somme des valeurs trouvées dans la dernière colonne. On trouve 풁풎풐풚= 447 [m].
II.1.2.4.4 Z5% et Z95% Pour obtenir les valeurs de ces deux altitudes, on se réfère à la courbe hypsométrique vue dans la Figure 13 à la page 50.
Et on a trouvé :
Z5% = 1230 [푚] 푒푡 Z95% = 164 [푚]
II.1.2.5 Pente moyenne du bassin versant
La pente moyenne détermine la vitesse avec laquelle l'eau se rend à l'exutoire du bassin. Cette variable influe donc dans le calcul de débit crue. Une pente forte favorise et accélère l'écoulement superficiel, tandis qu'une pente douce donne à l'eau le temps de s'infiltrer, entièrement ou en partie, dans le sol.
Le calcul de la pente moyenne s'effectue à partir du dénivelé moyen du bassin et de la longueur du plus long cheminement hydraulique.
푍 − 푍 퐼 = 0,95. 5% 95% 퐿
푍5%: altitude qui correspond à 5% de la surface totale avec 5% de la surface seulement se trouve au-dessus de cette altitude ;
푍95%: altitude qui correspond à 95% de la surface ou 95% de la surface se trouve au- dessus de cette altitude ;
L : longueur du plus long cheminement hydraulique.
52 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Application numérique : 푍5% = 1230 [푚]; 푍95% = 164 [푚] et 퐿 = 89,6 [푘푚]
D’où : 퐼 = 11,3 [푚/푘푚]
Les caractéristiques principales du bassin sont résumées dans le tableau ci-après :
Tableau 26 : Caractéristiques du bassin versant de Marobakoly
Caractéristiques 푍푚푎푥 [m] 푍푚표푦 [m] 푍푚푖푛 [m] 푍5% [m] 푍95% [m] BV de Marobakoly 1556 447 106 1230 89,6
2 Caractéristiques S [km ] P [km] 퐾퐺 L [km] I [m/km] BV de Marobakoly 1515 194 1,4 89,6 11,3 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
II.2 Temps de concentration
Par définition, le temps de concentration est le temps que met une particule d’eau provenant de la partie du bassin la plus éloignée de l’exutoire pour parvenir à celui-ci ou plus précisément la durée du parcours d’une goutte d’eau tombée sur un point le plus extrême du bassin pour atteindre l’exutoire.
Il y a plusieurs formules pour calculer le temps de concentration mais les plus utilisées sont la formule Passini et celle de Ventura.
II.2.1 Formule de Passini
Cette formule est bien adaptée aux bassins ruraux dont la superficie est supérieure à 40 [km2]. Elle a pour expression :
3√퐿. 푆 푡퐶 = 6,48. √퐼 Avec :
푡퐶: temps de concentration [mn] ; 푆: surface du bassin versant [km2] ; 퐼: pente moyenne du bassin versant [m/m] ; 퐿: longueur du plus long cheminement hydraulique du bassin [km]. Application numérique : 푆 = 1515 [푘푚2]; 퐿 = 89,6 [푘푚]; 퐼 = 0,0113 [푚⁄푚].
On trouve 푡퐶 = 3132 [푚푛] ou 푡퐶 = 52,2 [ℎ] II.2.2 Formule de Ventura
Cette formule convient aux bassins versants dont la superficie est comprise entre 1 et 20 [km2]. Elle est donnée par l’expression suivante :
53 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
√푆 푡퐶 = 7,63. √퐼 Où :
푡퐶: temps de concentration [mn] ; 푆: surface du bassin versant [km2] ; 퐼: pente moyenne du bassin versant [m/m]. Application numérique : 푆 = 1515 [푘푚2]; 퐼 = 0,0113 [푚⁄푚].
On trouve 푡퐶 = 2793,7 [푚푛] ou 푡퐶 = 46,6 [ℎ] Comme la superficie du bassin versant de Marobakoly est largement supérieure
à 20 [km²], ainsi on utilisera comme temps de concentration 푡퐶 celui trouvé par la méthode de Passini. Ce temps de concentration est égal à 52,2 [h].
II.3 Coefficient de ruissellement
Les valeurs de coefficient de ruissellement noté 퐶푟 sont déterminées expérimentalement. Les expériences menées sur des bassins versants ont montré que les valeurs de 퐶푟étaient différentes pour les petits et grands bassins versants. Pour les moyens et grands bassins versants, 퐶푟 dépend de la pluviométrie maximale journalière tombée sur la surface du sol tandis que pour les petits bassins versants, il dépend de la nature de la couverture du sol. Ces valeurs sont classées comme suit :
- Pour le BV ayant une superficie supérieure à 10 [km2]. Il est donné par la relation [9] :
36 2 퐶푟 = [1 − ] 푃(24,푇)
Avec :
푃(24,푇): pluie maximale journalière de période de retour T [mm].
Si on prend 50 ans comme période de retour.
Après calcul on trouve 퐶푟 = 0,59.
On peut obtenir aussi la valeur de 퐶푟 à partir de l’Abaque 1 en annexe III à la page XXII établi par Louis Duret.
54 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
- Pour le BV inférieur à 10 [Km2], le tableau suivant présente les valeurs de Cr pour chaque type de couverture du sol.
Tableau 27 : Valeurs du coefficient de ruissellement Cr pour les petits BV
S < 10 km2 Nature de la couverture su sol Pente < Pente 5à Pente 10 à Pente> 5% 10% 30% 30% Plateforme et cour, chaussée de route 0, 95 0, 95 0, 95 0, 95 Terrain dénudé, végétation non couvrante, terrain déjà attaqué par 0,7 0,75 0,8 0,85 l’érosion ; labour frais Culture couvrante, céréales hautes, terrain parcours, petite brousse 0,52 0,6 0,72 0,8 clairsemée Prairie, brousse dense, savane à sous- 0,3 0,36 0,42 0,5 bois Forêt ordinaire en futaie, sous-bois 0,13 0,2 0,25 0,3 touffus Grande forêt primaire 0,15 0,18 0,22 0,25 Source : Nguyen Ven Tuu, 1981. Hydraulique routière (Page 115). [11]
II.4 Estimation des apports
Deux méthodes peuvent être utilisées pour estimer les apports d’un fleuve ; soit :
- La méthode CTGREF (Centre Technique de Génie Rural et des Eaux et Forêts) ; - La méthode de la station de référence (STR).
II.4.1 Méthode CTGREF
La méthode CTGREF consiste à déterminer le débit d’apport moyen annuel d’un bassin versant grâce à la formule empirique établie par le Centre Technique du Génie Rural, et des Eaux et Forêt (CTGREF) d’Anthony Paris.
5 1 푆 푃 3 푍푚표푦 3 푄 = 퐵푉 . [ 푇] . [ ] 푇 31,5 퐵 100 Dans laquelle :
푄푇 : apports moyens annuels de période de retour T [l/s] ;
2 푆퐵푉 : superficie du bassin versant [km ] ;
푃푇 : pluviométrie moyenne interannuelle de période de retour T [mm] ;
55 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
퐵 : paramètre régional qui est égal à 36 pour la zone d’étude ;
푍푚표푦 : altitude moyenne du bassin versant [m].
Tableau 28 : Apports annuels de différentes périodes de retour selon la méthode CTGREF
Année Année sèche Médiane Année humide T [ans] 10 20 50 100 2 10 20 50 100
푄푇 [l/s] 16386 11559 6916 4314 40437 67743 77087 88309 96319 3 푄푇 [m /s] 16,4 11,6 6,9 4,3 40,4 67,7 77,1 88,3 96,3 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
II.4.2 Méthode de la station de référence (STR) La méthode de la station de référence est basée sur l’exploitation des valeurs observées sur la station hydrométrique possédant une longue série d'observations (supérieure ou égale à 15 ans) la plus proche du site à projeter. La station hydrométrique choisie, tirée de l’ouvrage « Fleuves et rivières de Madagascar » [12], est celle de Maevarano à Ambodivohitra aval qui a pour coordonnées (49°15’E ; 18°11’S).
Pour obtenir les apports de différentes périodes de retour du bassin de Marobakoly, on multiplie les débits spécifiques de la station de référence avec la superficie du bassin versant d’étude comme l’indique la formule suivante :
푄푇 = 푞푟. 푆퐵푉
Avec :
푄푇: débit moyen annuel de période de retour T [l/s] ;
푞푟: débit spécifique associé à la station de référence de même période de retour [l/s/km²] ;
푆퐵푉: superficie du bassin considérée [km²] ;
Tableau 29 : Apports annuels de différentes périodes de retour selon la méthode STR
Années Année sèche Médiane Année Humide T [ans] 10 20 50 100 2 10 20 50 100 2 푞푟 [l/s/km ] 11,6 9,9 8,0 6,9 18,0 29,1 32,5 36,5 39 2 푆퐵푉 [km ] 1515
푄푇 [l/s] 19934,1 16887,7 13708,8 11788,3 30815,1 49802,2 55563,9 62517,6 68080,6 3 푄푇 [m /s] 19,9 16,9 13,7 11,8 30,8 49,8 55,6 62,5 68,1 Source : Auteur du rapport à partir des données de la station hydrométrique d’Ambodivohitra Aval.
56 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 1 : Localisation de la station de référence par rapport à Marobakoly
Source : Auteur du rapport à partir du Google Earth.
En utilisant le coefficient d’Aldegheri, on obtient les apports mensuels par la formule ci-après :
12. 푄푇. 푅푗 푄 = 푚 100 Où :
푄푚: apport mensuel de période retour T du mois considéré [l/s] ;
푄푇: apport annuel de même période retour T [l/s] ;
푅푗: coefficient de répartition d’Aldegheri. Les valeurs de 푅푗 [13] change suivant les régions :
- 푅1 : hautes terres centrales ; - 푅2 : grands bassins sortis Nord-Ouest des hautes terres centrales ; - 푅3 : bordure orientale ; - 푅4 : bassins du Centre Sud, Centre Ouest et petits bassins de la bordure occidentale des Hautes terres.
D’où le 푅푗 correspondant pour notre zone est le 푅2
57 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 30 : Apports mensuels de différentes périodes de retour selon la méthode CTGREF
Année sèche [l/s] Médiane Année humide [l/s] Mois 푅2 푄10푠 푄20푠 푄50푠 푄100푠 [l/s] 푄10 푄20 푄50 푄100 J 17,9 35197 24829 14855 9268 86859 145511 165583 189687 206894 F 18,2 35787 25245 15104 9423 88315 147950 168358 192866 210362 M 20,5 40310 28436 17012 10614 99475 166647 189634 217240 236946 A 8,8 17304 12207 7303 4556 42702 71536 81404 93254 101713 M 4,8 9438 6658 3983 2485 23292 39020 44402 50866 55480 J 3,7 7275 5132 3071 1916 17954 30078 34227 39209 42766 J 3,1 6096 4700 2573 1605 15043 25200 28676 32851 35831 A 2,8 5506 4384 2324 1450 13587 22762 25901 29672 32363 S 2,2 4326 3052 1826 1139 10675 17884 20351 23314 25428 O 2 3933 2774 1660 1035 9705 16258 18501 21194 23117 N 4,4 8652 6103 3651 2278 21351 35768 40702 46627 50857 D 11,6 22809 16090 9626 6006 56288 94298 107305 122926 134077
Source : Auteur du rapport à partir des 푄푇 [l/s] dans le Tableau 28. Et selon la méthode STR, on a :
Tableau 31 : Apports mensuels de différentes périodes de retour selon la méthode STR Année sèche [l/s] Médiane Année humide [l/s] Mois 푅2 푄10푠 푄20푠 푄50푠 푄100푠 [l/s] 푄10 푄20 푄50 푄100 J 17,9 42818 36275 29447 25321 66191 106975 119351 134288 1462372 F 18,2 43536 36883 29940 25746 67300 108768 121351 136539 1486881 M 20,5 49038 41544 33724 28999 75805 122513 136687 153793 1674784 A 8,8 21050 17833 14477 12448 32541 52591 58675 66019 718932 M 4,8 11482 9727 7896 6790 17749 28686 32005 36010 392144 J 3,7 8851 7498 6087 5234 13682 22112 24670 27758 302278 J 3,1 7415 6282 5100 4385 11463 18526 20670 23257 253260 A 2,8 6698 5674 4606 3961 10354 16734 18669 21006 228751 S 2,2 5263 4458 3619 3112 8135 13148 14669 16505 179733 O 2 4784 4053 3290 2829 7396 11953 13335 15004 163394 N 4,4 10525 8917 7238 6224 16270 26296 29338 33009 359466 D 11,6 27748 23508 19083 16409 42895 69325 77345 87025 947683
Source : Auteur du rapport à partir des 푄푇 [l/s] dans le Tableau 29. Comme lors de la campagne hydrologique 2017/2018 qu’on a effectuée, le débit moyen au mois d’octobre est de 2,8 [m3/s] (Cf. Tableau 85 en annexe II à la page XX). En se référant aux débits calculés dans le Tableau 30 et le Tableau 31, on a remarqué que ce débit est proche d’une période de retour de 100 [ans] avec STR et de 20 [ans] avec CTGREF. Mais en comparant les résultats de ces deux méthodes à la réalité sur terrain, on voit que la méthode CTGREF tient compte les valeurs des débits mesurés.
58 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Ainsi, les apports mensuels retenus pour les calculs ultérieurs sont les 푄20푠 selon CTGREF.
II.5 Estimation des crues de différentes périodes de retour
Trois méthodes ont été exploitées et recoupées pour appréhender les débits des crues des différentes périodes de retour, à savoir :
- La méthode de Louis Duret ; - La méthode de Chaperon et Al ; - La méthode de la station de référence.
II.5.1 Méthode Louis Duret
Il s’agit d’une méthode globale qui permet d’évaluer le débit de crue maximal d’un cours d’eau, pour une période de retour donnée, en fonction des caractéristiques morphologiques du bassin versant et de la précipitation journalière de même fréquence tombant sur ce bassin.
Cette méthode a été établie dans les années 1970 pour servir d’outil pratique de détermination des crues des rivières de Madagascar, compte tenu de la grande lacune en données historiques. Elle est applicable aux bassins versants ayant une superficie supérieure à 10 [km2]. Elle est basée sur une relation globale de la forme :
2 훼 0,32 36 푄푇 = 퐾. 푆 . 퐼 . 푃(24;푇). [1 − ] 푃(24;푇)
Dans laquelle :
3 푄푇: débit de crue de période de retour T [m /s] ;
푆: surface du bassin versant [km²] ;
퐼: pente du bassin versant [m/km] ;
푃(24;푇): pluviométrie maximale journalière de période de retour T [mm] ;
K, α : coefficient dépendant de S et H. (K = 0,025 et α = 0,8 pour le bassin versant ayant une superficie supérieure à 150 [km]).
Mais en 1990, après avoir fait le calage des données observées par rapport à la formule initiale de Louis Duret dans l’étude de réhabilitation des Petits Périmètres Irrigués (PPI) des Hautes Terres Centrales, la Société Malagasy d’Études et d’Applications Hydrauliques (SOMEAH) a simplifié la formule comme suit :
2 - Pour SBV <150[km ]
0,5 0,32 1,39 푄푇 = 0,009. 푆 . 퐼 . 푃(24;푇)
59 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
2 - Pour SBV >150[km ]
0,8 0,32 1,39 푄푇 = 0,002. 푆 퐼 . 푃(24;푇)
Avec :
3 푄푇 : débit de crue de période de retour T [m /s] ;
S : surface du bassin versant [km²] ;
I : pente du bassin versant [m/km] ;
푃(24;푇) : pluviométrie maximale journalière de période de retour T [mm].
On prend donc la seconde formule, car la superficie du bassin versant de Marobakoly est largement supérieure à 150 [km2].
Tableau 32 : Débits de crue de différentes périodes de retour T T [ans] 5 10 20 50 100 Q [m3/s] 990,4 1181,4 1391,6 1686,2 1996,0 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
Remarque :
En prenant comme hypothèse qu’une averse de période de retour T occasionne une crue de période de retour T (ce qui n’est pas toujours vrai, car l’état de saturation en eau du sol varie en fonction du temps), un coefficient d’ajustement K est appliqué aux débits obtenus. K étant un coefficient d’ajustement déterminé par le quotient du débit de pointe observé correspondant à une pluie maximale de 24 [h] lors du cyclone Ava au débit estimé par la méthode de Louis Duret.
Pendant la survenue du cyclone Ava, on a trouvé une pluie maximale de 24 heures de 106,9 [mm] et sur l’échelle on a vu une hauteur d’eau de 3,7 [m]. Comme cette valeur de pluie maximale correspond à une pluie ayant une période de retour de 5 ans, donc le débit créé par cette pluie lors du cyclone Ava a aussi une période de retour 5 ans.
Pour une hauteur d’eau de 3,7 [m], en utilisant la formule vue dans le paragraphe II.6 à la page 63, on a trouvé un débit de 816 [m3/s].
D’où :
816 퐾 = = 0,82 990,4
60 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 33 : Débits de crue de différentes périodes de retour T après ajustement T [ans] 5 10 20 50 100 3 푄푇 [m /s] 814,1 975,0 1148,4 1391,6 1647,3 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 32.
II.5.2 Méthode de Chaperon et Al La méthode de Chaperon et Al a été établie par régression multiple, comme la majorité des méthodes empiriques globales. Elle intègre toutefois, en plus des indices physiques classiques (pente, longueur d’écoulement, superficie), trois indices supplémentaires associés aux principaux facteurs conditionnels des crues :
- L’indice de végétation (V) ; - L’indice d’exondation (E) ; - L’indice d’imperméabilité (G).
NB : cette méthode est spécifique pour le calcul de débit de crue de période de retour de 10 ans. Ainsi :
0,72 0,03 0,26 2,31 1,25 −0,27 푄10 = 4,34. 푆 . 푃(24,10) . 퐼 . 퐸 . 퐺 . 푉
Avec :
3 푄10: débit de crue de période de retour 10 ans en [m /s] ;
푆: surface du bassin versant en [km2] ;
퐼: pente du bassin versant en [m/km] ;
푃(24,10): pluviométrie maximale journalière de 24 heures de période de retour de 10 [ans] exprimée [mm] ;
퐸: indice d’exondement pris égale à 0,8 du fait que le bassin versant présente un pourcentage de rizière qui n’est pas négligeable ;
퐺: coefficient d’imperméabilité pris égal à 0,85 du fait que le bassin versant est situé sur socle cristallisé ;
푉: indice de couverture végétale prise égale à 0,8.
2 Application numérique : 푆 = 1515 [푘푚 ]; 퐼 = 11,3 [푚⁄푘푚] ; 푃(24,10) = 120 [푚푚] ;
퐸 = 0,8 ; 퐺 = 0,85; 푉 = 0,8
ퟑ On trouve 푸ퟏퟎ = ퟗퟒퟗ, ퟐ [풎 /퐬].
61 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.5.3 Méthode de la station de référence Nous prenons un échantillon de 28 années d’observation du débit maximum annuel de 1955 à 1983, publié dans « Fleuves et rivières de Madagascar » (Page 196). Le résultat est présenté dans le tableau ci-dessous :
Tableau 34 : Débits spécifiques de différentes périodes de retour T
T [ans] 2 5 10 50 100 Q [m3/s] 248 364 445 640 730 q [l/s/km2] 96 141 172 250 280 Source : Chaperon Pierre et Al, 1993. Fleuves et rivières de Madagascar (Page 199).
On en déduit que les débits des crues de période de retour T du bassin d’étude sont le produit entre les débits spécifiques de période de retour T de la station de référence q avec la surface du bassin 푆퐵푉 c’est-à-dire :
푄푐푟푢푒 퐵푉 = 푞. 푆퐵푉
Tableau 35 : Débits de crue de différentes périodes de retour T selon la méthode STR T [ans] 2 5 10 50 100 Q [m3/s] 248 364 445 640 730 q [l/s/km2] 96 141 172 250 280 2 SBV [km ] 1515 3 푄푐푟푢푒 퐵푉 [m /s] 145,4 213,6 260,6 378,8 424,2 Source : Chaperon Pierre et al, mars 1993. Fleuves et rivières de Madagascar (Page 199).
II.5.4 Choix de la méthode adoptée pour le calcul de crues et choix de la crue du projet Par rapport aux autres méthodes, celle de la station de référence a tendance à sous-estimer les débits de crue.
Par la méthode de Chaperon et Al, le débit trouvé est de 945,8 [m3/s]. En se référant à la méthode Louis Duret, ce débit correspond à une période de retour de 푄10. De plus, pendant l’année hydrologique 2017/2018, on a trouvé un débit de crue de 977 [m3/s], cette valeur est proche d’une crue ayant une période de retour de 10 ans selon la méthode Louis Duret. Donc, la méthode d’estimation de débits à partir de la formule de Louis Duret reflète bien les calculs de crues du fleuve Anjingo.
Selon la norme de dimensionnement des ouvrages à Madagascar et comme prescrits dans le cahier des charges de conception des réseaux hydroélectriques ruraux à Madagascar, le débit de crue de projet d’une PCH est égal au débit cinquantennal [14]. Ainsi, le débit de projet sera égal à 1391,6 [m3/s].
62 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.6 Étude de la station installée sur le fleuve Anjingo à Marobakoly Les jaugeages réalisés permettent de construire la courbe de tarage de l’Anjingo. Cette courbe représente la relation du débit en fonction de la hauteur d’eau. Dans notre cas, la courbe de tarage a été établie sur la base de 9 jaugeages effectués à partir de l’utilisation d’un Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) et d’un moulinet.
Tableau 36 : Listes des jaugeages effectués H Q Vitesse Date [m] [m3/s] [m/s] 23/09/2017 0,56 3,76 0,192 24/02/2018 1,6 111,4 0,85 21/05/2018 0,95 24,2 0,485 13/06/2018 0,86 19 0,52 17/08/2018 0,6 6,96 0,42 21/09/2018 0,46 1,672 0,285 08/10/2018 0,44 1,71 0,337 28/10/2018 0,41 1,675 0,27 28/12/2018 0,69 9,144 0,402 Source : 3ERAE, 2019. Rapport hydrologique du fleuve Anjingo. [15] Après ajustement de la courbe de tarage, on obtient une courbe ayant une allure parabolique (polynôme du 2nd ordre) dont l’équation est :
푄 = 74,18ℎ2 − 57,26ℎ + 12,916
Dans laquelle :
푄 : débit estimé [m3/s] ;
ℎ : niveau d’eau à l’échelle [m].
63 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Figure 15 : Courbe de tarage de l’Anjingo
COURBE DE TARAGE 120 Q = 74,18.h2 - 57,264.h + 12,916 R² = 0,9993 100
80
60
40
20 Débits instantanés[m3/s]Débits
0 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6h [m] 1,8 Source : Auteur du rapport, tracé à partir des données dans le Tableau 36.
Avec un coefficient de corrélation R = 0,9993 qui est très proche de 1, on peut dire que cette courbe représente bien le tarage de l’Anjingo.
II.7 Débits moyens journaliers, mensuels et annuels, débits caractéristiques et débit réservé II.7.1 Débit moyen journalier Le débit moyen journalier est calculé à partir de la moyenne arithmétique des débits obtenus à partir du relevé de la hauteur limnimétrique qui est placée à la rive droite de l’Anjingo à Marobakoly. On prend les relevés dans la matinée et vers la fin de l’après-midi. La photo suivante montre le niveau du fleuve par rapport à l’échelle limnimétrique.
Photo 3 : Échelle limnimétrique installée à Marobakoly
Source : Cliché de l’auteur lors de la mission à Marobakoly le 17 août 2018.
À partir de l’équation de la courbe de tarage qui est fonction de la hauteur d’eau, on obtient les valeurs de débits journaliers pour l’année hydrologique 2017/2018. Les 64 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
résultats sont vus dans le Tableau 85 en annexe II à la page XX. En combinant ces débits avec les valeurs des pluies journalières enregistrées dans le boitier enregistreur de la station, on a l’hydrogramme suivant.
Figure 16 : Hydrogramme de crue du fleuve Anjingo (01/11/2017-30/09/2018)
HYDROGRAMME DE CRUES 1 000 0
800 40
600 80
Qj [m3/s] Qj Pluie [mm]Pluie 400 120 Pluie
Débit 200 160
0 200 01/11/2017 01/02/2018 01/05/2018 01/08/2018 Jours Source : 3ERAE, 2019. Rapport hydrologique du fleuve Anjingo.
Pendant la campagne de suivi, le débit maximal journalier qui s’élève à 977 [m3/s] a été observé le 17 mars 2018 lors du passage de la tempête Tropicale Eliakim. La pluviométrie maximale de 24 heures correspondante relevée au poste pluviométrique installé est égale à 113 [mm] qui correspond à une période de retour de 10 [ans].
II.7.2 Débit moyen mensuel et débit moyen annuel (module) Celui-ci se définit comme la moyenne, pour un mois donné, des débits moyens journaliers observés pendant les périodes de suivi du cours d’eau. On rappelle que la fiabilité des données est d’autant plus sûre si les périodes d’observations sont longues.
Pour calculer les débits moyens mensuels de l’Anjingo, on va exploiter les débits moyens mensuels de la Maevarano montrés dans le Tableau 86 en annexe II à la page XXI par la méthode de la station de référence.
Concernant le module, on le calcule en prenant la moyenne arithmétique des 12 débits moyens mensuels.
65 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 37 : Débit moyen mensuel interannuel et module Mois J F M A M J J A S O N D Module Débits [m3/s] 4,82 17,19 48,43 74,31 68,76 41,10 20,02 12,31 9,03 6,60 4,43 3,21 25,9 Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 86.
II.7.3 Courbe des débits classés et débits caractéristiques À partir des débits journaliers vus dans le Tableau 85 en annexe II à la page XX, nous pouvons tracer la courbe des débits classés de l’année hydrologique 2017/2018. C’est l’arrangement par ordre décroissant des débits journaliers d’une année en portant en ordonnée les débits et en abscisse la fréquence d’apparition de l’ensemble des débits porté en ordonnée. Ensuite, on tire les débits caractéristiques les suivants :
- Débit caractéristique de Crue (DCC), c’est le débit moyen journalier égalé ou dépassé 10 jours dans l’année ; - Débit journalier égalé ou dépassé 30 jours dans l’année (DC1) ; - Débit journalier égalé ou dépassé 90 jours dans l’année (DC3) ; - Débit journalier égalé ou dépassé 180 jours dans l’année (DC6) ; - Débit journalier égalé ou dépassé 270 jours dans l’année (DC9) ; - Débit journalier égalé ou dépassé 270 jours dans l’année (DC11) ; - Débit caractéristique d’Étiage (DCE), c’est le débit moyen journalier égalé ou dépassé 355 jours dans l’année.
Figure 17 : Courbe des débits classés pour l’année hydrologique 2017/2018 COURBE DES DÉBITS CLASSÉS 1200
1000 Qj [m3/s] Qj
800
600
400
200
0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Temps en % où le débit est atteint ou dépassé Source : 3ERAE, 2019. Rapport hydrologique sur le fleuve Anjingo.
66 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 38 : Débits caractéristiques de l’Anjingo pour l’année hydrologique 2017/2018 DCC DC1 DC3 DC6 DC9 DC11 DCE Année [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] 2017/2018 292,7 165,6 78,5 24,2 7,94 2,7 1,68 Source : Auteur du rapport à partir de la figure précédente.
Sachons que, afin d’obtenir la courbe des débits classés moyens pour le calage du projet, il est nécessaire de disposer d’une série de débits journaliers de plusieurs années. Cependant, vu que les données dont nous disposions ne s’étalaient que sur une année, nous n’avions eu de choix que de recourir à l’exploitation de débits moyens mensuels de la Maevarano. En arrangeant par ordre décroissant les débits mensuels de l’Anjingo sur l’abscisse et en portant sur l’ordonnée la fréquence d’apparition de l’ensemble des débits, on a obtenu la courbe des débits classés moyens. Figure 18 : Courbe des débits classés du projet
COURBE DES DÉBITS CLASSÉS 140
120
100 Débit [m3/s]Débit
80
60
40
20
0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Temps en % où le débit est atteint ou dépassé Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 86.
À partir de cette courbe, on tire les valeurs des débits caractéristiques déjà cités précédemment.
Tableau 39 : Débits caractéristiques moyens du fleuve Anjingo à Marobakoly DCC [m3/s] DC1 [m3/s] DC3 [m3/s] DC6 [m3/s] DC7 [m3/s] DC9 [m3/s] DCE [m3/s] 103,7 73,3 38,7 12,1 9,8 5,73 2,5 Source : Auteur du rapport à partir de la Figure 18.
67 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.7.4 Débit réservé
Le débit réservé noté 푄푟 a été conçu pour maintenir l’écosystème et pour préserver la biodiversité : c’est le débit minimal restant dans le lit naturel du fleuve entre la prise d’eau et la restitution des eaux en aval de la centrale, garantissant en permanence la vie, la circulation et la reproduction des espèces vivant dans le fleuve.
Les formules pour le calcul de débit réservé sont nombreuses et se multiplient de jour en jour. Autant dire que personne ne trouve une solution universellement valable pour la détermination du débit réservé. [16] Pour Madagascar, puisque qu’il n’existe pas encore de loi spécifique qui règle l’estimation du débit réservé, il est proposé d’opter pour la méthodologie présentée dans « Layman’s guidebook on how to develop a small hydro site (Page 219) » qui dit que le débit réservé est évalué dans une fourchette de 0,5.DCE et 0,7.DCE.
Application numérique : 퐷퐶퐸 = 2,5 [푚3/푠]
3 푄푟 = 0,5. 2,5 = 1,3 [푚 /푠]
3 푄푟 = 0,7. 2,5 = 1,7 [푚 /푠]
Et comme la valeur du débit d’étiage absolu trouvé pendant l’année hydrologique 2017/20118 est de 1, 67 [m3/s] (Cf. Tableau 36 à la page 63). Alors on ퟑ considère dans ce rapport 푸풓 = ퟏ, ퟕ [풎 /풔].
68 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
69 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
DONNÉES PRINCIPALES SUR L’AMÉNAGEMENT I.1 Introduction Pour le cas de Marobakoly, trois variantes d’aménagement potentiel ont été envisagées pour produire de l’électricité à partir du site. Leur point commun est qu’elles sont toutes de types au fil de l’eau, c’est-à-dire qu’on exploite seulement le débit naturel du fleuve car la largeur du fleuve sur le site est assez large, sans compter que les vallées en amont du site sont dormantes. Ainsi, il est assez compliqué de créer un réservoir pour stocker de l’eau. La première et la troisième variante consistent à aménager les usines du côté de la rive droite tandis que la deuxième variante se trouve du côté de la rive gauche.
I.2 Variante I sur la rive droite L’aménagement sera composé principalement de [7] :
- Un déflecteur de 19 [m] ; - Un dessableur de 21×4,3×2,7 [m3] ; - Une conduite d’amenée de 190 [m] ; - Une chambre de mise en charge de 2,4×5,9×5 [m3] ; - Une conduite forcée de 18 [m] de long ; - Une turbine Dive de 229,7 [kW] ; - Une usine de 22 [m2] ; - Une restitution.
Avec cette variante la chute brute a une dénivelée de 11 [m].
On trouve le schéma d’aménagement de cette variante en Annexe.I à la page III.
I.2.1 Débit d’équipement Le débit d’équipement est le débit nécessaire pour l’exploitation de la centrale hydroélectrique. Il est choisi et calculé à partir de l’adéquation ressources-besoins et de la courbe des débits classés du fleuve. Cette valeur est déterminante pour le coût de l’équipement et du génie civil, alors, son choix est capital.
Selon l’évaluation de la demande en énergie faite dans la première partie du document, la puissance demandée à la 20ème année est de 197,6 [kW]. Cette puissance correspond en effet au débit de 2,6 [m3/s], qui est garanti 310 jours par an d’après la courbe des débits classés. Par conséquent, l’ajout d’un parc solaire ou de groupes diesel sera une solution efficace pour combler ce déficit. Dès lors que l’on connaît le débit d’équipement, on peut passer au dimensionnement des ouvrages.
70 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.2 Dimensionnement des ouvrages du génie civil et des équipements électromécaniques I.2.2.1 Ouvrages du génie civil I.2.2.1.1 Déflecteur En période d’étiage, presque la totalité de débit du fleuve passe sur l’échancrure du rocher en rive droite. De ce fait, il suffit de mettre un déflecteur pour capter le débit d’équipement tout en prenant soin de ne pas barrer le fleuve sur toute sa largeur. Ce type d’ouvrage nous permet de minimiser le coût et les travaux de génie civil. On le confectionne en maçonnerie de moellons ou en béton. On peut envisager aussi un déflecteur de type fusible construit à partir des blocs de roche ou des troncs d’arbre. Comme son nom l’indique, ce type de déflecteur ne peut pas supporter à des grosses crues. Mais dans ce rapport, on étudie un déflecteur en béton pouvant résister aux fortes crues.
Figure 19 : Régimes du fleuve Anjingo Marobakoly (mai 2016) Marobakoly (novembre 2015)
Source : TAVERNIER Louis, 2016. Rapport de mission détaillé Sofia [17] I.2.2.1.1.1 Hauteur du déflecteur
La hauteur du déflecteur est donnée par la différence entre la côte de la crête du seuil et la côte du radier.
ℎ푑푒푓푙é푐푡푒푢푟 = 퐻푝푟 + 푟푒푣푎푛푐ℎ푒
Avec :
퐻푝푟 : hauteur de la prise [m] ;
Revanche : différence entre la hauteur du seuil et la partie supérieure de la prise, sa valeur est égale à 20 [cm].
On a trouvé 풉풅é풇풍풆풄풕풆풖풓 = ퟎ, ퟗ [풎].
71 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.2.1.1.2 Longueur du seuil et hauteur de la charge En se référant au schéma d’aménagement de la variante I (Cf. Annexe I à la page III), on trouve la longueur approximative du déflecteur qui est égale à 19 [m].
Et pour déterminer la hauteur de la charge 퐻0 au-dessus du déflecteur, on a utilisé l’équation suivante :
5 [퐿1. 퐻0]3 1 3 2 2 푄푐 = 퐾푟. 2 . 퐼 + 푚. 퐿푑é푓푙푒푐푡푒푢푟. √2. 푔. 퐻0 [퐻0 + 퐿1]3
Avec :
3 푄푐 : crue de projet [m /s] ;
퐿푑é푓푙푒푐푡푒푢푟 : longueur du seuil du déflecteur [m] ;
푚 : coefficient de débit qui est égal à 0,495 pour un seuil déversant type Creager ; [18]
퐾푟 : coefficient de Strickler pour une roche ;
퐿1 : largeur du fleuve moins la longueur du déflecteur [m] ;
I : pente du fleuve [m/km] ;
퐻0 : hauteur de la charge maximale au-dessus du seuil.
3 Application numérique : 푄푐 = 1 391,6 [푚 /푠] ; 퐿1 = 181 [푚] ; 퐿푑é푓푙푒푐푡푒푢푟 = 19 [푚] ;
2 푔 = 9,81 [푚/푠 ] ; 퐼 = 1 [‰] ; 푚 = 0,495 ; 퐾푟 = 51.
Après calcul on trouve : 푯ퟎ = ퟐ, ퟒ [퐦].
I.2.2.1.1.3 Profil du seuil Le profil du seuil est calculé de manière à fournir la forme idéale pour une évacuation optimale de telle façon que la nappe d’eau inférieure épouse constamment la forme du corps du déflecteur. La géométrie la plus utilisée, notamment à Madagascar, est celle de Creager amélioré par WES (U.S Army Engineer Waterways Experiment Station), et selon le document : « Hydraulic design of spillways » (11102- 2-1603 du 16 janvier 1990) de l’USACE (U.S Army Corps on Engineers), le profil du seuil est constitué [19] :
- D’une droite verticale constituant l’amont du seuil ; x2 [B−y]2 - D’une ellipse pour la crête dont la fonction est : + = 1 ; A2 B2 n n−1 - D’une parabole dont la fonction est de : x = K. H0 y constituant la première partie aval du seuil ;
72 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
- D’une droite tangente à la parabole ci-dessus lorsque la pente de cette parabole est égale à 1. Cette dernière droite permet d’éviter la cavitation au lieu de continuer avec la parabole.
풉 La valeur du rapport entre la hauteur du barrage avec la charge au-dessus du seuil 풃 푯ퟎ est égale à 0,40. Cette valeur permet de déterminer les différents coefficients des courbes du profil.
Les coefficients A, B et K sont déterminés à partir de l’Abaque 2 en annexe III à la page XXIII.
Les coefficients respectifs sont : A= 0,542 [m] ; B= 0,313 [m] ; K= 2,033 et n= 1,85.
Les points particuliers sont :
- Point de tangence de la face amont à l’ellipse : (0 ; 0,598) ; - Point d’intersection de l’ellipse à la face amont et la parabole à la face aval : (0,5 ; 0,9) ; - Point de tangence de la parabole à la face aval et la droite de pente 1 : (2,45 ; 0,039).
Le profil obtenu se trouve sur le graphique ci-dessous :
Figure 20 : Profil du déflecteur
73 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.2.1.1.4 Étude de stabilité du déflecteur
L'étude de la stabilité du déflecteur concerne l'équilibre d'ensemble de l'ouvrage, qui doit résister au glissement de la fondation et au renversement ainsi que la stabilité interne de l'ouvrage qui doit résister aux contraintes qui se développent dans sa masse.
Tous les détails de calcul de la stabilité sont reproduits en Annexe.IV à partir de la page XXVIII, les résultats obtenus sont les suivants :
- Le coefficient de stabilité au glissement 퐾퐺 = 1,5 ≥ 1,5 ; - Le coefficient de stabilité au renversement 퐾푟 = 5 ≥ 1,5 ; - Les contraintes maximales 휎푚푎푥 = 0,24 [MPa] ≤ 휎 = 4 [MPa]. - D’après ces valeurs trouvées, les stabilités de l’ouvrage sont vérifiées, d’où les dimensions proposées sont acceptables.
I.2.2.1.1.5 Ouvrage annexe du déflecteur (mur de protection)
Le mur de protection est à la fois un ouvrage de protection pour les berges, ainsi que pour le déflecteur. Il a pour rôle d’empêcher le débordement de l’écoulement sur les côtés, et de protéger les berges contre l’érosion. En outre, le mur sert à ancrer le déflecteur dans la berge du fleuve, et à assurer le rôle de parafouilles latéral. Sa hauteur est égale à la cote de NPHE en ajoutant une revanche. Une revanche de 50 [cm] [20] est adoptée entre le niveau du seuil déversant et le niveau supérieur du mur.
D’où :
퐻푚푢푟 = 푁푃퐻퐸 + 푟푒푣푎푛푐ℎ푒
Application numérique : 푁푃퐻퐸 = 3,2 [푚] ; 푟푒푣푎푛푐ℎ푒 = 0,5 [푚]
D’où 푯풎풖풓 = ퟑ, ퟕ [풎]
Assimilons le corps du mur comme suit :
74 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Figure 21 : Profil du mur
Source : Auteur du rapport à partir des valeurs calculées.
Stabilité du mur
La vérification de stabilité du mur est similaire à celle du barrage. Tous les calculs sont montrés en Annexe.IV à partir de la page XXXIV, et on a le tableau suivant :
Tableau 40 : vérification de stabilité
Coefficients 퐾퐺 퐾푟 푒 휎푚푎푥 Valeurs calculées 2,65 3,01 0,17 0,16 Vérifications ≥ 1,5 ≥ 1,5 < 0,6 [m] ≤4 [MPa] Source : Auteur du rapport à partir des calculs en Annexe.IV.
I.2.2.1.2 Dimensionnement de l’ouvrage de prise La prise d’eau est un ouvrage destiné à faire passer le débit d’équipement. Pour le cas étudié, la prise est de type latéral ayant une forme rectangulaire. Pour dimensionner la section de la prise, la connaissance de la lame d’eau déversant en période d’étiage s’avère nécessaire.
2 3 푄푟 퐻é푡 = [ ] 푚. 퐿퐵. √2. 푔
Avec :
3 푄푟 : débit d’étiage le plus défavorable [m /s] ;
퐿퐵 : longueur du barrage [m] ;
푚 : coefficient de débit sur un seuil déversant qui est égal à 0,495 pour un seuil Creager.
75 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Et comme la prise fonctionne comme un orifice, elle obéit à la relation suivante :
푄푒 = 휇푝푟. 퐿푃푟. √2. 푔. ΔH푝푟
Avec :
3 푄푒 : débit d’équipement [m /s] ;
[3] 휇푝푟 : coefficient de contraction qui est égale à 0,6 ;
퐿푝푟 : largeur de la prise [m] ;
ΔH푝푟 : charge au niveau de la prise [m].
La prise d’eau est optimisée de manière à créer les meilleures conditions d’entonnement du débit d’équipement. L’entrée de la prise est protégée par une grille moyenne (l’espacement entre les barreaux est de 40 [mm]) qui évite l’introduction des branchages et feuillages dans le circuit d’amenée. La grille est amovible et inclinée de 40° sur la verticale.
▪ Pertes de charge :
À l’entrée de la prise, il y a deux pertes de charge singulières, l’une causée par la contraction et l’autre par la grille. D’où la perte de charge au niveau de la prise s’écrit :
4 2 푑 3 푄푒 훥ℎ푃푟 = [휇푝푟 + 퐾푡. 푠𝑖푛휙. ( ) ] 2 푒 푆푃푟 . 2푔
Cette relation est obtenue par la combinaison de formules de pertes de charge dues à la contraction et à la grille.
Avec :
퐾푡 : coefficient de forme des barreaux ; pour un barreau de section circulaire, il vaut 1,79 d’après Kirschmer (1926) ;
푒 : espacement entre les barreaux [mm] ;
푑 : diamètre du barreau [mm] ;
2 푆푃푟 : section de la prise [m ].
3 Source : Lancastre Armando. Hydraulique générale (Page 318). 76 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 41 : Dimensions de la prise d’eau Désignations Notations Valeurs Unités
Débit d'équipement 푄푒 2,6 [m/s] Accélération 푔 9,81 [m/s2]
Coefficient de débit 휇푑 0,6 Vitesse de l’eau à l'entrée de la prise V 1,3 [m/s]
Section de la prise 푆푃 2 [m] Largeur de la prise 푙푃 2,8 [m] Hauteur de la prise 퐻푃 0,7 [m] Perte de charge au niveau de la prise 훥ℎ푃푟 0,07 [m] Espacement entre les barreaux 푒 40 [mm] Épaisseur du barreau (section circulaire) 푑 10 [mm]
Coefficient de perte de charge 퐾푡 1,8 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.2.2.1.3 Dessableur Le dessableur ou bassin de décantation est un ouvrage dans lequel les particules denses doivent se décanter, lesquelles sont principalement constituées de sable. Le but d’un dessableur est donc de faciliter la décantation du sable afin d’éviter l’alluvionnement ou l’ensablement des ouvrages tels que les canaux et la chambre de mise en charge et aussi de limiter l’usure de l’équipement hydromécanique comme la turbine.
Généralement, la dimension du dessableur est basée sur :
- Le débit d’équipement ; - La dimension des grains à piéger (pour le sable 푑 = 0,2 [푚푚]).
Le dessableur doit avoir une longueur permettant aux particules de décanter, c’est-à-dire que les trajectoires de tous les grains à décanter doivent se trouver à l’intérieur du dessableur. Pour que chaque particule atteigne le fond du dessableur avant son extrémité aval, le temps de chute ou de décantation doit être égal au temps de translation. Par conséquent :
푡퐷 = 푡푡
Avec :
푡퐷 : temps de décantations [s] ;
푡푡 : temps de translation [s].
Où :
ℎ 퐿 푡퐷 = et 푡푡 = 푉퐷 푉푇
77 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Entrainant :
ℎ 퐿 퐿. 퐵. ℎ = = 푉퐷 푉푇 푄 푄 푉 = 푇 퐵. ℎ
푉푇 : vitesse de translation [m/s] ;
퐿 : longueur de dessableur [m] ;
푉퐷 : vitesse de décantation des grains dans l’eau [m/s] ;
ℎ : profondeur du dessableur [m] ;
Q : débit transité [m3/s] ;
퐵 : largeur du dessableur.
La vitesse de chute d’une particule dans l’eau pourrait en principe être estimée en appliquant l’équilibre des forces : 퐺 − 퐹푊 − 퐹퐴 = 0
FW FA
G 1 Ainsi, on obtient la formule de Newton ou de Prandtl :
4 휌푠 푉퐷0 = √ . 푔. 푑. [ − 1] 3. 퐶푊 휌푒
Avec :
푉퐷0 : vitesse de chute [m/s] ;
푑 : diamètre de la particule [mm] ;
휌푠 : densité de la particule ;
휌푒 : densité de l’eau ;
퐶푊 : coefficient de traînée (퐶푊 = 푓(푅푒)).
퐶푊 n’est pas connu que pour des grains sphériques sous des conditions idéales, c’est-à-dire dans de l’eau propre et sans influence des parois. Pour des particules de forme quelconque sous des conditions réelles, aucune formule universellement acceptée n’est connue.
78 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
On utilise donc une formule indépendante de CW, la formule de Zanke [21] est souvent utilisée :
100 푉 = [√1 + 1,57.102. 푑3 − 1] 퐷 9. 푑 Pour que le dessableur fonctionne bien, il faut que les conditions suivantes 푸 soient vérifiées [22] : 0,2 ≤ 푽풄풓 ≤ 0,3 [m/s] ; 푽푻 < 푽풄풓 ; 푩 ≤ ퟐ. 풉 et 푳 ≥ 푽푫.푩
Avec :
1 훾푠 푉푐푟 = 퐾푏. 푅ℎ6. √0,03. [ − 1] . 푑 훾푒
Où :
푉푐푟 : vitesse critique [m/s] ;
퐾푏 : coefficient de Strickler pour le béton ;
푅ℎ : rayon hydraulique ;
3 훾푠 , 훾푒 : respectivement, poids volumiques des grains solides et de l’eau [kN/m ].
Tableau 42 : Caractéristiques du dessableur Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit d'équipement 푄푒 2,6 [m /s] Hauteur ℎ 2,7 [m] Diamètre minimal de grain à piéger 푑 0,2 [mm]
Vitesse de translation dans le dessableur 푉푇 0,22 [m/s]
Vitesse critique de translation 푉푐푟 0,23 [m/s] Largeur du dessableur 퐵 4,3 [m] Longueur du dessableur 퐿 21,7 [m]
Pente du fond 푃푓 2 %
Vitesse de décantation 푉퐷 0,02789 [m/s] Coefficient de Strickler pour béton 퐾푏 71
Rayon hydraulique 푅ℎ 1,2 3 Poids volumiques du grain 훾푠 26,5 [kN/m ] 3 Poids volumiques de l'eau 훾푒 10 [kN/m ] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
79 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.2.1.3.1 Ouvrages annexes du dessableur I.2.2.1.3.1.1 Vanne de purge
Lorsque le fond du dessableur est rempli de sable, il faut le vider à partir de la vanne de purge. La dimension de cette vanne est donnée par l’expression suivante :
푄 = 휇. 푏푣푝. ℎ푣푝. √2. 푔. [ℎ푑 − 0,5. ℎ푣푝]
Avec :
푄: débit transité qui est égal au débit d’équipement [m3/s] ;
ℎ푑: profondeur normale de l’eau dans le dessableur [m] ;
ℎ푣푝: hauteur de la vanne de purge [m] ;
푏푣푝 : largeur de la vanne de la vanne de purge [m] ;
휇 : coefficient de débit.
3 Application numérique : 휇 = 0,6 ; ℎ푑 = 2,7 [m] ; 푄 = 2,6 [푚 /푠] ; fixons ℎ푣푝 = 0,6 [m] ;
On trouve 푏푣푝= 1 [m]
ퟐ D’où 푺풗풑 = ퟎ, ퟔ [풎 ]
I.2.2.1.3.1.2 Déversoir
Pour éviter le débordement et évacuer les surplus d’eau, un déversoir rectangulaire à contraction latérale sera installé sur le bord gauche de l’ouvrage.
La longueur du déversoir est donnée par la relation suivante [23] :
푄 푒푣푎푐푢é 퐿푇푃 = 3 4,429. 퐻푇푃2 Avec :
3 푄é푣푎푐푢푒푟 : débit à évacuer [m /s] ;
퐻푇푃 : hauteur de la lame d’eau qui déverse au-dessus du déversoir [m] ;
퐿푇푃 : longueur du déversoir [m].
3 Application numérique : 푄푒푣푎푐푢é = 5,75 [푚 /푠] ; fixons 퐻푇푃 = 0,3 [m]
On trouve :
푳푻푷 = ퟕ, ퟑ [퐦]
80 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.2.1.4 Conduite d’amenée
L’amenée de l’eau vers la chambre de mise en charge se fait à partir d’une conduite en acier implantée le long de la rive droite et est dimensionnée pour transiter un débit d’équipement de 2,6 [m3/s]. Cette conduite sous faible charge relie l’extrémité du dessableur jusqu’à un bassin de mise en charge, le point de départ de la conduite forcée. Le principe de dimensionnement est le même à celui de la conduite forcée. ( Cf. page 84)
Tableau 43 : Dimensions de la conduite d’amenée Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit transité 푄푒 2,60 [m /s] Longueur de la conduite 퐿푐푎 190 [m] Diamètre 퐷푐푎 1,5 [m] 2 Section de la conduite 푆푐푎 1,77 [m ] Vitesse de l’eau 푉푒푐푎 1,5 [m/s] 6 Nombre de Reynolds 푅푒 2,2.10
Épaisseur de la conduite d’amenée 푒푐푎 9 [mm]
Coefficient de perte de charge par frottement 퐾푐 0,0125
Perte de charge 훥퐻푐푎 0,17 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs
I.2.2.1.5 Chambre de mise en charge
C’est un réservoir de stagnation qui assure le maintien du niveau du tirant d’eau bien au-dessus du niveau de la conduite. Cet ouvrage est dimensionné pour permettre une alimentation correcte de la conduite forcée. Elle est équipée d’un dégrilleur pour empêcher la pénétration des corps flottants dans la conduite forcée.
▪ Profondeur de la chambre de mise en charge
La hauteur du bassin 퐻푐ℎ [m] est la somme de la hauteur de la submersion ℎ푡 , de la garde au fond ℎ푓 , du diamètre de la conduite D et de la revanche 푅푐ℎ c’est-à- dire :
퐻푐ℎ = ℎ푡 + ℎ푓 + 퐷푐푓 + 푅푐ℎ
La hauteur de submersion correspond à la hauteur pour laquelle aucun vortex fort ne peut s’établir. Le but de la conception ne sera donc pas d’éviter toute formation de vortex, mais de prévenir les vortex forts, car ces derniers peuvent entraîner de l’air dans la conduite forcée. Il y a plusieurs formules empiriques pour déterminer la hauteur du recouvrement, mais on va prendre celle de Gordon [24], qui s’écrit :
ℎ푡 ≥ 퐶. 푉푐푓. √퐷푐푓
81 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
푉푐푓 : vitesse de l’eau dans la conduite [m/s]. Selon Varlet, la valeur de la vitesse doit être comprise entre ퟏ, ퟓ [퐦/퐬] ≤ 퐕 ≤ ퟖ [퐦/퐬] ;
퐷푐푓 : diamètre hydraulique de la conduite [m] ;
ℎ푡 : hauteur minimale de recouvrement [m] ;
퐶 : coefficient qui dépend de la symétrie de l’ouvrage tel que 퐶 = 0,7245 pour un ouvrage symétrique ; (Cas étudié).
La hauteur du garde de fond est de 0,3 [m] au minimum [25],on prend ℎ푓 = 0,4 [m]
▪ Largeur de la chambre de mise en charge
La largeur du bassin est donnée par la formule
푙푐ℎ = 2푟 + 퐷
Dans laquelle
푟 : rayon de succion en [m]
ℎ 푟 = 푡 √2 ▪ Longueur de chambre de mise en charge
Dans la mesure du possible, le volume utile de la chambre doit assurer une quantité d’eau nécessaire pouvant fournir les débits utiles des turbines pendant 15 [s] pour prévoir les appels de charges brusques de la centrale (AEPC, August 2004).
푉푐ℎ 퐿푐ℎ = 퐻ℎ푐. 푙푐ℎ
Avec :
3 푉푐ℎ : capacité de la chambre de mise en charge [m ] ;
Afin de préserver l’efficacité de la chambre pendant la période d’exploitation, il sera nécessaire de munir le bassin des grilles fines inclinées de 30° et d’une vanne de fond.
▪ Dimensionnement de la vanne de fond
La démarche de calcul est la même que celle de la vanne de purge au niveau du dessableur, elle est donc régie par la relation suivante :
푄 = 휇. 푏푣. ℎ푣. √2. 푔. [퐻푐ℎ − 0,5. ℎ푣]
82 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Avec :
푄 : débit transité [m3/s] ;
휇 : coefficient de débit ;
ℎ푣 : hauteur de la vanne [m] ;
푏푣 : largeur de la vanne [m] ;
퐻푐ℎ : profondeur de la chambre de mise en charge [m].
▪ Pertes de charge au le bassin de mise en charge
Les pertes de charge dans le bassin de mise en charge sont dues aux grilles et aux raccordements.
4 푑 3 푄2 푄2 훥ℎ푐ℎ = 퐾푡. 푠𝑖푛휙. ( ) . 2 + 퐾2. 2 푒 푆푏 . 2푔 푆푐푓 . 2푔
Avec :
푄 : débit transité [m3/s] ;
퐾2 : coefficient de la perte de charge due au rétrécissement (entrée progressive) qui est égal à 0,04 ;
2 푆푐푓 : section de la conduite [m ] ;
2 푆2 : section mouillée du bassin de mise en charge [m ] ;
퐾푡 : coefficient de forme des barreaux, pour un barreau de section circulaire, il vaut 1,79 d’après Kirschmer (1926) ;
푒 : espacement entre les barreaux [mm], on pose 푒 = 10 [mm] ;
푑 : diamètre du barreau [mm], on pose 푑 = 4 [mm] ;
2 푆푏 : section du canal [m ] ;
휙 : inclinaison de la grille, on prend 휙 = 300.
Tableau 44 : Dimensions de la chambre de mise en charge Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit d'équipement 푄푒 2,6 [m /s] Hauteur de submersion ℎ푡 3,38 [m] Garde fond ℎ푓 0,4 [m] Revanche r 0,4 [m]
Profondeur totale de la chambre 푃푐ℎ 4,97 [m]
83 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Désignations Notations Valeurs Unités
Largeur de la chambre 푙푐ℎ 5,57 [m] Longueur de la chambre de mise en charge 퐿푐ℎ 2,35 [m] Rayon de succion r 2,39 [m]
Coefficient de forme des barreaux 퐾푡 1,79 Angle d'inclinaison de la conduite/bassin ϕ 0,52 [rad]
Largeur de vanne 푏푣 0,6 [m] Hauteur de la vanne ℎ푣 0,8 [m] Perte de charge 훥ℎ푐ℎ 0,09 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs
I.2.2.1.6 Conduite forcée
La conduite a pour but d’amener l’eau issue de la chambre de mise en charge vers l’usine, et donc à la turbine. Elle peut-être en béton centrifugé, en PVC, en fonte, en acier rigoureux ou lisse. Ce dernier est le plus utilisé pour des raisons de sécurité, mais aussi pour sa facilité de montage et sa capacité de résistance à la pression élevée. Les conduites peuvent être enterrées ou aériennes suivant les contraintes du site. Pour le cas de Marobakoly, on prévoit de la mettre hors de la terre. Quelle que soit la technique utilisée, la protection anticorrosion doit être parfaitement appliquée et contrôlée. En particulier, la peinture des points de raccordement entre deux secteurs doit être très bien réalisée après les travaux de soudage.
▪ Diamètre de la conduite
Le diamètre est choisi en optimisant le coût de la conduite forcée par rapport aux pertes de puissance qu’elle génère. Sélectionner un diamètre aussi petit que possible va minimiser le coût de la conduite mais augmenter les pertes d’énergie, et vice-versa. On va utiliser la formule suivante pour la détermination du diamètre optimal de la conduite [26] :
2 2 0,1875 푛 . 푄푒 . 퐿푐푓 퐷푐푓 = 2,69. [ ] 퐻푏
Où :
퐷푐푓 : diamètre économique de la conduite en [mm] ;
푛 : coefficient de Manning, est égale à 0,012 [21] ;
3 푄푒 : débit d’équipement [m /s] ;
퐿푐푓 : longueur de la conduite [m] ;
퐻푏 : hauteur de la chute brute [m].
84 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
▪ Épaisseur de la conduite
L’épaisseur exigée pour une conduite forcée dépend du matériau, de sa résistance maximale à la traction, de son diamètre et de sa pression d’exploitation.
Pour des raisons de sécurité, la conduite doit avoir une épaisseur 푒푐푓 définie par :
푃0. 퐷푐푓 퐷푐푓 + 508 푒푐푓 = 푚푎푥 { ; ; 6. 퐷푐푓} 2. 휎푎. 퐾푓 400
Avec :
푒푐푓 : épaisseur de la conduite forcée [mm] ;
퐷푐푓 : diamètre de la conduite forcée [m] ;
휎푎 : contrainte admissible à la traction de l’acier E 235 qui est égale à 2 350 [bars] ;
푃푖 : surpression dans la conduite forcée [bars] ;
퐾푓 : 0,9 pour soudure inspectée aux rayons X ;
푃0 : pression hydrostatique [bars] ;
푃0 = 휌. 푔. 퐻푏
휌 : poids volumique de l’eau [kg/m3] ;
푔 : accélération de pesanteur [m/s2] ;
퐻푏 : hauteur de la chute brute [m] ;
▪ Pertes de charge
Les pertes de charge principales dans une conduite forcée sont la perte de charge linéaire due aux frottements de l’eau avec la paroi de la conduite forcée ainsi qu’aux pertes causées par les coudes et par les vannes.
❖ Perte de charge linéaire
Cette perte de charge est due aux frottements de l’eau avec la paroi de la conduite le long de son trajet. Pour que la perte de charge linéaire soit faible, il faut que la paroi intérieure de la conduite soit suffisamment lisse. Darcy et Weisbach ont proposé la formule suivante pour calculer cette perte :
2 퐿푐푓 푉푐푓 훥퐻푙 = 휆. [ ] . 퐷푐푓 2. 푔
Avec :
85 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
휆 : coefficient de perte de charge par frottement. Il est déterminé à partir de l’Abaque 3 vu en annexe III à la page XXIV.
❖ Pertes de charge singulières
Les pertes de charge singulières dans la conduite sont provoquées par :
➢ Changement de direction (coudes)
En quittant la chambre de mise en charge et à l’entrée de l’usine, la conduite change de directions. Ces changements de direction provoquent de pertes de charge.
2 푉푐푓 훥퐻 = 퐾 . 푐 퐶 2. 푔
퐾퐶 : coefficient de perte de charge qui dépend de la forme du coude. Pour que la perte de charge soit faible au niveau d’un coude, il faut qu’elle soit non vive. Pour le calculer, Weishbach (1855) a proposé la formule suivante [18] :
3,5 훹 퐷푐푓 퐾푐 = . [0,131 + 1,847. ( ) ] 90° 2. 푅푐
Avec :
퐷푐푓 : diamètre de la conduite forcée [m] ;
푅푐 : rayon de courbure de l’axe de la conduite forcée ; fixons 푅푐 = 3 [푚]
훹 : angle au centre du coude, qui est égal à 46 [°C].
➢ Vanne
La vanne est utilisée pour isoler les équipements de la turbine en cas de panne ou d’entretien. Or la présence d’une vanne sur la conduite forcée et la turbine créent des pertes de charge singulière dont l’expression est :
2 푉푐푓푠 훥퐻 = 퐾 . 푉 푉 2. 푔
Pour une vanne papillon, 퐾푉 est égale à 0,24 [18]
Tableau 45 : Dimensions de la conduite forcée Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit d'équipement 푄푒 2,6 [m /s] Longueur de la conduite forcée 퐿푐푓 18 [m]
Hauteur de la chute brute 퐻푏 11 [m] Coefficient de Manning n 0,012
Diamètre économique 퐷푝푟 0,8 [m]
86 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Désignations Notations Valeurs Unités Contrainte admissible à la traction 휎 2 350 [bars] Poids volumique de l'eau ρ 1 000 [kg/m3] Accélération de pesanteur g 9,81 [m/s2]
Pression hydrostatique 푃0 1,1 [bars] Vitesse de l'eau dans la conduite 푉푐푓 5,16 [m/s] Viscosité cinématique du fluide μ 1,0.10-6 [m²/s] 6 Nombre de Reynolds 푅푒 4,1.10 Épaisseur optimale de la conduite forcée 푒푐푓 5 [mm] Coefficient de perte de charge 휆 0,013
Pertes de charge dans la conduite forcée 훥ℎ푐푓 1,2 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.2.2.1.7 Usine
Celle-ci doit être suffisamment spacieuse pour accueillir l’ensemble des installations de production d’électricité et de leurs auxiliaires. Une attention toute particulière doit être accordée pour définir dès l’étude les circuits (passage de câbles) et les tuyauteries. L’étanchéité et la solidité de la toiture doivent être bien définies. Le système de ventilation du local doit être correctement étudié afin d’éviter des températures de fonctionnement de machines qui dépassent les limites admises par le constructeur. Les dispositifs de manutention des différentes pièces constituant les installations doivent être prévus dès l’origine. Ils doivent permettre à l’exploitant de réaliser les opérations de maintenance ultérieure sans difficulté y compris le démontage complet de la machine et de ses auxiliaires.
Le bâtiment aura une longueur de 5,3 [m] et une largeur de 4,2 [m], soit sur une surface de 22,3 [m2]. Cette aire est répartie comme suit :
- Une surface de 5 [m²], suffisante pour le démontage et l’entretien de la turbine ; - Une surface de 5 [m2] pour la turbine et l’armoire de commande ; - Une surface de 7 [m²] pour le bureau du chef de l’usine ; - Une surface de 5,3 [m2] pour le magasin de stockage des pièces de rechange. I.2.2.1.8 Canal de fuite
Une fois turbinée, l’eau devra être reconduite dans le fleuve à travers le canal de fuite ou de restitution. Le canal de fuite aura une longueur de 20 [m], une section de 1,6×0,8 [m2] et ayant une inclinaison vers l’aval de 1%. Pour des raisons technico- économiques, il sera construit en maçonnerie de moellons.
87 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.3 Chute nette et puissance nette
I.2.3.1 Chute nette
Elle est obtenue en soustrayant la hauteur de la chute brute à la somme des pertes de charge rencontrées à partir de la prise d’eau jusqu’à l’axe de l’injecteur pour la turbine à action et à partir de la prise d’eau jusqu’à la partie avale de l’aspirateur pour la turbine à réaction.
Pratiquement, elle se calcule par :
퐻푛 = 퐻푏 − ∑ 훥퐻
Avec :
퐻푏 : hauteur de la chute brute [m] ;
∑ 훥퐻 : somme des pertes de charge.
∑ 훥퐻 = 훥ℎ푃푟 + 훥ℎ푐푎 + 훥ℎ푐ℎ + 훥ℎ푐푓
Application numérique : 퐻푏 =11 [m] et ∑ 훥퐻=1,5 [m]
On trouve :
푯풏 = ퟗ, ퟓ [퐦]
I.2.3.2 Puissance nette C’est la puissance recueillie à l’entrée des distributeurs de la turbine d’hydroélectricité.
La puissance hydraulique est déterminée par la formule suivante :
푃푛 = ɳ. 푔. 푄푒. 퐻푛
Avec :
푃푛 : puissance hydraulique nette [kW] ;
3 푄푒 : débit d’équipement [m /s] ;
퐻푛 : chute nette [m] ;
ɳ : rendement de l’usine.
Avec : ɳ = ɳ푡푢푟푏푖푛푒. ɳ푎푙푡é푟푛푎푡푒푢푟. ɳ푡푟푎푛푠푓표푟푚푎푡푒푢푟
Application numérique : ɳ푡푢푟푏푖푛푒 = 0,95 ; ɳ푎푙푡é푟푛푎푡푒푢푟 = 0,90 ; ɳ푡푟푎푛푠푓표푟푚푎푡푒푢푟 = 0,98 ;
2 3 푔 = 9,81 [푚/푠 ] ; 푄푒 = 2,6 [푚 /푠] ; 퐻푛 = 9,5 [푚]. 88 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
On trouve 푃푛 est égale 202,6 [kW] I.2.4 Détermination du productible
La productibilité est l’énergie produite par l’usine pendant un intervalle de temps ti exprimée en [kWh]. La productible annuelle est exprimée par :
12 12
퐸푎푛푛푢푒푙 = ∑ 퐸푚 = ∑ 푃푚. 푡푚 푚=1 푚=1
Avec :
퐸푚 : productibilité mensuelle [kWh] ;
푃푚 : puissance de l’installation mensuelle [kW] ;
푡푚 : heure de fonctionnement mensuelle [h].
Tableau 46 : Productible mensuelle [MWh] Mois J F M A M J J A S O N D
푃푚 [kW] 202,6 202,6 202,6 202,6 202,6 202,6 202,6 202,6 101,3 80,0 202,6 202,6
푡푚 [h] 744 672 744 720 744 720 744 744 720 744 720 744
퐸푚 [MWh] 150,7 136,1 150,7 145,9 150,7 145,9 150,7 150,7 72,9 59,5 145,8 150,7 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
D’après ce tableau, la productible annuelle de la microcentrale hydroélectrique est en moyenne de 1 610,6 [MWh]. I.2.4.1 Équipements électromécaniques
I.2.4.1.1 Turbine
Une turbine hydraulique est une machine motrice tournante qui convertit en énergie mécanique l’énergie potentielle et cinétique exercée par l’action de l’eau. Il existe deux types de turbines selon leurs travaux :
- La turbine à réaction : son principe est de transformer la pression de l’eau en une énergie mécanique de rotation. Au fur et à mesure que l’eau traverse la turbine, la diminution de la pression se transforme en énergie mécanique. La roue est totalement immergée dans l’eau. Les exemples de ce type de turbine sont la turbine Francis, le Kaplan et la turbine Dive ; - La turbine à action : son rôle est de convertir la pression de l’eau en énergie cinétique qui est véhiculée par un jet avant qu’elle frappe l’auget de la roue. Cette roue n’est pas immergée dans l’eau. Les turbines les plus répandues de ce groupe sont le Pelton, le Turgo et le Banki.
89 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.4.1.1.1 Choix de la turbine
Le choix de la turbine varie principalement en fonction du débit d’équipement et de la hauteur de la chute, éventuellement de la caractéristique géographique du site.
Avec un débit d’équipement de 2,6 [m3/s] et une hauteur de chute de 9,5 [m], en se référant avec les Abaque 5 en annexe III à la page XXVI, XXVII, on trouve que la turbine Banki et la turbine Dive sont bien adaptées à la variante I. Une comparaison entre ces deux turbines sera donc nécessaire, et on choisira celle qui convient la mieux à la variante I.
Tableau 47 : Tableau comparatif entre les deux turbines Turbines Banki Dive - Ce type de machine est sensible - Ce type de turbine résiste bien au sable et aux éventuels déchets au sable. Tolérance au sable flottants qui pourraient passer à travers les grilles de la chambre de mise en charge - Associé à un multiplicateur de - Pas besoin de multiplicateur de vitesse, donc encore une diminution vitesse car la turbine et Structure du rendement global. l’alternateur se forment en un bloc - Elle détient un dimensionnement - Prix assez élevé. facile et une construction simple qui Coût peut être effectuée artisanalement par un bon bricoleur. -Entretien fréquent. - Pas besoin d’un entretien sauf Entretien un changement d’huile tous les 5 ans. Risque de - Pas de risque de cavitation. - Risque de cavitation si mal cavitation positionné. Rendement - Faible [70 à 82%]. - Élevé [90 à 98%]. - Des travaux de terrassement, - Minimum d'espace et Occupation parfois importants sont à prévoir d’opération sécurisée dans des d’espace zones inondables.
Fuite - Possibilité de fuites d'huile. - Fuites de lubrifiant impossibles. Adaptation à la - Grande capacité d’adaptation à - Rendement faible à charge variation du débit des régimes variés. partielle (à débit réduit). - Faible résistance à l’usure et à la - Haute résistance à l’usure et à Résistance corrosion. la corrosion.
90 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Turbines Banki Dive
- Niveau élevé de bruits - Niveau minimum de bruits (assourdissants) et vibrations ; (silencieux) et vibrations ; Transmission - Il y a de pertes causées par le - Pas d'usure et de système de transmission par maintenance ; mécanique multiplicateur ou par courroie. - Pas de pertes causées par le système de transmission car il n'y a pas de courroie.
Source : Auteur du rapport.
D’après ce tableau, on décide de retenir la turbine Dive car elle est plus avantageuse par rapport à la turbine Banki même qu’elle est assez coûteuse.
I.2.4.1.1.2 Nombre de la turbine
Selon l’étude de la demande, pour satisfaire les besoins en électricité des 5 villages à raccorder avec la variante I, on a trouvé qu’une puissance installée de 197,6 [kW] était nécessaire. Or, sous une chute nette de 9,5 [m], avec un débit d’équipement de 2,6 [m3/s], la centrale peut produire 202,6 [kW], ce qui est suffisamment large pour répondre aux besoins des abonnées pendant 10 mois sur 12.
Pour le cas de la variante I, il est préférable d’équiper la centrale d’une seule turbine Dive 0800-250 ayant une puissance de 229,7 [kW] à cause des conditions suivantes :
- Du point de vue économique : le prix d’une turbine ayant cette puissance est moins coûteux par rapport au prix de deux turbines dont la somme de leur puissance est équivalente à 229,7 [kW], dixit l’ingénieur technicocommercial de 2EI (constructeur et fournisseur de turbines Dive). - Du point de vue de l’exploitation : comme la turbine Dive n’a pas besoin de trop d’entretien (seul un changement d’huile tous les cinq ans), ainsi, il n’y aura pas de problème sur la sécurité de l’alimentation. Cette turbine est constituée généralement de :
- Un distributeur : cet élément crée un moment cinétique à l'entrée de l'aubage de la roue en donnant à la vitesse d'écoulement une composante giratoire permettant d'ajuster le débit absorbé par la turbine à la valeur prescrite par le régime de fonctionnement de turbine à un instant donné. Cette opération est communément appelée réglage du débit ; - Une roue : c'est l'organe qui transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Elle est composée d’un moyeu qui est en fait le prolongement de l’arbre sur lequel sont fixées des pales ;
91 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
- Un aspirateur : il relie la sortie de la roue avec la partie aval de l’installation. L’utilisation d’un aspirateur diminue le risque de cavitation [4] pour une turbine à réaction.
Figure 22 : Schéma descriptif d’une turbine Dive avec ses accessoires
Source : 2EI, 2018. Nouvelle turbine Dive technologie hybride [27].
I.2.4.1.1.2.1 Hauteur d’aspiration
La hauteur HS est définie comme la différence entre la cote d’un point caractéristique de la roue et le niveau piézométrique de l’écoulement en aval de la roue, elle est définie par :
HS = Ha − Hv − 휎. H푛
Avec :
HS : hauteur d’aspiration limite de la turbine (seuil critique de cavitation) en [m] ;
푃 퐻 = 푎푡푚: hauteur de la pression atmosphérique en [m] ; 푎 휌.푔
푃 퐻 = 푉 : hauteur de la pression de dégagement de vapeur d’eau en [m]. À 20 [°C], sa 푣 휌.푔 valeur est égale à 0,24 [m] ;
4 Ce phénomène se produit au niveau de la turbine lorsque la pression liée à la vitesse locale atteint la pression de saturation de vapeur d’eau. Elle se manifeste par la formation des bulles de vapeur. 92 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
퐻푛 : hauteur de la chute nette en [m] ;
휎 : coefficient de cavitation, c’est un chiffre donnant la mesure de la limite d’apparition du phénomène de cavitation dans une turbine]. Pour une vitesse de rotation 550 [tr/mn]. On trouve 휎 est égale à 0,85.
Après calcul, on obtient :
푯푺 = ퟐ [풎]
I.2.4.1.2 Alternateur
L'alternateur est un appareil électrique qui transforme l'énergie mécanique en électricité. Il comporte un induit fixe (stator) et un inducteur tournant (rotor).
I.2.4.1.2.1 Caractéristiques de l’alternateur
Quand un moteur fournit un travail, il absorbe deux catégories de puissance :
- Puissance active exprimée en [kW], restituée sous forme de travail ; - Puissance réactive exprimée en [kVA] nécessaire pour créer les champs magnétiques dans les bobinages.
Tableau 48 : Caractéristiques fictives de l’alternateur Désignations Valeurs Unités Nombre de pôles 6 Vitesse de rotation 1000 [tr/mn] Fréquence 50 [Hz] Puissance active 206,7 [kW] Puissance apparente 229,7 [kVA] Puissance réactive 100 [kVAR] Puissance électrique nette 202,6 [kW] Tension triphasée 380 [V] Nombre d’appareils 1 Rendement 0,9 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
Remarque : Mais afin d’éviter un fonctionnement à pleine charge pouvant occasionner une hausse de température, source à terme de dysfonctionnement (destruction de l’isolation de la machine et risque d’incendie), il convient de vérifier que la puissance du générateur électrique est supérieure à celle de la turbine.
93 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.4.1.3 Poste de transformation
Un poste de transformation est un local logeant un transformateur, les appareils de protection (disjoncteurs, sectionneurs, parafoudre, etc.), les appareils de mesure et de contrôle. À la sortie de la centrale, le poste de transformation transforme la tension à la sortie de l’alternateur (220/400 [V]) en tension de 20 [kV]. La tension élevée doit être de nouveau abaissée (20 [kV]/400 [V]) dans d’autres postes de transformation (transformateur abaisseur) pour alimenter les réseaux de répartition puis les réseaux de distribution.
Choix de la puissance des transformateurs : - Pour le transformateur élévateur : Il faut s’assurer que la puissance du transformateur est supérieure à celle du générateur électrique afin d’éviter les échauffements. - Pour le transformateur abaisseur : la puissance de transformateur abaisseur devra atteindre ou dépasser la puissance de pointe de la localité à desservir. En se référant aux puissances des transformateurs usuels suivantes : 25 [kVA], 50 [kVA], 100 [kVA], 160 [kVA], 250 [kVA], 400 [kVA], 630 [kVA], 1000 [kVA], 1250 [kVA], on obtient la puissance de l’alternateur abaisseur correspondante pour chaque localité.
Le tableau ci-dessous récapitule les caractéristiques des transformateurs utilisés.
Tableau 49 : Caractéristiques des transformateurs Désignations An/be Am/na Am/dy An/ay Am/sy Usine Unités Nombre 1 1 1 1 1 1 Type de fonctionnement Ab/eur Ab/eur Ab/eur Ab/eur Ab/eur Él/eur Fréquence 50 50 50 50 50 50 [Hz] Puissance 50 25 50 25 50 250 [kVA] Phase Triphasée Triphasée Triphasée Triphasée Triphasée Triphasée Tension primaire 20 000 20 000 20 000 20 000 20 000 400 [V] Tension secondaire 400 400 400 400 400 20 000 [V] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.2.4.1.4 Transport en ligne et réseau de distribution
Un réseau de transport aérien d’un MT sera construit. Sa longueur totale est de 58 [km]. Les supports utilisés sont des poteaux en bois de 12 [m] traités (environ 670 poteaux seront nécessaires) et des poteaux en béton pour les supports des transformateurs (7 poteaux en béton). En ce qui concerne le réseau de distribution (BT), un réseau de 11,5 [km] sera mis en place [7], et les supports sont des poteaux en bois traités de 9 [m]. Le plan de la ligne MT est présenté en Annexe.I à la page XII de ce document.
94 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.4.1.5 Équipements auxiliaires
Les équipements auxiliaires de la centrale comprennent principalement :
- Un Circuit d’alimentation des divers appareillages de l’usine ainsi que son éclairage ; - Un matériel de manutention servant à déplacer les pièces lourdes pendant les travaux de construction ou d’entretien ; - Un système d’alarme incendie et de sécurité (au besoin) ; - Un système de refroidissement à l’eau et de lubrification (au besoin) ; - Une armoire de commande et de contrôle.
I.3 Variante II et variante III
I.3.1 Débit d’équipement
Avec ces deux alternatives d’aménagement, le but sera d’envoyer une grande partie de l’énergie produite à la JIRAMA Antsohihy. Compte tenu de la chute brute de chaque variante, pour gagner une puissance abondante, un débit d’équipement élevé sera nécessaire pour alimenter les turbines.
En se référant aux calculs des apports et à la courbe des débits classés, on trouve un débit d’équipement de 7,7 [m3/s], une valeur qui peut être garantie pendant 5 mois de l’année.
I.3.2 Dimensionnement des ouvrages du génie civil et des équipements électromécaniques
Avec un même débit d’équipement de 7,7 [m3/s], les dimensions des ouvrages du génie civil de la variante II et II partagent des similarités. C’est la raison pour laquelle l’on va les traiter en parallèle. Leurs plans d’aménagements sont illustrés en Annexe.I à la page IV et à la page V.
Tableau 50 : Caractéristiques de la variante II et de la variante III VARIANTE II (rive droite) VARIANTE III (rive gauche)
- Un barrage de 200 [m] de long ; - Un barrage de 200 [m] de long ;
- Un dessableur ; - Un dessableur ; - Un canal d’amené de 345 [m] ; - Des ponts-canaux en béton armé de 125 [m] ; - Une chambre de mise en charge ; - Canaux en maçonnerie de 825 [m] ;
- Une conduite forcée de 28 [m] de long ; - Une chambre de mise en charge ; - Deux turbines Banki ; - Une conduite forcée de 350 [m] ;
- Une usine ; - Une usine ; - Chute brute de 18 [m] de hauteur. - Deux turbines Banki ; - Chute brute de 21,5 [m] de hauteur. Source : AIDER, 2014. Business plan Marobakoly [7]
95 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.3.2.1 Ouvrages du génie civil
I.3.2.1.1 Dimensions et stabilités du barrage
I.3.2.1.1.1 Dimensions du barrage
Figure 23 : Profil du barrage de la variante II et III
Le principe de calcul est le même que celui de la variante I vue dans la Page 71.
Tableau 51 : Dimensions principales du barrage
Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit d’équipement 푄푒 7,7 [m /s] Longueur du barrage 퐿푏 200 [m] Base du barrage 퐵푏 4 [m] Hauteur du seuil du barrage 퐻푏 2,5 [m] Coefficient de débit au-dessus du seuil 푚 0,495
Hauteur de la charge au-dessus de la crête 퐻0 2,16 [m] 2 Section du barrage 푆푏 7 [m /mL] 2 Section de la vanne 푆푣 1,1 [m ] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
96 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.3.2.1.1.2 Stabilité du barrage
L’étude de la stabilité du barrage est présentée en Annexe.IV à la page XXXIII. Les résultats de calcul sont les suivants :
Tableau 52 : Forces et moments agissants sur le barrage Forces Moment/N Moment/O Désignations [daN] [daNm] [daNm] Poussée de l'eau 8523,7 7102,8 7102,8 Poussée de sédiment 199,7 73,2 73,2 Poids propre du barrage 17600,0 42592,0 7744,0 Poids de l'eau au-dessus du barrage 42,7 163,5 79,0 Source : Auteur du rapport à partir des calculs en Annexe.IV.
Tableau 53 : Vérification de stabilité du barrage
Coefficients 퐾퐺 퐾푟 휎푚푎푥 [MPa] Valeurs trouvées 1,52 5,96 1,6 Condition de la stabilité ≥ 1,5 ≥ 1,5 ≤ 휎 = 4 Source : Auteur du rapport à partir des calculs en Annexe.IV.
I.3.2.1.1.3 Ouvrage annexe du barrage I.3.2.1.1.3.1 Ouvrage de chasse Des dépôts solides ont tendance à s’accumuler au pied amont. Il est recommandé de mettre en place une vanne de chasse sur le barrage. En se référant aux normes utilisées pour les barrages, les vannes de chasse et de vidanges doivent évacuer :
- Le double du module interannuel du fleuve qui est égal à 51,7 [m3/s] ; (utilisé généralement par les pays anglophones) ; - La valeur maximale des débits moyens mensuels interannuels, égale à 74,3 [m3/s] ; (généralement par les pays francophones) ; - Le débit de fréquence de dépassement 10%, soit 69,2 [m3/s].
Pour des raisons de sécurité, les vannes de chasse doivent évacuer le débit 푄푣푑 défini par :
푄푣푑 ≥ 푚푎푥{2. 푄´ ; 푄푚푎푥,푚푒푛푠; 푄10%}
Ainsi, l’ensemble des vannes de chasse doit évacuer un débit de 74,3 [m3/s].
Pour éviter les embâcles au niveau des pertuis de chasse, on choisit une largeur de 3,5 [m]. Il nous reste alors à trouver la hauteur d’ouverture de chaque vanne. En utilisant la formule d’une vanne de vidange de fond de section rectangulaire, la hauteur d’ouverture d’une vanne est déterminée à partir de l’équation :
97 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
푄푣 ℎ푣 = 푛. 휇. 푏푣. √2. 푔. (ℎ푏 − 0,5. ℎ푣)
Avec :
푄 : débit de dimensionnement des vannes [m3/s] ;
ℎ푏 : hauteur du barrage [m] ;
푛 : nombre de passes (푛 = 5) ;
ℎ푣 : hauteur de la vanne [m] ;
푏푣 : largeur d’ouverture d’une vanne [m] ;
휇 : coefficient de débit.
3 Application numérique : 푄 = 74,3 [푚 /푠] ; ℎ푏 = 2,5 [푚] ; fixons 푏푣 = 3,5 [푚]
On trouve ℎ푣 = 1,2 [푚], ainsi, l’ouverture d’une passe est de 3,5 [m] × 1,2 [m].
L’emplacement des organes de chasse est un choix délicat vis-à-vis de la zone d’implantation du barrage. Et pour assurer la chasse à tout moment, chaque partie d'organe doit être constituée d’au moins deux vannes : si l’une de ces vannes est coincée ou en cas de problèmes, au moins l’autre vanne peut fonctionner.
I.3.2.1.1.3.2 Mur de protection
En utilisant la même hypothèse de calcul dans la Page 74, on obtient un mur ayant une section trapézoïdale avec les dimensions suivantes :
Hauteur = 5,16 [m], largeur à la base = 2,2 [m], petite base = 0,7 [m]. Après vérification de la stabilité du mur, on a :
Tableau 54 : Vérification de la stabilité du mur
Coefficients 퐾퐺 퐾푟 푒 휎푚푎푥 Valeurs calculées 2,74 3,19 0,21 0,58 Vérifications ≥ 1,5 ≥ 1,5 < 0,6 [m] ≤4 [MPa] Source : Auteur du rapport à partir des simulations sur Excel.
I.3.2.1.2 Dimension de la prise d’eau
Le principe de calcul est similaire à celui de la variante I. Les résultats de calcul sont résumés dans le tableau suivant :
98 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 55 : Dimensions de la prise d’eau pour les variantes II et III Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit d'équipement 푄푒 7,7 [m /s] Accélération de pesanteur g 9,81 [m/s2]
Coefficient de débit 휇푑 0,6 Vitesse de l’eau à l'entrée de la prise V 1,52 [m /s]
Section de la prise 푆푃 5,1 [m2]
Largeur de la prise 푙푃 2,5 [m]
Hauteur de la prise 퐻푃 2 [m]
Perte de charge au niveau de la prise 훥ℎ푃푟 0,09 [m] Espacement entre les barreaux (grille moyenne) e 40 [mm] Épaisseur du barreau (section circulaire) d 10 [mm] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.3.2.1.3 Dimension du dessableur Tableau 56 : Dimensions du dessableur pour les variantes II et III
Désignations Notations Valeurs Unités 3 Débit d'équipement 푄푒 7,7 [m /s] Diamètre minimal de grain à piéger d 0,2 [mm]
Vitesse de translation 푉푇 0,24 [m/s] Profondeur du dessableur h 4 [m] Largeur du dessableur B 7,9 [m] Longueur du dessableur L 35 [m]
Vitesse critique de translation 푉푐푟 0,25 [m/s]
Hauteur de la vanne de purge ℎ푣푝 1 [m]
Largeur de la vanne 푏푣푝 1,1 [m]
Longueur du déversoir 퐿푇푃 17,1 [m] Hauteur du déversoir 퐻푇푃 0,4 [m] I.3.2.1.4 Canaux d’amenés pour les variantes II et III
Pour ces deux variantes les canaux d’amenés sont dimensionnés pour transiter un débit de 7,7 [m3/s]. Le dimensionnement du canal s’effectue à l’aide de la formule de Manning Strickler suivante [22] :
5 2 1 1 푆푐푎3 3 2 2 푄 = 퐾. 푆푐푎. 푅푐푎 . 퐼푐푎 = 퐾. 퐼푐푎 . 2 푃푐푎3
Avec :
Q : débit transité [m3/s] ; 99 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
퐼푐푎 : pente du fond [%] ;
푆푐푎 : section mouillée [m²] ;
푅푐푎 : rayon hydraulique ;
푃푐푎 : périmètre mouillé du canal [m] ;
K : coefficient de Strickler du canal qui est égale à 71 pour le béton et 53 pour la maçonnerie de moellons.
D’après cette expression, le débit accroît si le périmètre mouillé est petit et vice- versa. Théoriquement, le demi-cercle est la section optimale concernant la capacité hydraulique. En d’autres termes, toutes les formes de section qui circonscrivent un demi-cercle sont dites « optimales ». Mais la construction d’un canal en demi-cercle est très délicate sur le terrain, ainsi, on décide de choisir un canal rectangulaire ayant une section optimale du point de vue hydraulique.
√푠푐푎 En notant 푟퐹 = , appelé rayon hydraulique adimensionnel 푃푐푎
L’expression du débit devient :
1 4 2 2 3 3 푄 = 퐾. 퐼푐푎 . 푆푐푎. 푟퐹
Donc la capacité d’un canal augmente avec 푟퐹
Figure 24 : Forme de section « optimale » du point de vue hydraulique
Source : Anton Schleiss. Aménagements hydrauliques (Page 200).
▪ Perte de charge
Généralement, la perte qu’on trouve dans le canal est la perte de charge linéaire due aux frottements de l’eau sur la paroi interne du canal, exprimée par :
훥ℎ푐푎 = 퐽. 퐿푐푎
Avec :
100 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
J : perte de charge unitaire qui est égale à la pente du canal [m/m] ;
퐿푐푎 : longueur du canal [m].
Ce qui différencie les canaux de ces deux variantes en termes de structure est que pour la variante III, certains tronçons du canal sont constitués par des ponts- canaux en béton armé.
Tableau 57 : Caractéristiques des canaux d’amenés Désignations Notations Valeurs Unités VARIANTE II 3 Débit d'équipement 푄푒 7,7 [m /s] Coefficient de Strickler 퐾푚 53 Longueur canal 퐿푚 345 [m] Pente du canal 퐼푐푎 0,001 Rayon hydraulique adimensionnel 푟퐹 0,354 2 Section du canal 푆푐푎푚 5 [m ] Largeur du canal 푙푐푎푚 3,2 [m] Profondeur du canal ℎ푐푎푚 1,6 [m] Perte de charge 훥ℎ푐푎푚 0,345 [m] VARIANTE III 3 Débit d'équipement 푄푒 7,7 [m /s] Longueur canal en moellon 퐿푚 825 [m] 2 Section du canal en moellon 푆푐푎푚 5 [m ] Largeur du canal 푙푐푎푚 3,2 [m] Profondeur du canal ℎ푐푎푚 1,6 [m] Ponts-canaux 퐿푏 125 [m] Coefficient de Strickler 퐾푏 71 2 Section du canal en béton 푆푐푎푏 5 [m ] Largeur du canal en béton 푙푐푎푏 3 [m] Profondeur du canal en béton ℎ푐푎푏 1,5 [m] Perte de charge 훥ℎ푇 0,96 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.3.2.1.5 Chambre de mise en charge
Tableau 58 : Dimensions des chambres Valeurs Valeurs Désignations Notations Unités [Variante II] [Variante III] 3 Débit d'équipement 푄푒 7,7 7,7 [m /s] Hauteur de submersion ℎ푡 5,41 2,82 [m] Garde fond (tranche morte) ℎ푓 0,4 0,4 [m] Revanche R 0,4 0,4 [m] Rayon de succion R 3,82 2 [m]
101 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Valeurs Valeurs Désignations Notations Unités [Variante II] [Variante III]
Profondeur totale de la chambre 푃푐ℎ 7,41 5,47 [m] Largeur de la chambre 푙푐ℎ 8,85 5,84 [m] Longueur de la chambre 퐿푐ℎ 2 3,6 [m] Somme de pertes de charge 훥ℎ푐ℎ 0,36 0,3 [m] 3 Volume de la chambre 푉푐ℎ 131 115,5 [m ] Hauteur de la vanne de fond 퐻푣 1 1 [m] Largeur de la vanne 푙푣 1,1 1,3 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.3.2.1.6 Conduite forcée en acier
Comme on utilise deux turbines par variante, ainsi, à l’entrée de l’usine, la conduite principale se ramifie en deux. Leurs dimensions sont confinées dans le tableau suivant.
Tableau 59 : Caractéristiques des conduites forcées Valeurs Valeurs Désignations Notations Unités [Variante II] [Variante III] 3 Débit d'équipement 푄푒 7,7 7,7 [m /s] Longueur de la conduite forcée 퐿푐푓 28 350 [m]
Hauteur de la chute brute 퐻푏 18 21,5 [m] Coefficient de Manning n 0,012 0,012
Diamètre de la conduite principale 퐷푐푓푝 1,2 1,85 [m]
Longueur de la conduite secondaire 퐿푐푓푠 2 2 [m]
Diamètre de la conduite secondaire 퐷푐푓푠 1 1 [m]
Vitesse de l’eau dans la conduite 푉푐푓 6,8 2,84 [m/s]
Épaisseur optimale de la conduite 푒푐푓푝 7,2 11,1 [mm]
Pertes de charge dans la conduite 훥ℎ푐푓 2,5 2,90 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.3.2.1.7 Usine et canal de restitution
Pour les variantes II et III, la superficie de l’usine est la même. La localisation de la centrale est déterminée entre autres pour assurer que la centrale reste hors crues et pour obtenir une hauteur de chute brute la plus élevée possible avec une longueur de cheminement d’eau raisonnable offrant la solution la plus économique.
Un espace dans le bâtiment est prévu pour le bureau, la salle de contrôle, ainsi que la salle de stockage pour les pièces de rechange et des outillages. La hauteur de la centrale est gouvernée par la taille de la plus haute des pièces qui doit être manutentionnée et par les caractéristiques du pont roulant. Les dimensions de la centrale seront égales à 8 [m] de large, 12 [m] de long et 6 [m] de haut.
102 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Concernant le canal de restitution, le principe de dimensionnement est le même que celui du canal d’amené.
Tableau 60 : Caractéristiques des canaux de fuite Valeurs Valeurs Désignations Notations Unités [Variante II] [Variante III] 3 Débit à évacuer 푄푒 7,7 7,7 [m /s] Longueur 퐿푟 5 20 [m] Vitesse de l'eau 푉푒 1,2 1,2 [m/s] Pente des canaux 퐼푟 1 1 [‰] Coefficient de Strickler 퐾푚 53 53 Profondeur ℎ푟 1,8 1,8 [m] Largeur 푙푟 3,6 3,6 [m] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.3.3 Chute nette et puissance nette
En procédant aux mêmes étapes de calculs aperçues dans la variante I, on a trouvé une hauteur de chute nette de 14,7 et 17,25 [m], respectivement pour la variante II et la variante III.
Avec un débit d’équipement de 7,7 [m3/s], on obtient une puissance nette de 776,4 [kW] pour la variante II et de 911,1 [kW] pour celle de la variante III.
I.3.4 Productibles
La détermination des productibles pour les variantes II et III est la même que celle de la variante I vue dans la page 89.
Tableau 61 : Productibilités mensuelles pour les variantes II et III [MWh] Mois J F M A M J J A S O N D VARIANTE II P [kW] 776,4 776,4 776,4 776,4 488,5 337,3 254,8 213,5 131 103,6 433,5 776,4
푡푖 [h] 744 672 744 720 744 720 744 744 720 744 720 744 퐸푖 [MWh] 577,6 521,7 577,6 559 363,4 248,3 189,6 158,9 94,4 77 312,1 577,6
Mois J F M A M J J A S O N D VARIANTE III P [kW] 911,1 911,1 911,1 911,1 573,2 395,8 299 250,6 153,8 121,5 508,7 911,1
푡푖 [h] 744 672 744 720 744 720 744 744 720 744 720 744 퐸푖 [MWh] 677,8 612,2 677,8 656 426,5 285 222,4 186,4 110,7 90,4 366,3 677,8 Source : Auteur du rapport à partir des calculs. D’après ce tableau, nous en déduisons alors les productibles annuelles de ces deux variantes.
푬풂풏풏풖풆풍/풗풂풓풊풂풏풕풆 푰푰 = ퟒ ퟐퟓퟏ, ퟗ [푴푾풉]
103 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Et
푬풂풏풏풖풆풍/풗풂풓풊풂풏풕풆 푰푰푰 = ퟒ ퟗퟖퟗ, ퟒ [푴푾풉] I.3.4.1 Équipements électromécaniques
I.3.4.1.1 Turbine
I.3.4.1.1.1 Choix de la turbine
Pour les variantes II et III, on choisira d’équiper l’usine de deux turbines en parallèle avec les mêmes caractéristiques, d’où le débit turbiné pour chaque turbine sera égal à 3,85 [m3/s]. Pour une vitesse de rotation de 150 [tr/mn], en utilisant les Abaque 5 pour le choix de la turbine, ces informations nous permettent de choisir la turbine Banki (ou crossflow), la turbine Kaplan et la turbine Dive. Mais le régime de débits étant très variés, les turbines à réaction ne sont pas adaptées (rendement à charge partielle faible), d’où le choix la turbine Banki.
I.3.4.1.1.2 Éléments constitutifs de la turbine Banki
Généralement une turbine Banki est constituée de :
- Un injecteur de section rectangulaire dont le débit est réglé à l’aide d’une aube profilée rotative ; - Une roue en forme de tambour avec des pales en acier, dotée d’aubes cylindriques profilées ; - Un moyeu fixé à l’arbre de la turbine au moyen de deux pinces coniques ; - Un arbre qui tourne sur un coussin à sphère externe à la turbine et transmet le mouvement à l’arbre au moyen d’un multiplicateur de tours constitué par un couple de poulies dotées de courroie de transmission dentée bien protégée ; - Un bâti enveloppant la roue et sur lequel sont fixés les paliers de la turbine.
Tableau 62 : Caractéristiques fictives des turbines VARIANTE II VARIANTE III Désignations Valeurs Unités Désignations Valeurs Unités Nombre 2 Nombre 2 Rendement 0,8 Rendement 0,8 Puissance unitaire 444,2 [kW] Puissance unitaire 521,2 [kW] Vitesse de rotation 138 [tr/mn] Vitesse de rotation 165 [tr/mn] Vitesse spécifique 40 [tr/mn] Vitesse spécifique 43 [tr/mn] Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
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I.3.4.1.2 Alternateur Concernant le type d’alternateur, on utilise des générateurs asynchrones [5] triphasés car avec ces deux variantes, l’électricité produite sera connectée au réseau de la JIRAMA Antsohihy.
Les caractéristiques principales des générateurs sont résumées dans le tableau ci- dessous :
Tableau 63 : Caractéristiques fictives des générateurs Désignations Variante II Variante III Unités Nombre de pôles 6 6 Vitesse de rotation 1000 1000 [tr/mn] Fréquence 50 50 [Hz] Puissance active 408,6 479,5 [kW] Puissance apparente 454 532,8 [kVA] Puissance réactive 197,9 232,2 [kVAR] Puissance électrique nette 388,2 455,5 [kW] Tension triphasée 380 380 [V] Nombre d’appareils 2 2 Rendement 0,92 0,92 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
Comme dans la variante I, afin d’éviter le risque d’incendie, la destruction de l’isolation de la machine, ou autre dysfonctionnement, il est préférable d’utiliser un générateur ayant une puissance supérieure à celle de la turbine. [32]
I.3.4.1.3 Multiplicateur de vitesse
Le problème entre la turbine et l’alternateur réside dans la différence entre les vitesses de rotation. Pour résoudre ce problème, l’utilisation d’un multiplicateur s’avère nécessaire. Le but est donc de contrôler la vitesse de rotation transmise à installer entre le générateur et le multiplicateur de vitesse.
I.3.4.1.4 Transformateur, ligne de transport et réseau de distribution
Après la sortie de la centrale, on doit mettre en place un poste de transformation. La tension de service sera de 20 [kV].
Pour transporter l’énergie produite par la centrale, une ligne MT de 68 [km] et un réseau de BT de 14 [km] seront utilisés. [7]
5 Générateur asynchrone : Ce type de générateur ne peut délivrer sa puissance au réseau que si ce dernier est déjà alimenté par un (ou des) alternateur(s) qui génère(nt) une fréquence de 50 [Hz] dite de référence.
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I.3.4.1.5 Auxiliaires de la centrale
- Un pont roulant : il doit être dimensionné pour la partie la plus lourde à mettre en place dans la centrale. La capacité précise du pont roulant sera définie dans la prochaine phase du projet ; - Un dispositif d’exhaure des eaux parasites : il permet la récupération des fuites des joints d’arbres, des eaux de condensation et d’infiltration, éventuellement les eaux de retour des systèmes de réfrigération en boucle ouverte, etc. ; - Un transformateur d’alimentation des services internes : un transformateur MT/BT doit être prévu pour alimenter les services internes de la centrale, ainsi que les auxiliaires ; - Système de réfrigération : pour autant que cela soit nécessaire, un système de réfrigération doit être prévu pour chaque groupe de production afin de refroidir l’alternateur ; - Une armoire de commande et de contrôle : elle rassemble les fonctions essentielles de mesure, de contrôles, de commandes et de protections.
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CADRAGE ENVIRONNEMANTAL
II.1 Introduction
La réalisation d’une étude environnementale est une étape obligatoire et importante dans le processus d’un projet dans la mesure où elle a une grande influence sur les décisions d’investissement. Dans le présent chapitre, nous essaierons d’évaluer les impacts environnementaux qui pourraient exister à la suite de la réalisation des infrastructures d’aménagement du projet. Les objectifs de cette analyse sont donc de mettre en évidence les impacts probables du projet et de proposer les mesures d’atténuation ou de compensation afin de mieux assurer un développement durable.
L’étude comporte les étapes suivantes :
- Mise en contexte du projet ; - Textes réglementaires ; - Élaboration des différents impacts ; - Évaluation des impacts ; - Étude comparative des impacts ; - Analyse des risques et des dangers ; - Mesure d’atténuation ; - Plan de gestion environnementale.
II.1.1 Mise en contexte et description du projet
Dans le cadre de la politique énergétique du gouvernement malagasy, axée sur la promotion des sources d’énergie renouvelable, et réduction de la dépendance aux produits pétroliers, l’exploitation du potentiel hydroélectrique du pays est une des solutions envisageables pour résoudre les problèmes d'énergie auxquels Madagascar fait actuellement face. Cependant, le secteur hydroélectrique est encore très peu développé en milieu rural. Le bois et le pétrole sont pratiquement les seules ressources énergétiques des populations.
Par ailleurs, l’hydroélectricité est une énergie non polluante qui pourrait remplacer les énergies fossiles utilisées couramment dans le milieu rural malagasy (pétrole, gasoil, piles). Le développement de petite centrale hydroélectrique engendrera une diminution des rejets de gaz à effet de serre dans l’atmosphère et participera à l’amélioration des conditions de vie de la population. Le développement d’infrastructures hydroélectriques contribue donc à un développement durable.
II.1.2 Cadrage légal et règlementaire applicable au projet
Afin de mieux situer légalement ce projet, les textes règlementaires qui seront pris en compte pour sa réalisation seront présentés ci-après.
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II.1.2.1 Charte de l’environnement
La loi N°90.033 du 21.12.90 modifiée et complétée par les lois 97-012 du 06-06- 97 et 2004- 015 portant charte de l’environnement Malagasy définit notre politique nationale de l’environnement et le cadre général de son application. En son article 2, elle définit l’Environnement comme étant l’ensemble des milieux naturels et artificiels, y compris les milieux humains et les facteurs sociaux et culturels qui intéressent le développement national.
II.1.2.2 Décret MECIE
Les modalités d’application de l’article 10 de la charte ont été détaillées par le décret N°99.954 du 15.12.99 modifié par le décret 2004-167 du 03/02/2004 relatif à la mise en compatibilité des investissements avec l’environnement. Ce décret fixe, entre autres, les règles et les procédures à suivre par les promoteurs pour la mise en œuvre d’une étude d’impact environnemental.
II.1.2.3 Réforme du secteur de l’électricité
La loi N°98-032 du 20-01-99 stipule dans son article 4 que toute personne souhaitant exercer des activités de production doit obtenir au préalable, selon le niveau de puissance installée envisagé, soit une autorisation, soit une concession.
Les projets de loi N°26 /2017 et N°27 /2017 du 27 septembre 2017 portant respectivement « code de l’électricité » et « Fonds National de l’Énergie Durable » visent à donner des opportunités d’affaires et à favoriser la création de richesses pour les opérateurs. Il est maintenant possible que des opérateurs puissent acheter de l’énergie auprès des fournisseurs et la revendre par la suite aux consommateurs.
II.1.2.4 Code de l’eau
En référence à la loi N°98-029 du 20-01-99 portant code de l’eau, section I de l’utilisation hydroélectrique de l’eau, l’article 36 précise que des dispositions réglementaires définiront les conditions techniques d'aménagement des centrales hydroélectriques, lesquelles feront préalablement l'objet d'étude d'impact conformément à la charte de l’environnement.
II.1.2.5 Décret relatif à l’utilisation hydroélectrique de l’eau
Le décret N° 2003-942 relatif à l’utilisation hydroélectrique de l’eau précise dans son article 5 les dispositions générales auxquelles une concession ou une autorisation sont préalablement soumises : soit une Étude d’Impact Environnemental (EIE) ou un Programme d’Engagement Environnemental (PREE) conformément aux lois portant code de l’eau et charte de l’environnement.
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II.1.3 Élaboration des différents impacts
Ici, il est question de l’étude impacts (négatifs et positifs) de toutes les phases (conception, mise en place, exploitation, fermeture) sur les composantes physiques, biologiques et humaines. Les sources d’impacts comprennent toutes les activités susceptibles d’avoir un effet direct ou indirect sur un ou plusieurs éléments des milieux :
II.1.3.1 Impacts économiques
L’aménagement hydroélectrique de Marobakoly apportera un panel d’impacts économiques au niveau de localités concernées :
- Réduction de la facture énergétique. L’utilisation de l’énergie hydraulique pour l’éclairage, les appareils électroniques comme la radio diminuent les dépenses du ménage, contrairement à l’utilisation des bougies et des piles ; - La disponibilité de l’électricité fournie par l’hydro favorise l’apparition de nouvelles activités nécessitant de l’électricité, comme l’atelier de soudure, la décortiqueuse, la petite restauration utilisant des appareils électroménagers, etc. ; - Des emplois temporaires ou permanents sont créés pour les locaux ; - Accroissement du temps disponible, car la présence d’électricité permettra de travailler après la tombée du jour ; - L’arrivée de travailleurs en provenance d’autres régions offre un nouveau marché et une nouvelle clientèle pour les entrepreneurs et les commerçants.
II.1.3.2 Impacts sociaux
Les impacts sociaux de la mise en place d’une centrale hydroélectrique sont eux aussi multiples :
- Dans l’éducation : l’existence d’électricité à partir des énergies renouvelables permet d’utiliser des matériels comme les ordinateurs et les imprimantes pour améliorer l’éducation. À la maison un bon éclairage donnera aux élèves la possibilité de réviser et de faire leurs devoirs pendant la nuit ; - Sur la santé : l’électricité obtenue par les énergies renouvelables est utilisée pour conserver les vaccins et médicaments au froid ou à la température nécessaire ; - Sur la sécurité : l’éclairage public contribuera à la diminution des actes de banditisme ; - Au niveau de l’accès à l’information : la disponibilité de l’électricité favorisera l’éducation citoyenne et l’obtention d’information par l’audiovisuel ; - L’arrivée de travailleurs non permanents dans la communauté favorise l’apparition de la prostitution, multipliant les risques de prolifération de maladies transmissibles notamment les IST-SIDA. Elle peut aussi provoquer des conflits sociaux, induits par la différence de modes de vie et de coutumes ;
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- Maladies dues à la pollution de l’eau et de l’air ; - La circulation des engins qui risquent de provoquer des accidents.
II.1.3.3 Impacts environnementaux
II.1.3.3.1 Impacts sur l’eau
Ce sont :
- Les déchets liquides ou solides en lien avec les activités de construction ou celles des employés qui détériorent la qualité de l’eau ; - Diminution du débit dans la section court-circuitée du fleuve.
II.1.3.3.2 Impacts sur la faune et la flore
Ce sont :
- Les eaux de ruissellement provenant des zones d’excavations et les eaux usées des bâtiments des travailleurs qui risquent d’être contaminées jusqu’au fleuve détériorent l’écosystème aquatique ; - La présence humaine accrue dans la région réduit le confort des animaux dans leurs milieux naturels.
II.1.3.3.3 Impacts sur le sol et l’air
- Durant la construction, le sol est compacté, creusé et dénudé. La déforestation qui y est associée entraîne un assèchement du sol et augmente les risques d’érosion par le vent et la pluie ; - La construction de projet génère des déchets solides et liquides. Or ces déchets risquent de contaminer le sol ; - Concernant la qualité de l’air, les activités de construction telles que la préparation des chantiers, l’excavation et le va-et-vient des camions lourds soulèvent la poussière de la route sur leur passage et contaminent l’air.
II.1.3.3.4 Évaluation des impacts
L’évaluation consiste à donner à chaque impact un ordre de grandeur en termes d’intensité, de portée et de durée.
II.1.3.3.4.1 Intensité
L’intensité de la perturbation est catégorisée en 3 degrés :
- « Forte » : si l’impact met en cause l’intégrité de l’élément de l’environnement. Son dynamisme est changé entièrement ; - « Moyenne » : si l’impact réduit quelque peu la qualité de l’élément environnemental ;
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- « Faible » : si l’impact n’entraîne pas trop de modifications à l’intégrité de l’élément.
II.1.3.3.4.2 Portée ou étendue
L’étendue correspond à la portée spatiale de l’impact. On la prend en compte sur 3 niveaux géographiques :
- « Régionale » : si l’impact est ressenti par une part importante de la population. C’est-à-dire qu’il couvre l'ensemble de la zone d’étude ; - « Locale » : si l’impact est ressenti par une portion limitée de la zone d’étude ; - « Ponctuelle » : si l’impact est ressenti par une part minoritaire de la population.
II.1.3.3.4.3 Durée
Il s’agit de la portée temporaire de l’impact qui se répartit en 3 niveaux :
- « Permanente » : quand l’effet est ressenti pendant une période longue ou indéterminée ; - « Temporaire » : quand l’effet est ressenti pendant une période déterminée à l’échelle du temps d’une phase du projet ; - « Occasionnelle » : quand l’effet est ressenti de façon intermittente pendant une courte durée.
Et après les analyses et les combinaisons de ces trois (3) critères sur le milieu considéré, nous pouvons juger et catégoriser l’importance des impacts :
- « Mineur » : si l’impact n’entraîne pas trop de modifications à l’intégrité de l’élément environnemental ; - « Moyen » : si l’impact réduit quelque peu la qualité de l’élément environnemental ; - « Majeur » : si l’impact met en cause l’intégrité de l’élément de l’environnement.
Et selon le type auquel il appartient, un impact peut être positif direct ou indirect (amélioration) ou négatif direct ou indirect (perturbation).
Tableau 64 : Grille d’interrelation de critère et d’importance Intensité Portée Durée Importance Type d'impact Occasionnelle : Faible : [1] Locale : [1] Mineure : [3-4] [1] Positif direct : [D+] Positif indirect : [I+] Moyenne : [2] Zonale : [2] Temporaire : [2] Moyenne : [5-7] Négatif direct : [D-] Négatif indirect : [I-] Forte :[3] Régionale : [3] Permanente : [3] Majeur : [8-9] Source : RANDRIAMAHERISOA Alain, 2018. Cours d’EIE [28]
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Tableau 65 : Évaluation des impacts d'aménagement hydroélectrique de Marobakoly Analyse Type Impacts identifiés Importance Intensité Portée Durée d'impact Bruit 2 1 1 Mineur D- Pollution de l'eau et de l'air 1 1 1 Moyen D- Risques d'accident 3 2 3 Majeur D- Déboisement (destruction ou modification du couvert végétal) et 3 2 2 Majeur D- érosion Maladie (due à la pollution de l’eau, 3 3 3 Majeur D- de l’air ; MST) Santé 3 3 3 Majeur D+ Développement économique 3 3 3 Majeur D+ Sécurité, prospérité 3 3 3 Majeur D+ Création d'emplois permanents ou 3 3 3 Majeur D+ non permanents Modification du régime hydraulique 1 1 1 Moyen D- Changement de la qualité de l'eau 1 1 1 Mineur D- Perturbation de la circulation 1 2 1 Mineur D- Amélioration de la condition de vie du 3 3 3 Majeur D+ foyer Modification du paysage 2 1 1 Mineur I- Compaction du sol 1 2 1 Mineur I- Réduire l'émission du CO2 3 3 3 Majeur I+ Réduction de facture d'énergie 3 3 3 Majeur D+ Réduction d’utilisation des énergies 3 3 3 Moyen D+ fossiles II.1.4 Études comparatives des impacts
La mise en œuvre du projet n’engendrera pas sur le plan environnemental des impacts négatifs significatifs au point de compromettre sa réalisation. L’étude a révélé quelques impacts négatifs dont les mesures d’atténuation sont proposées dans un paragraphe ultérieur.
En effet, les impacts de la réalisation de l’ouvrage sont globalement positifs, et les bénéfices sur l’homme et son environnement sont de loin supérieurs aux impacts négatifs.
II.1.5 Analyse des risques et des dangers
La réalisation du projet peut provoquer des risques et des dangers. Ce sont :
- Les accidents ;
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- Les dangers pour l’environnement (incendie) ou sur la santé publique (maladie) ; - Le glissement, l’érosion et la dégradation du terrain.
Dans ce cas, le promoteur doit présenter un plan des mesures de sécurité et d’urgence (systèmes de surveillance, de lutte contre les incendies, de moyen d’entreposage) de produits dangereux comme le liquide inflammable, de sécurité des travailleurs et des zones à risques identifiées.
II.1.6 Mesures d’atténuation
Afin de réduire les impacts qui n’ont pu être évités lors de la construction du projet, des mesures d’atténuation doivent être prises en considération.
➢ Mesure à prendre pour diminuer la pollution de l’eau : - Les matériaux utilisés pour les batardeaux seront exempts de particules fines afin d’éviter leurs dispersions dans l’eau ; - On évite de jeter les déchets solides ou liquides dans le fleuve ; - Reboiser avec des espèces indigènes à l’intérieur du bassin versant. ➢ Mesure à prendre pour alléger les bruits et la pollution de l’air : - Afin d’assurer que le bruit provoqué par les matériels utilisés soit à son minimum, les camions-bennes pour le transport de matériels, le groupe électrogène, les explosifs, les véhicules et la machinerie seront vérifiés régulièrement et les dynamitages restreints aux heures de jour ; - Afin de limiter la poussière des véhicules lourds circulant sur les routes, ces dernières seront arrosées à l’aide d’un camion-citerne. ➢ Mesure à prendre pour le risque d’accidents de circulation : - Informer la population sur la tenue du projet ; - Limiter la vitesse de croisière en passage des zones habitées ; - Installer des panneaux de signalisation. ➢ Mesures à prendre concernant les déchets solides et liquides : - Les déchets solides et liquides, tels que les sacs plastiques, les restes de nourriture, les déchets végétaux, les déchets humains, les eaux usées et autres, seront pris en charge. Par exemple, des poubelles seront placées aux endroits stratégiques. Après, on les enterre ou on les brûle dans un endroit adéquat ; - Les déchets végétaux biodégradables seront utilisés comme engrais (compost) ou feu de bois ; - Enfin, des toilettes normalisées pour les employés et les visiteurs seront installées loin du cours d’eau.
➢ Mesure à prendre pour minimiser l’érosion : - Des barrières à sédiment seront installées sur le sol à risque d’érosion ; - Limiter les travaux du sol (décapage, excavation, remblayage) au minimum nécessaire.
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➢ Mesures à prendre concernant les végétations : - À la fin des travaux, les aires de construction seront reboisées avec des espèces indigènes ; - Limiter le défrichement en dehors de la surface requise. ➢ Mesure à prendre pour le régime hydrologique - On doit toujours garder un débit réservé pour le maintien de l’écosystème. ➢ Mesures à prendre pour réduire les pertes des animaux : - Mise en place d’un programme de protection des espèces faunistiques ; - Protection des habitats des espèces faunistiques.
II.1.7 Établissement du Plan de Gestion Environnementale (PGE)
Le PGE est un programme qui constitue la base du Cahier de Charge Environnementale (CCE) du promoteur. Il s’agit d’un outil qui aidera le promoteur du projet à prendre en compte la dimension environnementale pendant toute la durée de vie de son projet. Il assurera la surveillance et le suivi des études environnementales durant la réalisation et après la fermeture du projet.
II.2 Fiche de tri de la variante retenue
Toutes les informations générales sur les promoteurs et le projet doivent être mentionnées sur la fiche de tri, un dossier que l’on doit soumettre à l’ONE afin que ce dernier puisse évaluer si le projet doit subir une EIE ou un PREE. Si le projet nécessite une EIE, une évaluation environnementale doit être effectuée selon la charte de l’environnement.
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Tableau 66 : Fiche de tri de la variante retenue.
1. INFORMATIONS GÉNÉRALES SUR LE PROJET
Interlocuteur de la Société avec Responsable de la société l’ONE
Nom et Prénoms Razafintsalama Solofonirina Luc
Fonction Gérant
Contact 034 01 376 01
Société Créée OUI NON
Société6 SRAFI SASarlEntreprise individuelle
(Dénomination et forme juridique) Association ou ONG Autre (à préciser)
Lot PRES 2H 108 bis Tsarasaotra Adresse Soavimasoandro ; 101 ANTANANARIVO
Boite postale
Coordonnées de Téléphone 034 01 376 01 la Fax Société/Entrepris e E-mail [email protected]
Site web
Lot PRES 2H 108 bis Tsarasaotra Siège social Soavimasoandro ; 101 ANTANANARIVO
Localité Marobakoly
Fokontany Ambalavelona Bas
Commune Urbaine Rurale Antsahabe Lieu d’implantation du District Antsohihy projet Région SOFIA
CENTRALE Marobakoly : Coordonnées géographiques 48°15’36’’E ;14°51’25’’
2. SITUATION ADMINISTRATIVE DU PROJET
INTITULE DU PROJET : Aménagement hydroélectrique de Marobakoly sur le fleuve d’Anjingo.
6 À remplir pour les sociétés déjà créées. 115 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
MINISTÈRE DE TUTELLE: MINISTÈRE DE L’ÉNERGIE, ET DES HYDROCARBURES
Est-ce que le Projet est en phase d’étude de faisabilité : OUI NON
Type d’autorisations requises :
Communale Sectorielles (à énumérer) : Concession
Montant (prévisionnel) de l’investissement : 1042109,28 Euros
3. DESCRIPTION DU PROJET
Moyens Désignation Dimension/Superficie/longueur/nombre Affectation d’exploitation
Pour la Bâtiment Un bâtiment de 5,3 [m] x 4,2 [m] centrale
Transport des Route/piste 300 [m] de piste à construire matériaux
Infrastructures Autres à mettre en aménagements (à place spécifier)
Déflecteur de 90 [m] de long et 0,9 [m] de Déflecteur Hydroélectricité hauteur type seuil CREAGER
Conduite en acier DN 800 ;18 [m] de Alimentation de Conduite forcée longs la centrale
Turbine Une turbine Dive Production d’énergie
Matériels et Poteaux (bois et Support des équipements béton) câbles
Câbles électriques 58 [km] de MT + 11,5 [km] de BT Moyenne et basse tension
Permanent Ressources humaines Temporaire
Quantité/Volume Ressources utilisées et produites Nature Fréquence (mensuel/annuel)
Matières premières
t
tr
In an
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202,6 [kW], 24h/24 et 10 Énergie Hydroélectrique mois/12
Eau : source de prélèvement Fleuve d’Anjingo 2,6 [m3/s]
Autres produits (exemple : produits Non chimiques, biologiques)
291 [MWh] en première Produits Électricité année de mise en service
Sous-produits
Effluents liquides Non
Extrant Déchets solides Non
Émission atmosphérique (exemple : Non fumées, poussières, gaz)
4. DESCRIPTION DU MILIEU D’IMPLANTATION
a) Situation foncière (pièce justificative à fournir si possible) : b) Plan d’occupation du sol (à fournir si possible) c) Utilisation actuelle du terrain : Distance par Observations Description rapport au projet particulières Village d’Ambalavelona 1,9 [km] 5 villages repartis 3 Bas au Sud-Est du site de communes rurales seront Zones d’habitation les plus Marobakoly électrifiés par la centrale de proches Marobakoly
• 0-500 m • 500 m à 2 kms Les autres villages cibles Plus de 13 [km] • 2 kms et plus du projet se situent à plus de 13 [km] de la centrale
Plan d’eau (marécage, étang, Fleuve d’Anjingo En aval de la centrale rivière, lac, mer) le plus proche
La végétation est Adjacente au constituée par une fleuve de formation des formations Marobakoly de savanes, plus de la moitié de sa superficie est couverte de savanes Forêts naturelles existantes arborées. Dans la région basse du bassin, les terrains sont formés par des graminées comme le « Kofafa » (Aristida), l’« Ahidambo » (Heteropogon Cont) et le « Fatakana »
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(Panicum), colonisant les pourtours des collines. Les bas-fonds sont occupés par les « Ahipisaka ». Le long des cours d’eau est jalonné par les manguiers et les « Sohihy ». La région haute est constituée par des forêts ombrophiles de type oriental comme les Aristida, les Philipia, les « Anjavidy » et les fougères.
Forêts de reboisement Non
Aire protégée Oui 2 [km] Réserve de Bôra
Sites cultuels, culturels, Non archéologiques, paléontologiques, historiques. Tombeaux
Zone industrielle, zone de Non développement, zone urbaine, périphérie, zone enclavée.
Autres (ex : Existence d’une Non autre activité dans la même zone d’intervention du projet)
Enjeux particuliers Description succincte
Gestion de la ressource en eau Gestion durable de la ressource en eau
Atteinte à la biodiversité Pas d’atteinte particulière à la biodiversité. Un débit de réserve d’environ 0,7.DCE est à laisser pour l’écosystème entre le déflecteur et la centrale
Érosion du sol Pendant l’installation de chantier :
Perturbation/érosion des sols et dépôt de sédiments. La mise à nu du sol conjugué au mouvement physique risque de fragiliser le sol et de stimuler le phénomène d’érosion.
Pendant la phase de construction :
Fragilisation et éventuellement érosion de la piste selon le niveau de chargement des véhicules ;
Pendant la phase d’exploitation :
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Enjeux particuliers Description succincte
Fragilisation des berges et des versants surtout en amont du Déflecteur en période de crue.
Ensablement Risque faible : Augmentation de charges solides et de dépôt d’alluvion en aval surtout en période de crue.
Pollutions diverses Non
Risque et danger Risque faible : À gérer pendant les phases de construction et exploitation
Aspects sociaux Développement socioéconomique importante de la zone cible
Changement climatique Réduction considérable de l’émission des GES, en utilisant la ressource d’énergie renouvelable
CRITERES CONSIDERES OUI NO OBSERVATIONS/PRECISIONS N
1. Le site bénéficie-t-il d’un statut spécifique X Domanial
(domanial, propriété privée, zone de reboisement, réserve foncière…)
2. Les conditions règlementaires sont-elles X Acquisition d’autorisation Aspects
juridiques remplies (autorisation communale, communale en cours aménagement du territoire, etc.) 1. Dépendances envers les ressources locales X L’eau utilisée sera restituée
X Un système de partage de l’eau à
2. Autres usages possibles du site mettre en place pour l’irrigation et l’écosystème entre le barrage et la centrale
3. Milieux sensibles affectés
- mangroves x
- récif / écosystème marin / littoral (côte) x
- forêt tropicale x
Informationsenvironnementales - zones marécageuses x
- zone de conservation x
X 1. Le projet est-il accepté par la population ?
2. Le projet est-il viable ? X
3. Le projet fait-il partie d’un plan / politique / X sur le sur projet Informations programme ?
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CRITERES CONSIDERES OUI NO OBSERVATIONS/PRECISIONS N
4. Les sites d’extraction de matériaux de construction ont-ils été identifiés ? X
5. Un calendrier a-t-il été fixé ? X
1. Le projet comporte-t-il des impacts déjà connus ? X Impact socioéconomique importante
2. Y aura-t-il de soustraction importante de X ressources naturelles utilisées par la population ? 3. L’occupation du sol sera-t-elle modifiée ? X Implantation des ouvrages hydrauliques (Déflecteur, chambre de mise en charge, conduite, bâtiment de la centrale…)
4. Existe-t-il des impacts prévisibles sur la santé X Amélioration de la santé humaine (humaine) 5. Le projet est-il objet d’un conflit ? (ex : plainte des X
Impactspotentiels riverains) 6. Y aura-t-il de soustraction de ressources utilisées X par la population ? 7. Prévoit-on un nombre important de X bénéficiaires ? 8. Impacts cumulatifs et résiduels X
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121 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
ÉTUDES ÉCONOMIQUES DES VARIANTES
I.1 Objectif
L’objectif de l’analyse économique est de déterminer l’alternative d’aménagement et d’équipement du site de Marobakoly la plus pertinente d’un point de vue économique.
I.2 Évaluation des dépenses
Les différentes dépenses générées par le projet s’obtiennent à partir des :
- Coûts d’investissement (CAPEX) ; - Charges d’exploitation (OPEX).
I.2.1 Coûts d’investissements ou le CAPEX
Le CAPEX (CApital EXpenditure) regroupe les coûts de travaux du génie civil, des équipements électromécaniques et les lignes et des travaux d’ingénierie. L’estimation des coûts de travaux du génie civil, le transformateur et les lignes de transports (MT et BT) a été basée sur les sous détails de prix proposé par le bureau d’études AIDER. Concernant le coût de la turbine Dive, son prix a été obtenu auprès du constructeur [7]. Pour les vannes, les prix sont tirés du catalogue de « Bayard by Talis ».
Tableau 67 : Coûts d’investissement des variantes Désignations Montant (Ariary) Montant (USD [8]) VARIANTE I 1- Installation et repli de chantier 15 319 500 4 098 2- Génie civil 491 129 700 131 380 3- Conduite forcée 103 626 500 27 721 4- Bâtiment de la centrale 55 637 500 14 883 5- Équipements électromécaniques 1 080 102 600 288 934 6- Ligne électrique et réseau de distribution 1 681 750 700 449 879 7-Ingenierie 110 000 000 29 426 8- Piste d’accès 3 000 000 803 Total (HT) 3 540 566 500 947 124 Total (TTC) 4 248 679 800 1 136 549 VARIANTE II 1- Installation et repli de chantier 61 278 000 16 392 2- Génie civil 3 741 976 900 1 001 002 3- Conduite forcée 660 718 700 176 746 4- Bâtiment de la centrale 155 551 800 41 611
7 www.2ei-industries.com ; 8 1USD = 3738,23 Ariary (taux d’échange le 18/09/2019 (https://www.moov.mg/vie-pratique/cours-de-change ).
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Désignations Montant (Ariary) Montant (USD) VARIANTE II 5- Équipements électromécaniques 2 408 072 200 644 174 6- Ligne électrique et réseau de distribution 3 233 175 500 864 895 7-Ingenierie 366 807 000 98 123 8- Piste d’accès 300 000 000 80 252 Total (HT) 10 927 580 200 2 923 196 Total (TTC) 13 113 096 300 3 507 836 VARIANTE III 1- Installation et repli de chantier 30 639 000 8 196 2- Génie civil 5 200 185 000 1 391 082 3- Conduite forcée 1 769 636 100 473 389 4- Bâtiment de la centrale 155 551 800 41 611 5- Équipements électromécaniques 2 408 072 200 644 174 6- Ligne électrique et réseau de distribution 3 459 239 800 925 368 7-Ingenierie 591 524 000 158 236 8- Piste d’accès 50 000 000 13 375 Total (HT) 13 664 848 000 3 655 433 Total (TTC) 16 397 817 600 4 386 519 Source : Auteur du rapport.
Le coût du kW installé est défini par le coût d’investissement pour la production hors ligne de transport par unité de puissance. Les coûts d’investissements hors ligne des variantes I, II et III sont respectivement de 1 858 815 800 Ariary, 7 694 404 600 Ariary et de 10 205 608 100 Ariary pour les puissances installées de 202,6 [kW], 776,4 [kW] et 911,1 [kW]. Par conséquent, en tenant compte du coût de change de 3738,23 Ariary égal à 1 USD, on trouve 2 500 USD, 2700 USD et 3000 USD par kilowatt installé.
Plan des investissements
Les pourcentages des subventions sont donnés à titre indicatif. Nous rappelons que dans un projet de construction d’une centrale hydroélectrique, la subvention gagnée par le promoteur varie suivant le coût d’investissement du projet. Plus le coût d’investissement est élevé, plus le pourcentage de la subvention est faible et vice- versa. Pour simplifier, nous avons choisi d’appliquer pour chaque variante une subvention égale à 85% de la somme d’investissement de la variante I, ce qui est équivalent à 3 611 377 800 Ariary.
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Tableau 68 : Caractéristiques proposées pour le plan de financement Désignation Montant (ariary) Montant (USD) Pourcentage VARIANTE I Investissement 4 248 679 800 1 136 549 100% Fond propre/emprunt 637 302 000 17 0482 15% Subvention demandée 3 611 377 800 966 066 85% VARIANTE II Investissement 13 113 096 300 3 507 836 100% Fond propre/emprunt 9 501 718 400 2 541 769 72% Subvention demandée 3 611 377 800 966 066 28% VARIANTE III Investissement 16 397 817 600 4 386 519 100% Fond propre/emprunt 12 786 439 700 3 420 453 78% Subvention demandée 3 611 377 800 966 066 22% Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
I.2.2 Coûts d’exploitations (OPEX)
Les dépenses d’exploitations, abrégées en OPEX (Operational EXpenditure), sont des charges supportées par une entreprise pour les besoins de son activité. L’OPEX varie en fonction de la taille et des caractéristiques de la centrale.
I.2.2.1 Coûts de fonctionnements
Elles concernent généralement :
- L’Achat des fournitures (papier, stylo) ; - Les frais de personnels (techniciens, gardiennage, Agents, et comptabilité) ; - Le déplacement et la communication ; - Les assurances (responsabilité civile, risque industriel, incendie) ; - Les impôts et les taxes ; - L’amortissement.
I.2.2.2 Frais de personnels
Ce sont les charges salariales, les cotisations aux divers organismes sociaux tels que la prévoyance sociale (13% du salaire), l’assurance (1,25% du salaire) et organismes de santé (5% du salaire).
Compte tenu de l’inflation, on prévoit une augmentation des salaires mensuels de l’ordre de 5% par an. Au début de l’exploitation, on a les estimations suivantes.
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Tableau 69 : Rémunération mensuelle
Variante I Variante II et III Salaire/per Fonctions Effectifs Effectifs [Ariary] Chef d’agence 700 000 1 1 Agent comptable 400 000 1 1 Secrétaire administratif 300 000 1 1 Ingénieur électromécanicien 850 000 1 Technicien 500 000 2 3 Agent de quart 250 000 3 5 Agent de ligne 250 000 2 4 Gardien 200 000 2 2 Source : Auteur du rapport (données à titre indicatif).
I.2.2.3 Coûts de maintenance et entretien
Il faut prévoir une somme annuelle pour la maintenance et l’entretien. Les pourcentages de coûts d’entretien et de maintenance sont résumés dans le tableau suivant.
Tableau 70 : Coûts de maintenance et d’entretien
Désignations Pourcentage du coût d'entretien 1% du coût d'investissement au Génie Civil GC 2,5% du coût d'investissement Équipement électromécanique au EM Ligne électrique 1% du coût de la ligne 40% du coût du matériel Moto, matériels informatiques informatique et de la moto Source : Anisca, Simulation de l’analyse financière de la PCH de Mandalobe. [29]
I.2.2.4 Amortissement
L'amortissement est la constatation comptable et annuelle de la perte de valeur des actifs d'une entreprise subie du fait de l'usure, du temps ou de l'obsolescence. Il sert, en fait, à pouvoir renouveler les actifs quand leur durée de vie sera atteinte.
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Tableau 71 : Plan d’amortissement Désignation Duré [ans] Taux [%] Installation et repli de chantier 5 20 Génie civil 20 5 Équipements 20 5 électromécaniques Lignes électriques 20 5 Moto 5 20 Matériel informatique 5 20 Mobilier 10 10 Source : 3ERAE, 2014. APS d’Andriamanjavona [30]
I.3 Recette d’exploitation
La recette d’exploitation est obtenue en multipliant le prix de vente par la somme des énergies vendues.
I.4 Étude de la rentabilité du projet
Pour connaitre la rentabilité du projet, on détermine les paramètres suivants : la VAN, le TRI, le LCOE et le délai de récupération.
I.4.1 Valeur actuelle nette (VAN)
La valeur actuelle nette est égale à la valeur actuelle des recettes futures, actualisée à un coût d’accès au capital (taux d’actualisation), diminuée de la valeur actuelle du coût d’investissement. La formule pour calculer la VAN est la suivante :
푖=푛 퐶퐹푖 푉퐴푁 = −퐼푖 + ∑ 푖 푖=1 [1 + 푟]
Avec
퐼푖 : investissement de la période i ;
푛 : nombre d’années prises en compte (durée de vie du projet, n = 20 ans) ;
퐶퐹푖 : Cash-flow à la période i ;
푟 : taux d’actualisation, on prend r est égal à 12%.
I.4.2 Taux de rentabilité interne (TRI)
Le taux de rentabilité interne est le taux d’actualisation pour laquelle la valeur actuelle nette est égale zéro (VAN=0).
La formule est donc :
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푖=푛 퐶퐹푖 푉퐴푁 = −퐼푖 + ∑ 푖 = 0 푖=1 [1 + 푟]
푟 : la valeur de TRI à rechercher.
I.5 Coût actualisé de l’énergie (LCOE)
Sur la base des coûts d’investissements (CAPEX), des coûts d’exploitations (OPEX) et du productible, le coût actualisé de l’énergie (LCOE) est défini de la façon suivante : 푉퐴푁[퐶푎푝푒푥 + 푂푝푒푥] 퐿퐶푂퐸 = 푉퐴푁 [퐸푛é푟푔𝑖푒 푝푟표푑푢𝑖푡푒] Avec 푣푎푙푒푢푟 VAN est la valeur actualisée nette qui est définie de la sorte : 푉퐴푁(푣푎푙푒푢푟) = ∑ 푖 푖 [1+푛]푖 où n est le taux d’actualisation qui est égale à 12%.
Tableau 72 : Critères de rentabilités Désignations Valeur VARIANTE I VAN 378 526 217 Ar TRI 14% LCOE 0,15 USD Durée de récupération 8 ans VARIANTE II VAN - 573 744 428 Ar TRI 10,9% LCOE 0,3 USD Durée de récupération 10 ans VARIANTE III VAN -1 774 969 794 Ar TRI 9,5% LCOE 0,7 USD Durée de récupération 11 ans Source : Auteur du rapport à partir des simulations sur Excel.
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Tableau 73 : Analyse de la marge brute d’autofinancement
Frais de Taux de non Recette Location du maintenance, Charge Frais Dotation à Impots sur le Cash flow Cash flow actualisé Cash flow cumulé Investissement Energie vendue Coût du branchement Redevance fixe recouvrement Assurance Variante Année d'exploitation compteur réparation, personnelle d'éxploitation l’amortissement revenu normale [Ar] taux d'actualisation [Ar] [Ar] [KWh] [Ar] [Ar] Creances [Ar] [Ar] [Ar] d'entretien [Ar] [Ar] [Ar] (24%) 12% douteuses [Ar] 4 248 679 817 800 Ar 2 500 Ar 1 000 Ar 637 301 973 4 000 Ar 2019 3611377845 262 712 210 169 984 6 215 400 97 810 595 2 405 520 29 304 742 57 955 500 18 000 001 177 233 711 1 050 850 5 044 080 15 363 028 28 012 615 25 011 263 25 011 263 2020 344 810 275 848 104 8 379 164 33 816 017 3 217 026 29 304 742 62 533 985 10 000 000 177 233 711 1 379 241 6 620 354 13 005 187 34 188 278 27 254 686 52 265 949 2021 410 488 328 390 600 10 934 230 40 358 800 4 222 492 29 304 742 65 660 684 10 000 000 177 233 711 1 641 953 7 881 374 26 924 078 92 183 658 65 614 507 117 880 456 2022 426 908 341 526 224 12 273 455 21 102 075 4 743 782 29 304 742 68 943 718 10 000 000 177 233 711 1 707 631 8 196 629 25 022 185 84 259 105 53 548 184 171 428 640 V 2023 492 586 394 068 720 14 147 076 29 378 966 5 457 230 29 304 742 72 390 904 10 000 000 177 233 711 1 970 344 9 457 649 39 046 714 142 694 642 80 968 772 252 397 412 A 2024 525 425 420 339 968 16 362 447 35 123 127 6 343 379 29 304 742 76 010 449 10 000 000 170 769 811 2 101 700 10 088 159 47 974 574 179 894 060 91 139 929 343 537 342 R 2025 541 844 433 475 592 17 997 294 25 854 136 6 990 118 29 304 742 79 810 971 10 000 000 170 769 811 2 167 378 10 403 414 48 446 597 181 860 823 82 264 601 425 801 942 I 2026 558 264 446 611 216 19 668 013 26 488 059 7 658 405 29 304 742 83 801 520 10 000 000 170 769 811 2 233 056 10 718 669 51 263 495 193 597 895 78 190 943 503 992 885 A 2027 574 684 459 746 840 21 294 107 25 780 546 8 308 843 29 304 742 87 991 596 10 000 000 170 769 811 2 298 734 11 033 924 53 695 567 203 731 529 73 467 632 577 460 517 N 2028 607 523 486 018 088 23 154 580 29 366 083 9 038 632 29 304 742 92 391 176 10 000 000 170 769 811 2 430 090 11 664 434 60 244 111 231 017 129 74 381 333 651 841 849 T 2029 623 942 499 153 712 24 303 932 18 222 164 9 498 373 96 574 771 97 010 735 10 000 000 170 769 811 2 495 769 11 979 689 43 763 378 162 347 407 46 671 000 698 512 849 E 2030 640 362 512 289 336 25 459 396 18 319 043 9 960 558 96 574 771 101 861 271 10 000 000 170 769 811 2 561 447 12 294 944 46 071 861 171 966 089 44 139 412 742 652 261 2031 656 781 525 424 960 26 600 087 18 084 845 10 416 835 96 574 771 106 954 335 10 000 000 170 769 811 2 627 125 12 610 199 48 237 717 180 990 487 41 478 348 784 130 609 I 2032 673 201 538 560 584 28 615 202 31 948 210 11 222 881 96 574 771 112 302 052 10 000 000 170 769 811 2 692 803 12 925 454 54 019 677 205 081 988 41 963 838 826 094 447 2033 689 620 551 696 208 29 873 761 19 953 542 11 726 304 96 574 771 117 917 154 10 000 000 170 769 811 2 758 481 13 240 709 53 277 333 201 988 889 36 902 615 862 997 062 2034 706 040 564 831 832 31 213 371 21 238 563 12 262 149 96 574 771 123 813 012 10 000 000 170 769 811 2 824 159 13 555 964 55 681 967 212 008 198 34 583 130 897 580 192 2035 722 459 577 967 456 33 442 313 35 338 271 13 153 725 96 574 771 130 003 663 10 000 000 170 769 811 2 889 837 13 871 219 61 390 192 235 792 465 34 341 838 931 922 030 2036 755 298 604 238 704 34 426 448 15 602 750 13 547 379 96 574 771 136 503 846 10 000 000 170 769 811 3 021 194 14 501 729 61 546 543 236 443 931 30 747 072 962 669 102 2037 755 298 604 238 704 35 393 402 15 330 363 13 934 161 96 574 771 143 329 038 10 000 000 170 769 811 3 021 194 14 501 729 60 168 021 230 700 087 26 785 843 989 454 945 2038 771 718 617 374 328 37 331 824 30 732 293 14 709 529 96 574 771 150 495 490 10 000 000 170 769 811 3 086 872 14 816 984 65 856 971 254 404 047 26 373 245 1 015 828 190 11 739 964 9 391 971 160 457 085 502 589 848 447 178 817 321 1 258 795 134 1 967 681 097 208 000 001 3 447 715 715 51 715 736 225 407 308 930 999 197 3 463 163 319 1 015 828 190 11 833 459 943
Taux de non Recette Location du Coût du Frais de maintenance, Charge Frais Dotation à Impots sur le Cash flow Cash flow actualisé Cash flow cumulé Investissement Energie vendue Redevance fixe recouvrement Assurance Variante Année d'exploitation compteur branchement réparation, d'entretien personnelle d'éxploitation l’amortissement revenu normale [Ar] taux d'actualisation [Ar] [Ar] [KWh] [Ar] Creances [Ar] [Ar] [Ar] [Ar] [Ar] [Ar] [Ar] [Ar] (24%) 12% douteuses 13 113 096 256 2 500 1 000 9 501 718 411 800 4 000 2019 3 611 377 845 3 188 892 2 551 113 600 6 215 400 97 810 595 2 405 520 131 130 963 91 584 000 30 000 001 487 569 371 106 301 805 9 239 051 446 812 782 1 354 907 142 1 209 738 520 1 209 738 520 2020 3 188 892 2 551 113 600 8 379 164 33 816 017 3 217 026 131 130 963 98 819 136 20 000 000 487 569 371 103 861 032 9 239 051 428 617 501 1 317 288 753 1 050 134 529 2 259 873 048 2021 3 188 892 2 551 113 600 10 934 230 40 358 800 4 222 492 131 130 963 106 625 848 20 000 000 487 569 371 104 265 165 9 239 051 429 071 694 1 318 727 031 938 643 853 3 198 516 901 2022 3 188 892 2 551 113 600 12 273 455 21 102 075 4 743 782 131 130 963 115 049 290 20 000 000 487 569 371 103 569 317 9 239 051 423 041 981 1 299 632 940 825 940 229 4 024 457 130 V 2023 3 188 892 2 551 113 600 14 147 076 29 378 966 5 457 230 131 130 963 124 138 184 20 000 000 487 569 371 104 003 875 9 239 051 423 363 703 1 300 651 725 738 024 719 4 762 481 849 A 2024 3 188 892 2 551 113 600 16 362 447 35 123 127 6 343 379 262 261 925 133 945 100 20 000 000 487 569 371 104 357 702 9 239 051 391 576 657 1 199 992 747 607 953 671 5 370 435 519 R 2025 3 188 892 2 551 113 600 17 997 294 25 854 136 6 990 118 262 261 925 144 526 763 20 000 000 487 569 371 104 078 206 9 239 051 387 427 160 1 186 852 672 536 871 875 5 907 307 394 I 2026 3 188 892 2 551 113 600 19 668 013 26 488 059 7 658 405 262 261 925 155 944 377 20 000 000 487 569 371 104 197 123 9 239 051 385 371 895 1 180 344 334 476 721 280 6 384 028 674 A 2027 3 188 892 2 551 113 600 21 294 107 25 780 546 8 308 843 262 261 925 168 263 983 20 000 000 487 569 371 104 259 884 9 239 051 382 776 692 1 172 126 190 422 680 455 6 806 709 129 N 2028 3 188 892 2 551 113 600 23 154 580 29 366 083 9 038 632 262 261 925 181 556 838 20 000 000 487 569 371 104 506 916 9 239 051 381 009 311 1 166 529 483 375 591 273 7 182 300 402 T E 2029 3 188 892 2 551 113 600 24 303 932 18 222 164 9 498 373 393 392 888 195 899 828 20 000 000 487 569 371 104 125 523 9 239 051 343 898 738 1 049 012 670 301 566 076 7 483 866 477 2030 3 188 892 2 551 113 600 25 459 396 18 319 043 9 960 558 393 392 888 211 375 914 20 000 000 487 569 371 104 194 104 9 239 051 340 579 505 1 038 501 764 266 557 537 7 750 424 014 I 2031 3 188 892 2 551 113 600 26 600 087 18 084 845 10 416 835 393 392 888 228 074 612 20 000 000 487 569 371 104 248 615 9 239 051 336 885 800 1 026 805 032 235 317 212 7 985 741 226 I 2032 3 188 892 2 551 113 600 28 615 202 31 948 210 11 222 881 393 392 888 246 092 506 20 000 000 487 569 371 104 915 996 9 239 051 336 405 620 1 025 284 462 209 793 515 8 195 534 740 2033 3 188 892 2 551 113 600 29 873 761 19 953 542 11 726 304 524 523 850 265 533 814 20 000 000 487 569 371 104 506 688 9 239 051 297 910 664 903 383 768 165 044 837 8 360 579 577 2034 3 188 892 2 551 113 600 31 213 371 21 238 563 12 262 149 524 523 850 286 510 985 20 000 000 487 569 371 104 633 107 9 239 051 293 604 316 889 747 001 145 137 009 8 505 716 587 2035 3 188 892 2 551 113 600 33 442 313 35 338 271 13 153 725 524 523 850 309 145 353 20 000 000 487 569 371 105 321 916 9 239 051 292 139 608 885 108 759 128 911 082 8 634 627 669 2036 3 188 892 2 551 113 600 34 426 448 15 602 750 13 547 379 524 523 850 333 567 836 20 000 000 487 569 371 104 587 607 9 239 051 282 048 591 853 153 870 110 943 780 8 745 571 448 2037 3 188 892 2 551 113 600 35 393 402 15 330 363 13 934 161 524 523 850 359 919 695 20 000 000 487 569 371 104 630 861 9 239 051 275 973 287 833 915 409 96 823 230 8 842 394 678 2038 3 188 892 2 551 113 600 37 331 824 30 732 293 14 709 529 524 523 850 388 353 351 20 000 000 487 569 371 105 355 490 9 239 051 273 323 072 825 523 061 85 579 305 8 927 973 984 63 777 840 51 022 272 000 457 085 502 589 848 447 178 817 321 6 687 679 090 4 144 927 412 410 000 005 9 751 387 422 2 089 920 931 184 781 020 7 151 838 576 21 827 488 814 8 927 973 984 130 538 278 964
128 RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Frais de Taux de non Recette Location du Coût du maintenance, Charge Frais Dotation à Impots sur le Cash flow Cash flow actualisé Cash flow cumulé Investissement Energie vendue Redevance fixe recouvrement Assurance Variante Année d'exploitation compteur branchement réparation, personnelle d'éxploitation l’amortissement revenu normale [Ar] taux d'actualisation [Ar] [Ar] [KWh] [Ar] Creances [Ar] [Ar] [Ar] [Ar] d'entretien [Ar] [Ar] [Ar] (24%) 12% douteuses [Ar] 16 397 817 579 2 500 1 000 12 786 439 734 800 4 000 2019 3 611 377 845 3 742 067 2 993 653 800 6 215 400 97 810 595 2 405 520 163 978 176 91 584 000 30 000 001 478 772 161 124 003 413 14 312 024 541 784 530 1 655 651 010 1 478 259 830 1 478 259 830 2020 3 742 067 2 993 653 800 8 379 164 33 816 017 3 217 026 163 978 176 98 819 136 20 000 000 478 772 161 121 562 640 14 312 024 523 589 249 1 618 032 621 1 289 885 699 2 768 145 529 2021 3 742 067 2 993 653 800 10 934 230 40 358 800 4 222 492 163 978 176 106 625 848 20 000 000 478 772 161 121 966 773 14 312 024 524 043 442 1 619 470 898 1 152 707 397 3 920 852 926 V 2022 3 742 067 2 993 653 800 12 273 455 21 102 075 4 743 782 163 978 176 115 049 290 20 000 000 478 772 161 121 270 925 14 312 024 518 013 729 1 600 376 808 1 017 068 394 4 937 921 320 A 2023 3 742 067 2 993 653 800 14 147 076 29 378 966 5 457 230 163 978 176 124 138 184 20 000 000 478 772 161 121 705 483 14 312 024 518 335 451 1 601 395 593 908 674 866 5 846 596 187 R 2024 3 742 067 2 993 653 800 16 362 447 35 123 127 6 343 379 327 956 352 133 945 100 20 000 000 478 772 161 122 059 310 14 312 024 478 665 074 1 475 772 732 747 672 394 6 594 268 581 I 2025 3 742 067 2 993 653 800 17 997 294 25 854 136 6 990 118 327 956 352 144 526 763 20 000 000 478 772 161 121 779 814 14 312 024 474 515 576 1 462 632 658 661 620 735 7 255 889 316 A 2026 3 742 067 2 993 653 800 19 668 013 26 488 059 7 658 405 327 956 352 155 944 377 20 000 000 478 772 161 121 898 731 14 312 024 472 460 312 1 456 124 320 588 104 191 7 843 993 506 N 2027 3 742 067 2 993 653 800 21 294 107 25 780 546 8 308 843 327 956 352 168 263 983 20 000 000 478 772 161 121 961 492 14 312 024 469 865 108 1 447 906 176 522 129 482 8 366 122 989 T 2028 3 742 067 2 993 653 800 23 154 580 29 366 083 9 038 632 327 956 352 181 556 838 20 000 000 478 772 161 122 208 524 14 312 024 468 097 727 1 442 309 469 464 385 048 8 830 508 036 E 2029 3 742 067 2 993 653 800 24 303 932 18 222 164 9 498 373 491 934 527 195 899 828 20 000 000 478 772 161 121 827 131 14 312 024 423 103 823 1 299 828 774 373 669 712 9 204 177 748 2030 3 742 067 2 993 653 800 25 459 396 18 319 043 9 960 558 491 934 527 211 375 914 20 000 000 478 772 161 121 895 712 14 312 024 419 784 590 1 289 317 868 330 935 784 9 535 113 532 I 2031 3 742 067 2 993 653 800 26 600 087 18 084 845 10 416 835 491 934 527 228 074 612 20 000 000 478 772 161 121 950 223 14 312 024 416 090 885 1 277 621 135 292 797 789 9 827 911 321 I 2032 3 742 067 2 993 653 800 28 615 202 31 948 210 11 222 881 491 934 527 246 092 506 20 000 000 478 772 161 122 617 604 14 312 024 415 610 705 1 276 100 566 261 115 459 10 089 026 780 I 2033 3 742 067 2 993 653 800 29 873 761 19 953 542 11 726 304 655 912 703 265 533 814 20 000 000 478 772 161 122 208 296 14 312 024 369 232 418 1 129 235 990 206 307 193 10 295 333 973 2034 3 742 067 2 993 653 800 31 213 371 21 238 563 12 262 149 655 912 703 286 510 985 20 000 000 478 772 161 122 334 715 14 312 024 364 926 071 1 115 599 223 181 978 399 10 477 312 372 2035 3 742 067 2 993 653 800 33 442 313 35 338 271 13 153 725 655 912 703 309 145 353 20 000 000 478 772 161 123 023 524 14 312 024 363 461 363 1 110 960 981 161 805 180 10 639 117 552 2036 3 742 067 2 993 653 800 34 426 448 15 602 750 13 547 379 655 912 703 333 567 836 20 000 000 478 772 161 122 289 215 14 312 024 353 370 345 1 079 006 092 140 313 510 10 779 431 062 2037 3 742 067 2 993 653 800 35 393 402 15 330 363 13 934 161 655 912 703 359 919 695 20 000 000 478 772 161 122 332 469 14 312 024 347 295 041 1 059 767 631 123 046 204 10 902 477 266 2038 3 742 067 2 993 653 800 37 331 824 30 732 293 14 709 529 655 912 703 388 353 351 20 000 000 478 772 161 123 057 098 14 312 024 344 644 826 1 051 375 282 108 992 674 11 011 469 940 74 841 345 59 873 076 000 457 085 502 589 848 447 178 817 321 8 362 886 965 4 144 927 412 410 000 005 9 575 443 226 2 443 953 091 286 240 478 8 806 890 265 27 068 485 828 11 011 469 940 160 603 929 768
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CHOIX DE LA VARIANTE À RETENIR
II.1 Généralité
Dans ce chapitre, on va choisir la variante potentiellement à développer à Marobakoly en fonction des critères suivants :
- Accessibilité ; - Environnement ; - Travaux du génie civil ; - Puissance garantie ; - Production ; - Coût et rentabilité.
Pour ce faire, comparons dans le grand tableau ci-après chaque variante suivant les critères mentionnés ci-dessus.
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II.2 Évaluation des trois variantes d’aménagements possibles sur le site de Marobakoly Tableau 74 : Comparaisons des variantes d’aménagements hydroélectriques potentielles sur le site de Marobakoly Variantes Avantages Inconvénients Accès - L’usine se trouve à proximité immédiate d’une route - Le site étant très proche de la route nationale, son taux d’affluence goudronnée [RN31]. La piste d’accès aux installations sera sera élevé, d'où la difficulté pour la protection des ouvrages du génie courte soit 300 [m] et très facile à réaliser (pas besoin de gros civil et des équipements électromécaniques contre l’affluence engins [bulle, niveleuse] pour aménager la piste) ; publique. - Accessibilité facile pour l'entretien.
Environnement - Impacts négatifs réduits sur l’environnement par rapport aux - Destruction du milieu naturel (faune, flore, eau, air) durant et après
VARIANTE I VARIANTE deux autres variantes (moins de surfaces à décaper, à la construction. débroussailler et à déblayer pour la construction de divers ouvrages) ; - La réalisation de cette variante permettra aux localités
électrifiées de réduire ou même d'abandonner l'utilisation de certaines énergies fossiles (Gasoil, bougie, pétrole). Génie civil - On ne construira pas de barrage sur toute la largeur du - Le tracé de l'amené présente un passage difficile (talweg) ; fleuve, mais un déflecteur de 19 [m] ; - Risque de submersions en cas de crue, car l'usine sera construite - La longueur de la conduite d’amenée et de la conduite forcée sur le côté extrados du fleuve. sont très courtes, respectivement 190 [m]et 18 [m]. Puissance - Puissance garantie pendant dix à onze mois de l’année. - Puissance assez faible. Investissement et rentabilité
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VAN : 378 526 217 Ar TRI : 14% LCOE : 0,15 USD Durée de récupération : 8 ans Accès - La sécurisation du site, en particulier de l'usine, face au public - Accès difficile car pour joindre l'endroit de l'emplacement de l’usine, sera plus facile car il n'y a qu'un seul accès pour y arriver. on devra aménager une piste de 3 [km] et quelques ouvrages de traversés (buse ou dalot) à partir du pont Marobakoly, ou encore construire une piste de 450 [m] plus un pont de 120 [m] de long ; - Le transport des matériaux et des équipements pose un certain nombre de difficultés ; - Utilisation des gros engins (bulle, niveleuse, pelleteuse, malaxeur) pour la construction ;
VARIANTE IIVARIANTE - Le tracé de la piste traverse une partie du terrain très accidenté, d'où le risque de glissements ou d'éboulements de terrains ; - La piste à créer se trouve à la limite de la réserve naturelle de Bora. Environnement - Nécessité de détruire une grande partie du milieu naturel pendant la - La réalisation de cette variante permettra aux bénéficiaires de construction par rapport aux deux autres variantes (faune, flore, eau, réduire ou même d'abandonner l'utilisation d’énergies fossiles air). Génie civil - La centrale se trouve sur le côté intrados du fleuve, ce qui la - Gros ouvrages du génie civil à réaliser (barrage, ouvrages de protègera suffisamment contre les crues extrêmes. franchissement, ouvrage de traversée) ; - La centrale sera bâtie sur un terrain très accidenté ; - L’érosion des berges en période de pluie pourra amener de grosses quantités de matériaux dans le canal ;
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- Risque d'ensablement du dessableur et du canal d'amené par les eaux sauvages chargées venant du mont de Marobakoly ; - Problème de stabilité de talus du canal d'amené. Puissance - On obtiendra une puissance élevée que celle de la variante I. - Puissance qui ne sera pas garantie que 5 mois de l'année. Investissement et rentabilité VAN : -573 744 428 Ar TRI : 10,9% LCOE : 0,3 USD Durée de récupération :10 ans Accès - Accès facile pour joindre l'usine par rapport à la variante II. - De même que la variante I, la protection du site (barrage jusqu'à l'usine) contre l’affluence publique et les malfaiteurs sera difficile car l'aménagement est proche de la route principale. Environnement - Recensement de tous les types d‘espèces animales et - Destruction d'une partie du milieu naturel (faune, flore, eau, air)
VARIANTE IIIVARIANTE végétales touchées par la construction ; concerné par la construction durant et après l’exploitation. - Réduction de l'émission de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Génie civil - L'emplacement de l'usine sera bien protégé aux crues. - Construction de canal ayant une longueur totale de 825[m] de long qui devra être aménagée en rive droite en réalisant de très gros travaux de décaissement ; - Construction de ponts-canaux de 125 [m] de long ; - L’érosion des berges en période de pluies amènera de grosses quantités de matériaux directement dans le canal ; - Construction d'un barrage de 200 [m] de long ; - Construction d’une conduite forcée ayant une longueur de 350 [m].
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Puissance - Comme la variante II, la puissance ne sera pas garantie que 5 mois - Puissance élevée. de l'année. Investissement et rentabilité VAN : -1 774 969 794 Ar TRI : 9,5% LCOE : 0,7 USD Durée de récupération : 11 ans
→ Alors, d’après ce tableau, on peut dire que la variante I sera la variante optimale pour Marobakoly
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CONCLUSION Pour conclure, cette étude sommaire nous a permis de déterminer parmi les trois variantes proposées, la variante la mieux adaptée au cas de Marobakoly. Après avoir pris en compte les différents critères de l’étude, nous avons trouvé que la variante I offre le meilleur compromis. Ainsi, le projet fera intervenir un déflecteur de 19 [m], un dessableur de 21×4,3×2,7 [m3], une conduite d’amenée de 190 [m] de long et de 1500 [mm] de diamètre, un bassin de mise en charge de 39 [m3], une conduite forcée de 18 [m] avec un diamètre optimal de 800 [mm] et une turbine de 229,7 [kW]. Avec un débit d’équipement de 2,6 [m3/s] et une chute nette de 9,5 [m], cette variante pourra produire une puissance de 202,6 [kW] pendant 10 mois de l’année, avec une production annuelle de 1 610,6 [MWh].
En termes d’hydrologie, il n’existe que très peu d’informations sur les régimes hydrologiques du fleuve Anjingo pour servir de mesures ponctuelles ou sur de courtes périodes, d’autant plus que l’information disponible ne permet pas d’établir une compréhension détaillée de l’hydrologie du fleuve. Des incertitudes subsistent donc sur l’estimation de la courbe des débits classés, les calculs de crues et les apports. Néanmoins, l’étude hydrologique et les nouvelles données récoltées par le bureau d’étude 3ERAE ont permis de mettre en évidence quelques éléments importants.
Certes, l’arrivée de l’électricité présente de nombreux avantages de différentes natures, tels que la diminution de l’émission de gaz à effet de serre, l’opportunité d’emploi, la production d’énergie propre et renouvelable. Mais force est de constater qu’un tel aménagement n’entraîne pas que des bienfaits : il risque bel et bien d’avoir des incidences négatives sur les milieux physiques, biologiques et humains. L’application de mesures d’atténuation ou de compensation et l’adoption d’un plan de gestion environnementale assureront néanmoins un meilleur équilibre entre les composantes économiques, sociales et environnementales du projet considéré.
Avec les données réelles recueillies et les calculs effectués, nous recommandons de poursuivre le projet et de passer à une étude détaillée. Et dans cette étude, il faudrait approfondir la topographie et la géologie du site, les données socioéconomiques des localités cibles. En outre, il convient aussi de solliciter auprès du fabricant des informations sur le prix et les caractéristiques exactes de la turbine Dive.
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ANNEXES
I RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Annexe.I. PLANS - Plan d’aménagement de la variante I ; - Plan d’aménagement de la variante II ; - Plan d’aménagement de la variante III ; - Profil en travers du fleuve ; - Profil en long ; - Dessableur ; - Canal d’amené ; - Chambre, conduite forcée ; - Usine. - Plan du réseau MT de la variante I
II RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 2 : Plan d’aménagement de la variante I
III RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 3 : Plan d’aménagement de la variante II
IV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 4 : Plan d’aménagement de la variante III
V RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 5 : Profil en travers du fleuve sur le site
VI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 6 : Profil en long de la variante I à partir de la prise jusqu’à l’usine
VII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 7 : Plan du dessableur
VIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 8 : Profils du canal
IX RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 9 : Vu de profil de la chambre-usine
X RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 10 : Vus de profil de l’usine
XI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Plan 11 : Plan du réseau MT de la variante I
Source : Auteur à partir des données de l’AIDER, 2014. Business plan de Marobakoly.
XII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Annexe.II. ÉTUDES PLUVIOMÉTRIQUE, CLIMATOLOGIQUE ET HYDROLOGIQUE II.1. Études pluviométriques II.1.1. Pluies journalières Tableau 75 : Pluviométries moyennes journalières à Marobakoly pour l’année hydrologique 2017/2018 Jours N D J F M A M J J A S O 1 0,0 0,0 33,5 0,9 1,5 0,0 0,0 0,8 1,5 3,3 1,3 1,0 2 0,3 16,1 5,6 0,1 24,9 44,8 0,0 1,5 1,0 2,8 0,0 0,8 3 0,3 0,0 2,2 10,2 18,7 0,0 0,0 0,5 3,8 2,8 1,0 1,3 4 0,5 0,0 8,7 34,2 71,5 0,0 0,0 1,0 1,0 2,8 0,0 17,0 5 0,3 0,3 179,6 48,3 104,5 11,2 0,0 0,8 0,5 1,8 1,0 1,0 6 0,3 0,0 86,2 44,9 173,3 1,8 0,0 1,0 2,5 0,0 1,8 3,3 7 0,6 0,0 69,6 1,6 95,1 5,2 0,0 0,8 1,0 4,3 0,0 5,3 8 0,4 18,8 36,7 0,0 3,9 29,3 0,0 0,3 0,0 2,3 0,0 2,3 9 0,6 1,5 18,9 2,1 10,7 0,0 0,8 0,3 1,8 0,8 1,5 1,0 10 0,3 3,8 31,1 4,8 48,6 0,0 0,5 1,0 1,5 3,6 1,8 1,5 11 13,5 0,3 34,2 3,9 22,6 0,0 0,9 1,0 0,8 2,8 2,3 1,8 12 0,0 0,0 19,2 1,3 0,4 0,0 0,4 0,3 2,3 1,3 2,3 1,5 13 1,0 8,2 36,1 23,1 0,2 0,0 0,2 9,7 1,0 0,0 4,1 1,3 14 0,5 36,7 1,4 3,5 0,0 0,0 0,3 3,8 1,0 2,3 2,5 3,8 15 4,0 21,0 11,8 8,6 16,1 0,0 0,1 4,1 1,0 0,0 0,0 4,6 16 9,4 2,2 10,1 18,4 42,5 0,0 0,7 4,3 1,3 0,0 4,6 0,8 17 17,6 0,0 84,7 0,3 112,9 5,8 0,1 5,3 3,1 0,0 0,5 2,3 18 56,3 0,1 0,0 26,9 27,7 0,0 0,2 2,3 1,3 2,0 1,3 2,0 19 23,0 0,0 0,0 0,1 8,5 0,0 0,1 1,0 2,8 0,0 1,0 7,9 20 0,1 0,0 2,8 12,0 0,0 1,6 0,1 2,0 1,8 1,8 4,6 2,5 21 0,0 6,1 24,2 50,0 0,0 3,9 0,0 1,0 3,6 0,0 1,0 3,3 22 0,0 9,0 11,6 0,2 1,2 0,0 3,6 1,5 1,5 0,3 1,5 0,8 23 18,0 0,0 10,3 11,8 0,0 0,0 1,5 4,1 1,0 1,3 1,5 0,3 24 0,0 0,0 0,7 48,9 0,0 0,0 0,8 0,3 1,3 1,0 2,8 0,0 25 2,0 0,0 3,3 2,4 0,0 0,0 0,0 2,3 2,8 0,0 2,5 0,0 26 0,0 4,9 0,1 21,5 0,0 0,0 1,0 2,0 4,1 1,8 4,6 0,0 27 15,2 77,0 8,4 0,5 0,0 0,0 0,3 0,5 17,8 0,0 2,3 1,3 28 1,6 8,8 35,1 22,6 1,1 0,0 1,3 1,8 3,0 1,3 0,3 2,5 29 52,4 12,9 0,4 0,0 0,3 1,0 1,3 4,1 0,0 1,0 1,5 30 0,0 10,4 42,0 0,0 0,1 1,0 1,0 3,6 1,5 5,3 2,3
31 10,8 37,1 3,2 0,8 2,5 0,0 0,3 Source : 3ERAE, 2019. Rapport hydrologique du fleuve Anjingo.
XIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.1.1.1. Pluviométries mensuelles I.1.1.1.1. Données pluviométriques
Les données de pluies dans le tableau ci-après sont obtenues à partir des données de pluies moyennes mensuelles de la Direction Générale de la Météorologie (DGM) tirée dans l’ouvrage du ministère de l’Environnement, des eaux et forêts portant le nom « Troisième rapport national sur la mise en œuvre de la convention sur la lutte contre la désertification » en 2003, plus les données pluviométriques de la DGM de 2004 jusqu’au 2012 récupéré dans le « Rapport final d’études hydrologiques du fleuve Anjingo à Marobakoly » par le bureau d’étude 3ERAE.
Tableau 76 : Pluviométries moyennes mensuelles enregistrées à la station pluviométrique d’Antsohihy (1951-2012) Années J F M A M J J A S O N D 1951 710,7 154,9 433,9 26,5 0 0 0 13,5 7,9 32,8 139,4 165,9 1952 376,3 244,3 395 81,1 0,4 0 3,2 0 60,6 11,5 64,8 230,7 1953 565,9 160,6 258,4 60,6 0 0 0 4,1 2,9 17,1 94,7 423,1 1954 678,6 239,1 296,7 23,3 0,3 0 6 0 0 21 115,7 182,5 1955 419,8 339,3 371,7 17,6 23,9 0 1,5 4,5 8 114,5 27,4 271,6 1956 437,9 241,5 197,5 52 0 0 5,8 1,8 11,1 27,8 92,3 217,7 1957 445,8 635,5 298,8 108,8 0 0,4 0 0,5 0 30,3 162,8 206,8 1958 237 400,6 428,9 51,5 0 0 36 2 3,8 102,9 1959 0 0 0 0 16 0 323,3 104,3 1960 565,2 171 238 49,3 30,2 0 0 0 0 0 45,2 161 1961 266,6 147 203,4 250,1 42,8 2,5 4,5 4,2 1,7 1,5 79,2 275,3 1962 259,2 539,1 98,2 33,4 0 0 0 0 0 0 40,5 1963 81,3 287,5 28,3 3,7 9,2 0 0 0 0 46,3 40,8 1964 115,8 21,4 0 0 0 0,4 0 0 19,6 59,2 1965 105,3 0 0 0 0 0 92,7 1966 370 481,3 80,5 25,2 131 0 0 0,4 0 0 435,4 1967 447,9 289,4 357,8 137,2 0 0 0 0 1,8 56,9 82,7 332,6 1968 312,3 0 0 0 0 1969 157 25,8 0 0 7,8 0,2 82,4 80,2 171,7 1970 527,3 440,9 293,7 171,8 0 0 0 0 1,5 13,6 155,3 168,8 1971 773 489,4 128,5 69,1 0,4 0,8 0 0,7 17 11,6 93,6 349,6 1972 372,1 541,6 292,4 130,9 4,5 12,8 0 6,2 0 55,8 106,3 168,1 1973 767,4 313,1 201,6 41,5 0,5 0 0 1,2 0 4,2 127,5 1974 240,2 369,9 257,6 126 36,1 2,9 2,1 5,1 0 76 1975 188,7 235,7 139 0 0 0 0 0,4 26,8 123,9 137,9 1976 548,6 374,3 224,6 180,8 6,9 0 0 0 0 197,1 1977 400,9 779,3 318,2 42,1 14,8 18,2 0 8,7 0 4,7 19,3 224,9 1978 459,5 296,1 55,3 24,3 0 0 25,7 0 11,1 42,6 72,2 224,9 1979 280 407,4 101,5 19,9 9,6 0 0 0 0 26,3 85,4 352
XIV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Années J F M A M J J A S O N D 1980 624,3 187,4 239,7 141,2 32,8 0 0 0 10,2 94,6 30,7 219,1 1981 186,3 176,6 1985 748,8 289,9 82 0 0 0 0 13,5 1,3 112,1 176,7 1986 411,7 194,7 155,4 4,2 7,2 0 0 0 0 191,2 94,2 423 1987 499,9 471,4 186,4 21,7 0 0 1,4 0 0 0 42,6 190,6 1988 404,1 229,7 58,6 53,4 20,9 13,2 12,9 0 0 27,2 31,7 505,8 1989 655,4 439,8 134,6 32,9 2,2 1,5 0 0 0 29 116,6 623,3 1990 390,5 258,8 141,7 166,6 4,1 0 0 0 0 33,6 114,3 148,7 1991 235,7 549,3 261,8 307,3 0,2 0,6 0 0 0 496,5 121,9 283,5 1992 241,7 453,3 111,4 1,4 0 0 0 0,5 0 309,7 70,6 1993 454 291,8 296,3 62,1 8,3 0 0 0 0,5 10,2 16,8 263,1 1994 321,5 599,4 116,4 28,7 1,5 0,4 0 0 9,9 81,5 2,7 115,6 1995 149,1 336,9 0,5 0 0 0 0 80,8 1996 466,1 267,8 317,1 174,8 4,9 0 0 4,9 11,5 20 52,7 254,7 1997 527,2 421,6 247,3 36,8 2,2 0 2,6 15 7 97,1 92,3 1998 376,9 644,2 129,5 35,2 0 0 0 0 0 0 174,9 1999 161,1 230,2 337,1 0 0 0 0 0 10,1 74,2 134,6 2000 324,1 306,7 212,8 51,2 2,7 0 6,2 0 0 215 174,8 2001 204,3 167,7 286,6 6,3 0 0 0 0 5,4 48,8 41,2 193,1 2002 369,2 434,8 279 2,8 56,7 1,6 0 0 14,2 8,5 61,1 288 2003 606,9 379,3 206,1 74,6 5,2 0 0 0 3,2 0,3 73,8 222 2004 599,7 178,5 341,1 37,9 0 0 0 0 0 0 0 0 2005 463,2 242,3 352,1 79,4 0 0 2,9 0 7,1 0,5 65,7 255,9 2006 359,7 439,7 162,3 43,6 22,4 7,3 0 9,5 0 3,6 69,1 183,9 2007 269,9 668,4 573,3 24 0 0 0,8 0,5 0,9 77,2 198,8 2008 487,7 434,8 97,5 111,6 4,6 0 0 0 33,2 159,1 278,4 2009 297,9 518 158,5 83,1 0 0 11,4 3,7 19,4 73,7 212,1 2010 542,6 219,5 290,1 12,6 4,8 0 0 0 3,4 3,3 114,2 285,3 2011 604,2 634,7 342,2 79,9 0 3,4 0 4,6 3 3,2 171,4 228 2012 531,4 272,8 290,9 122,8 40,6 3,9 0 0 0 66,2 87,2 203,5 Source : DGM
I.1.1.1.2. Test d’ajustement de Khi-deux (휒2)
Pour faire ce test, les étapes à suivre sont les suivantes :
- L’échantillon des pluies moyennes mensuelles de N valeurs classées par ordre
décroissant est divisé en K classes arbitraires contenant chacune 푛푖 valeurs telles que K > 4 et 푛푖 > 5. - On détermine la valeur de 푉푖 qui est le nombre théorique des valeurs affectées à la classe i par la relation :
XV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
푥푖 푉푖 = 푁. ∫ 푓(푥). 푑푥 = 푁[퐹(푢푖) − 퐹(푢푖+1)] ≥ 5 푥푖+1
Avec :
퐹(푢푖) : fonction de non-dépassement correspondant à la variable réduite de la borne inférieure de la classe ;
퐹(푢푖+1) : fonction de non-dépassement correspondant à la variable réduite de la borne inférieure de la classe.
- On calcule la valeur de 휒2 par la formule :
[푛 − 휈 ]2 휒2 = ∑ 푖 푖 휈푖
- On recherche la probabilité de dépassement sur la table de distribution de 휒2de Pearson correspondant au nombre de degrés de liberté :
휆 = 푘 − 푝 − 1
푘 : nombre de classes de l’échantillon ;
푝 : nombre de paramètres à quoi dépend la loi de répartition F, pour la loi de Gauss, p=2.
- On compare la valeur de 휒2 calculée avec 휒2 trouvée dans la table de Pearson pour un seuil de risque de 5%. La loi est acceptable si 휒2 calculée est inférieure à 휒2 trouvée à partir de la table de Pearson.
Tableau 77 : Classement et rangement de la pluviométrie annuelle
P [mm] Classe P [mm] Classe P [mm] Classe P [mm] Classe 2256,8 1574,5 1706,3 1469,1 2074,6 1571,4 1690,7 1467,9 2035,3 1563,2 1685,5 1457 1933,7 1532,3 1619,3 1449,1 퐾1 퐾2 퐾3 퐾4 1889,7 1523,8 1606,9 1424,3 1831,1 1515,9 1599,8 1414 1813,8 1481,6 1587,4 1403,1 1772,9 1475,8 1580 1377,8
XVI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
P [mm] Classe P [mm] Classe 1360,7 1115,9 1357,5 970,4 1301,1 953,4 1293,5 947,3 1285,4 852,4 1282,1 567,3 1278,8 525,1 퐾6 퐾5 1277,6 497,1 1262,7 443,6 1259,9 362,9 1258,3 312,3 1211,7 216,4 1188,6 198 1157,2
Tableau 78 : Test de validité de la loi de Gauss 2 2 [푛푖 − 휈푖] P [mm] 퐾 푛푖 푋푖 푢푖 푢푖+1 퐹(푢푖) 퐹(푢푖) 휈푖 [푛푖 − 휈푖] 휈푖 1772,9 ≤ P 1 8 2014,4 2,11 0,98 0,9826 0,8365 9 0,38 0,0445 <2256,8 1580 ≤ P <1772,9 2 8 1676,45 0,98 0,53 0,8365 0,7019 8 0,00 0,0004
1475,8 ≤ P <1580 3 8 1527,9 0,53 0,29 0,7019 0,6141 5 7,95 1,5349 1377,8 ≤ P 4 8 1426,8 0,29 0,06 0,6141 0,5239 5 7,17 1,3478 <1475,8 1157,2 ≤ P - 5 14 1267,5 0,06 0,5239 0,3264 12 5,51 0,4729 <1377,8 0,45 - - 198 ≤ P <1157,2 6 13 677,6 0,3264 0,0036 19 36,54 1,9188 0,45 2,69 Source : Auteur du rapport à partir des calculs.
D’où 휒2= 5,31
À partir de la table de Pearson vu dans le Tableau 80, on trouve 휒2 est égale à 5,991.
Donc, on peut conclure que la loi de Gauss est satisfaisante, on peut l’accepter pour le traitement de données.
XVII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 79 : Table de Gauss 푢 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0 0,5 0,504 0,508 0,512 0,516 0,5199 0,5239 0,5279 0,5319 0,5359 0,1 0,5398 0,5438 0,5478 0,5517 0,5557 0,5596 0,5636 0,5675 0,5714 0,5753 0,2 0,5793 0,5832 0,5871 0,591 0,5948 0,5987 0,6026 0,6064 0,6103 0,6141 0,3 0,6179 0,6217 0,6255 0,6293 0,6331 0,6368 0,6406 0,6443 0,648 0,6517 0,4 0,6554 0,6591 0,6628 0,6664 0,67 0,6736 0,6772 0,6808 0,6844 0,6879 0,5 0,6915 0,695 0,6985 0,7019 0,7054 0,7088 0,7123 0,7157 0,719 0,7224 0,6 0,7257 0,729 0,7324 0,7357 0,7389 0,7422 0,7454 0,7486 0,7517 0,7549 0,7 0,758 0,7611 0,7642 0,7673 0,7704 0,7734 0,7764 0,7794 0,7823 0,7852 0,8 0,7881 0,791 0,7939 0,7967 0,7995 0,8023 0,8051 0,8078 0,8106 0,8133 0,9 0,8159 0,8186 0,8212 0,8238 0,8264 0,8289 0,8315 0,834 0,8365 0,8389 1 0,8413 0,8438 0,8461 0,8483 0,8508 0,8531 0,8554 0,8577 0,8599 0,8621 1,1 0,8643 0,8665 0,8686 0,8708 0,8729 0,8749 0,877 0,879 0,881 0,883 1,2 0,8849 0,8869 0,8888 0,8907 0,8925 0,8944 0,8962 0,898 0,8997 0,9013 1,3 0,9032 0,9049 0,9066 0,9082 0,9099 0,9115 0,9131 0,9147 0,9162 0,9177 1,4 0,9192 0,9207 0,9222 0,9236 0,9251 0,9265 0,9279 0,9292 0,9306 0,9319 1,5 0,9332 0,9345 0,9357 0,937 0,9382 0,9394 0,9406 0,9418 0,9429 0,9441 1,6 0,9452 0,9463 0,9474 0,9484 0,9495 0,9505 0,9515 0,9525 0,9535 0,9545 1,7 0,9554 0,9564 0,9573 0,9582 0,9591 0,9599 0,9608 0,9616 0,9625 0,9633 1,8 0,9641 0,9649 0,9656 0,9662 0,9671 0,9678 0,9686 0,9693 0,9699 0,9706 1,9 0,9713 0,9719 0,9726 0,9732 0,9738 0,9744 0,975 0,9756 0,9761 0,9767 2 0,9772 0,9779 0,9783 0,9788 0,9793 0,9798 0,9803 0,9808 0,9812 0,9817 2,1 0,9821 0,9826 0,983 0,9834 0,9838 0,9842 0,9846 0,985 0,9854 0,9857 2,2 0,9861 0,9864 0,9868 0,9871 0,9875 0,9878 0,9881 0,9884 0,9887 0,989 2,3 0,9893 0,9896 0,9898 0,9901 0,9904 0,9906 0,9909 0,9911 0,9913 0,9916 2,4 0,9918 0,992 0,9922 0,9925 0,9927 0,9929 0,9931 0,9932 0,9934 0,9936 2,5 0,9938 0,994 0,9941 0,9943 0,9945 0,9946 0,9948 0,9949 0,9951 0,9952 2,6 0,9953 0,9955 0,9956 0,9957 0,9959 0,996 0,9961 0,9962 0,9963 0,9964 2,7 0,9965 0,9966 0,9967 0,9968 0,9969 0,997 0,9971 0,9972 0,9973 0,9974 2,8 0,9974 0,9975 0,9976 0,9977 0,9977 0,9978 0,9979 0,9979 0,998 0,9981 2,9 0,9981 0,9982 0,9982 0,9983 0,9984 0,9984 0,9985 0,9985 0,9986 0,9986 Source : J.P Laborde. Éléments d'hydrologie de surface (Page 190).
XVIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 80 : Table de Pearson
ν 0,99 0,98 0,95 0,9 0,8 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 P 1 0 0,001 0,004 0,016 0,064 1,642 2,706 3,841 5,412 6,635 2 0,02 0,04 0,103 0,211 0,446 3,219 4,605 5,991 7,824 9,21 3 0,115 0,185 0,352 0,584 1,005 4,642 6,251 7,815 9,837 11,345 4 0,297 0,429 0,711 1,064 1,649 5,989 7,779 9,488 11,668 13,277 5 0,554 0,752 1,145 1,61 2,343 7,289 9,236 11,07 13,388 15,086 6 0,872 1,134 1,635 2,204 3,07 8,558 10,645 12,592 15,033 16,812 II.1.1.2. Pluviométries maximales journalières de 24 heures Les données pluviométriques maximales journalières de 24 heures utilisées dans cet ouvrage sont les pluviométries issues de la poste d’Antsohihy.
Tableau 81 : Pluviométries maximales journalières de 24 heures
Années 푃24ℎ [mm] Années 푃24ℎ [mm]
1986 101,2 1999 67,3 1987 111,9 2000 65,8 1988 109,8 2001 112,4 1990 71,2 2002 74,7 1991 125,9 2006 103,2 1992 62,5 2008 81 1993 114 2009 107,8 1995 96,7 2010 99,8 1997 118,1 2011 122,3 1998 96,7 2012 110,8 Source : DGM II.2. Données climatiques Tableau 82 : Insolation réelle n en [heure] Mois J F M A M J J A S O N D 푛 6,4 6,7 6,5 7,9 7,5 7,3 7,1 7,8 8,4 8,2 7,6 7,1
Tableau 83 : Insolation maximale théorique N en [h] (latitude Sud) Mois J F M A M J J A S O N D 20° 13,2 12,8 12,3 11,7 11,2 10,9 11 11,5 12 12,6 13,1 13,3 15° 12,9 12,6 12,2 11,8 11,4 11,2 11,3 11,6 12 12,5 12,8 13 10° 12,6 12,4 12,1 11,8 11,6 11,5 11,6 11,8 12 12,3 12,6 12,7 5° 12,3 12,3 12,1 12 11,9 11,8 11,8 11,9 12 12,2 12,3 12,4 0° 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12
XIX RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Tableau 84 : Durée astronomique indépendante du climat 푰품ퟎ de l’hémisphère Sud [cal/cm2/j] Latitude 2° 4° 6° 8° 10° 12° 14° 16° 18° 20° 22° 24° 26° 28° 30° J 865 872 879 886 893 911 930 949 968 986 991 996 1001 1005 1009 F 888 888 888 888 888 898 908 918 928 937 935 932 929 926 923 M 887 884 880 876 872 867 862 857 851 845 833 821 809 796 783 A 854 846 838 829 820 802 783 764 745 726 807 686 669 649 626 M 804 792 780 767 754 727 700 672 644 616 591 567 543 519 495 J 777 764 751 738 724 693 662 631 601 571 544 517 491 465 439 J 794 782 771 760 748 717 687 657 627 575 572 547 522 497 473 A 828 822 816 810 804 781 758 735 713 691 570 649 628 607 585 S 875 874 873 872 871 858 845 832 820 808 793 778 763 748 734 O 884 887 890 893 896 898 900 902 904 905 900 895 890 885 880 N 868 876 884 892 900 915 929 943 957 971 975 979 981 984 967 D 851 861 871 891 891 912 932 952 972 992 1000 1008 1016 1029 1031 II.3. Données hydrologiques Tableau 85 : Débits moyens journaliers d’Anjingo à Marobakoly 2017 2018 Jours N D J F M A M J J A S O 1 4,7 32,3 57,7 237,8 165,2 108,2 39,7 21,7 13,2 7,4 3,4 1,9 2 4,1 40,4 113,3 123,2 100,1 38,6 21,2 12,8 7,4 3,2 1,9 3 3,7 36,1 81,0 113,8 98,4 37,6 20,5 12,8 7,4 3,2 1,9 4 3,5 29,8 54,7 313,9 124,1 87,4 36,6 20,0 12,2 7,0 3,2 1,9 5 3,4 25,8 563,5 323,2 533,0 89,2 35,6 20,2 12,2 6,7 3,1 2,1 6 3,3 22,2 571,2 288,0 509,7 100,1 35,6 20,0 11,7 6,3 3,0 2,1 7 3,2 20,2 672,9 195,1 637,7 152,2 35,6 20,0 11,3 5,9 2,8 2,1 8 3,2 22,1 264,8 263,8 89,6 34,6 20,0 11,0 5,9 2,8 2,0 9 3,3 17,2 253,9 209,1 92,4 34,6 20,0 10,6 5,9 2,8 2,3 10 3,1 67,1 297,1 217,4 76,7 34,6 19,2 10,6 5,6 2,7 3,3 11 18,6 29,8 219,2 306,5 71,8 33,6 19,2 10,6 5,3 2,7 2,2 12 20,1 263,4 204,3 68,0 34,6 19,2 10,1 4,9 2,7 2,0 13 9,5 20,7 282,4 161,6 73,8 31,7 18,5 9,7 4,7 2,7 1,9 14 32,6 43,5 285,9 232,7 142,7 62,5 29,5 18,5 9,7 4,7 2,7 1,9 15 10,2 40,0 100,2 207,3 124,8 59,0 28,6 17,8 9,2 4,7 2,7 1,9 16 26,7 28,4 465,8 57,2 27,8 17,6 9,2 5,0 2,6 1,9 17 24,9 21,2 199,9 978,0 55,1 27,8 17,2 8,9 5,2 2,4 1,9 18 212,7 22,3 726,0 53,1 27,2 17,2 8,7 5,2 2,3 3,9 19 43,0 17,6 197,5 361,9 49,8 26,9 16,5 8,7 4,9 2,3 3,4 20 29,5 15,6 270,9 49,0 26,3 16,5 8,3 4,6 2,3 2,6 21 23,1 15,0 225,0 51,8 25,5 16,5 8,3 4,4 2,2 15,7 22 16,7 32,8 202,4 228,6 50,6 25,5 15,8 8,0 4,5 2,2 7,4
XX RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
2017 2018 Jours N D J F M A M J J A S O 23 13,6 29,8 200,8 47,1 25,5 15,6 7,9 4,6 2,3 3,7 24 38,1 60,2 126,9 187,2 45,2 24,6 15,2 7,9 4,6 2,2 2,4 25 69,1 43,5 173,7 163,8 43,3 24,1 14,6 7,9 4,4 2,1 2 26 31,4 53,6 222,3 148,8 42,2 23,6 14,4 7,9 4,1 2,1 1,9 27 68,6 47,6 224,9 181,5 40,8 23,8 14 7,9 4 2 1,9 28 138,4 71,7 168,2 160,9 39,7 23,8 13,8 8 3,9 2 1,9
29 45 169,6 141,9 38,6 23,8 13,4 7,4 3,6 2 1,9
30 47,4 68,6 125,5 36,9 22,8 13,4 7,4 3,6 2 1,9 31 62,5 224,3 107,6 22,2 7,4 3,5 1,9 Moyenne 31,8 40,2 269,1 220,9 274,6 67,7 29,7 17,6 9,6 5,1 2,5 2,8 Source : Auteur du rapport à partir des données du 3ERAE, 2019.
Tableau 86 : Débits moyens mensuels de la station de référence de Maevarano à Ambodivohitra aval
Années N D J F M A M J J A S O 1963-1964 14,6 36,2 81,7 125 115 53,6 25,7 17,9 13,9 11,5 7,03 5,02 1964-1965 5,97 12,3 33,5 148 99,4 109 34,1 22,6 16 11,3 7,7 5,12 1965-1966 10,6 65 93,5 114 66,1 44,1 26,7 18 12,8 9,97 7,31 4,4 1966-1967 5,16 11,5 83,2 106 144 66 36,4 20,7 15,7 11,2 7,46 4,11 1967-1968 13,7 67,5 177 158 187 74 38,5 25 18,9 13,7 9,03 5,78 1968-1969 4,49 73 113 111 66,4 51,9 34,4 24,8 18,6 13,5 8,89 6,2 19669-1970 8,45 56,6 121 170 112 86,2 40 25,7 18,1 12,7 8,58 5,36 1970-1971 5,9 9,97 117 182 115 49,5 28,5 19,6 15,9 11,5 7,84 4,86 1971-1972 12,6 38 51,2 159 118 56,7 43,6 21,8 15,2 11,9 7,65 5,56 1972-1973 11,4 23,3 118 194 200 75,3 35 24,9 19,5 14 9,4 5,53 1973-1974 3,03 6,19 40,8 77 97,9 40,7 29 17,5 12 8,28 6,16 4,8 1974-1975 5,42 15,4 52,3 81,1 157 64,7 31,2 19,5 13,8 11,2 7,45 4,75 1975-1976 9,02 25,2 133 238 122 115 45,6 30,4 21,6 15,1 8,98 6,66 1975-1977 8,03 13,1 53,5 118 147 78,3 35 23,4 16,8 12,8 8,27 5,87 1975-1978 3,94 4,72 19,1 29,3 49,1 33,7 19,3 13 12 8,12 5,45 3,48 1978-1979 4,51 23,2 41,6 113 74,7 36 21,5 15,1 11,4 7,81 5,22 3,16 1979-1980 8,19 41,7 118 118 117 154 74,8 27,9 19,4 14,7 9,6 7,42 1980-1981 8,23 15,1 21,8 37,5 50,9 31,9 18,9 12,1 8,69 6,49 4,5 5,57 1981-1982 4,63 19,3 73,6 109 148 110 36,4 20,6 13,5 9,79 7,61 7,03 1982-1983 16,7 29,2 110 148 160 72 28,6 19,6 14,3 9,77 7,06 8,78 Source : Chaperon Pierre et Al,1993. Fleuves et rivières de Madagascar (Page 195-196).
XXI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Annexe.III. ABAQUES Abaque 1 : Détermination du coefficient de ruissellement dépendant de la pluviométrie maximale
Source : Louis Duret. Estimation des débits de crue à Madagascar (Page 69).
XXII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Abaque 2 : Détermination des coefficients A, B et K
Source : U.S Army Engineer Waterways Experiment Station, 1990. Hydraulic design of spillways.
XXIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Abaque 3 : Diagramme de Moody
Source : Wikipédia.
XXIV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Abaque 4 : Coefficient de perte de charge sur une dérivation sans concordances
Source : Lancastre Armando. Hydraulique générale (Page 481).
XXV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Abaque 5 : Choix de turbines
Source : SHEMA, 2010. Dimension des turbines (Page 9, 11, 13 et 15).
XXVI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Source : Dive turbinen GmbH & Co. KG. Information produite DIVE-Turbine (Page 4).
XXVII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Annexe.IV. CALCUL DE STABILITÉS DU DÉFLECTEUR, DU BARRAGE ET DU MUR DE PROTECTION IV.1. Stabilité du déflecteur IV.1.1. Inventaire des forces Pour mieux comprendre l’étude, il convient d’abord d’établir l'inventaire des actions auxquelles est soumis le déflecteur. Les diagrammes des forces sur le déflecteur sont représentés dans la Figure 20.
Les forces à considérer sont :
- Le poids propre du déflecteur ; - La poussée de l’eau ; - Le poids de l’eau au-dessus du déflecteur ; - La poussée des sédiments saturés.
IV.1.1.1. Poids propre de la structure Cette action est favorable à la stabilité de l’ouvrage et constitue la force stabilisatrice principale en raison de notre déflecteur qui est de type poids. Le poids de l’ouvrage est obtenu par le produit de son poids volumique par son volume. On a donc :
푊푏 = 훾푏. 푉푏
Avec :
푊푏 : poids total du déflecteur [daN] ;
3 훾푏 : poids volumique du béton [daN/m ] ;
3 푉푏 : Volume total du déflecteur [m ].
3 3 Application numérique : 훾푏 = 2500 [푑푎푁/푚] et 푉푏 = 2,1 [푚]
Après calcul, on trouve :
푊푏 =5 300,5 [daN]
IV.1.1.2. Poussée de l’eau sur les parois C’est l’énergie de la force de pression hydrostatique exercée par l’eau sur le parement amont du déflecteur. Cette force tend à déstabiliser le déflecteur qui a pour expression.
1 퐹 = . 훾 . ℎ . [ℎ + 2. 퐻 ] 푒 2 푊 푏 푏 0 Avec :
퐹푒 : poussée de l’eau [daN] ;
XXVIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
: poids volumique de l’eau [daN/m3] ; 훾푊
ℎ푏 : hauteur du déflecteur[m] ;
퐻0: hauteur de charge au-dessus du seuil [m] égal à H0 max pour la vérification de stabilité.
3 Application numérique : ; = ; 훾푊 = 1000 [푑푎푁/푚] ℎ푏 0,9 [m] 퐻0 = 2,4[m] Après calcul, on obtient :
퐹푒 = 2 565 [daN]
IV.1.1.3. Poussée des sédiments saturés Il convient de ne pas négliger les efforts notables de poussée des sédiments pouvant s’accumuler au pied amont du déflecteur. Dans le cas d’une étude sommaire, il n’est pas possible de déterminer avec exactitude les paramètres des sédiments une fois décantés en amont du seuil, l’angle de frottement interne de la masse du massif de sédiments qui interviennent dans le calcul de la poussée. D’autant plus que la poussée des sédiments est variable dans le temps et l’espace. À ce stade de l’étude, il convient d’établir des hypothèses : supposons que l’ensemble de la retenue derrière le seuil est rempli de sédiments de 0,5 [m] de hauteur et l’angle de frottement interne est de 25°.
1 휋 휙 퐹 = . 훾 . ℎ2. 푡푎푛2 [ − ] 푠 2 푖 푖 4 2 Avec :
퐹푆 : poussée des sédiments saturés en [daN] ;
3 훾푖: poids volumique des sédiments saturés en [N/m ] ;
ℎ푖: épaisseur de la sédimentation [m] ;
휙: angle de frottement interne des sédiments.
3 Application numérique : 훾푖 = 1600 [푑푎푁/푚] ; supposons que ℎ푖 = 0,5 [m] et l’angle de frottement interne est de 25°
Après calcul on trouve :
퐹푆 =200 [daN]
IV.1.1.4. Surcharge sur le déflecteur Elle est donnée par la relation
푊푒 = 훾푒. 푉푒
Avec : XXIX RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
3 훾푒 : poids volumique de l’eau [daN/m ] ;
3 푉푒 : volume de l’eau concerné [m ].
3 3 Application numérique : 훾푒 = 1000 [푑푎푁/푚] ; 푉푒 = 0,034 [푚]
On trouve :
푊푒 = 34 [daN]
NB : On néglige les forces de sous pressions qui sont tout à fait négligeables dans ce cas parce que le déflecteur se repose sur un seuil rocheux sein.
IV.1.2. Conditions de stabilité IV.1.2.1. Stabilité au glissement Sous l’effet de la poussée de l’eau et des terres, le déflecteur tend à glisser sur sa base. C’est son poids et son ancrage qui l’empêchent de glisser. La résistance à ces forces horizontales (résistance au cisaillement) est procurée par les fondations grâce à leur cohésion « c » et à leur coefficient de frottement « tg φ ». Habituellement, on néglige la cohésion en considérant qu’il s’agit d’une caractéristique variable et aléatoire dont la pérennité en milieu saturé n’est pas assurée. En ce qui concerne le coefficient de frottement, on adopte en général la valeur de 0,75 ; cette dernière valeur est utilisée pour le frottement béton sur béton et béton sur rocher de qualité. Si la fondation est constituée de roche plus tendre (calcaire, marne), on peut être amené à adopter une valeur inférieure de l’ordre de 0,6. [31]
Ainsi l’expression du coefficient de sécurité au glissement se simplifie par :
∑ 퐹 퐾 = . 푡푔φ ≥ 1,5 퐺 ∑ 푊
퐾퐺 : coefficient de stabilité au glissement ;
∑ 퐹 : somme des forces normales à la surface de contact [daN] ;
∑ 푊 : sommes des forces qui tend à déplacer le déflecteur vers l’aval [daN].
Les calculs ont montré un coefficient 퐾퐺 = 1,5 ; donc le déflecteur est stable au glissement.
IV.1.2.2. Stabilité au renversement Le deuxième mode direct de rupture pour un déflecteur est le renversement. La cause d’une telle rupture est l’existence de forces horizontales suffisamment élevées comparées aux forces verticales pour amener la résultante de toutes les forces agissant sur le déflecteur. Lorsque la résultante s’approche du pied aval au point N, les contraintes de compressions dans le béton croissent rapidement ; ainsi la rupture par renversement serait précédée et accélérée par une rupture locale par compression du pied aval de l’ouvrage. Comme tout mouvement de rotation, le renversement de XXX RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
l’ouvrage est déterminé par le moment des forces. D’où la condition de stabilité au renversement :
ℳ푠푡 ⁄푁 퐾푟 = ≥ 1,5 ℳ푟 ⁄푁
퐾푟 : coefficient de stabilité au reversement ;
ℳ푠푡 ⁄푁 : moments des forces stabilisants par rapport à N [daN] ;
ℳ푟 ⁄푁 : moments des forces renversantes par rapport à N [daN].
ℳ푠푡 ℳ푟 Application numérique : ⁄푁 = 6 706 [daNm/ml] et ⁄푁 = 1 304,4 [daNm/ml] On trouve :
퐾푟 = 5
IV.1.2.3. Stabilité interne Le but est de vérifier si les contraintes exercées sur le sol de fondation ne dépassent pas sa capacité portante admissible c'est-à-dire qu’il faut que la valeur de la contrainte maximale 휎푚푎푥 soit inférieure à la contrainte au sol de fondation 휎푠 ou 휎. Cette vérification s’effectue à partir des moments par rapport au centre de la base c'est- à-dire, le point I, donné en valeur algébrique, et à partir des efforts normaux. Par conséquent, la vérification des contraintes sur le sol de fondation est obtenue par l’expression suivante :
푁 6. ℳ 휎 = ± ≤ 휎 푚푎푥 푆 퐵2 Avec :
휎푚푎푥 : Contrainte maximale [bars] ;
푁 : Somme des efforts normaux à la section en tenant compte le sens de projection [daN] ;
푆 : Surface de base de fondation [m2/ml] ;
ℳ : moment fléchissant par rapport au point I (centre de gravité de la section de base de fondation) [daNm/ml] ;
퐵 : base de la fondation c’est-à-dire la largeur du déflecteur [m].
IV.1.2.4. Règle du tiers centrale D’après M. Levy, pour qu’il n’apparaisse aucune traction sur les fibres de la section, il suffit que la résultante ne sorte pas du tiers central de la section. Dans le
XXXI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
cas contraire, une fissure horizontale de traction risque d’apparaître à l’amont, ce qui diminue la résistance au cisaillement du déflecteur. La fissure engendrera une rupture suivie d’un renversement et de glissement. Ainsi, il est obligatoire de vérifier que la résultante des forces passe par le tiers central, c’est-à-dire à 1/6 près du centre de la base.
퐵 푒 < 6 Avec :
푒 : l’excentricité est définie comme étant la distance entre la moitié de la base de fondation et le point de rencontre de la force résultante avec la base de la fondation, exprimé par
ℳ 푒 = 푁 ℳ : somme des moments des forces appliquées par rapport à I [daNm/ml] ;
푁 : somme des efforts normaux à la section [daN] ;
푒 : excentricité à la base [m].
On trouve 풆 = ퟎ, ퟎퟔ [풎]
IV.1.3. Canne d’ancrage Pour assurer complètement la stabilité du déflecteur, il faut prendre des précautions de mettre des cannes d’ancrage.
Pour connaitre les armatures nécessaires pour l’ancrage, on va déterminer les efforts tranchants qui agissent au pied du corps du déflecteur. Pour le cas étudié il n’y a que la poussée de l’eau et de sédiment.
푇 = ∑ 퐹푖
On trouve T = 2757 [daN]
La section des armatures de l’ancrage est obtenue par :
푇 퐴 = 휎푎
푇 : effort tranchant ;
휎푎 : contrainte admissible de l’acier.
2 On utilise des barres lisses, alors 휎푎 = 1 440 [daN/ Cm ]
D’où, A = 1,9 [Cm2] XXXII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
On trouve que dans une tranche de 1mL du déflecteur, on met 2 barres de diamètre 10 [mm]. IV.2. Stabilités du barrage Le principe de dimensionnement est le même que celui du déflecteur.
Tous calculs faits sur Excel, on a les résultats suivants :
Tableau 87 : Valeurs des forces et des moments agissants sur le déflecteur
Désignations Notations Valeurs Unités
Poussée de l'eau 3 Poids volumique de l'eau 푊푒 1000 [kg/m ] Hauteur du barrage ℎ푏 2,5 [m]
Lame d'eau au-dessus du seuil 퐻0 2,2 [m]
Poussée de l'eau 퐹푒 8523,7 daN ℳ Moment/N ⁄푁 7102,8 daNm ℳ Moment/I ⁄퐼 7102,8 daNm Poids de l’eau au-dessus du barrage Poids volumique de l'eau 1000 [kg/m3] Volume de l'eau au-dessus du Ve 0,0427 [m3] barrage Poids de l'eau au-dessus du We 42,7 daN barrage ℳ Moment/N ⁄푁 163,5 daNm ℳ Moment/I ⁄퐼 79,0 daNm Poussée du sédiment 3 Poids volumique du sédiment 훾푖 1600 [kg/m ] Angle de frottement 휙 25 [°C]
Épaisseur du sédiment ℎ푖 0,5 [m]
Poussée du sédiment 퐹푠 199,7 daN ℳ Moment/N ⁄푁 73,2 daNm Désignations Notations Valeurs Unités ℳ Moment/I ⁄퐼 73,2 daNm Poids propre du béton 3 Poids volumique du béton 훾푏 2500 [kg/m ] Volume du béton 푉푏 7,04 [m3] Poids du barrage 푊푏 17600 daN ℳ Moment/N ⁄푁 42592 daNm ℳ Moment/I ⁄퐼 7744 daNm
XXXIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Après le calcul de la force et du moment de chaque contrainte, on peut tirer les coefficients de glissement et de renversement de l’ouvrage ainsi que l’excentricité et la contrainte maximale.
Tableau 88 : Vérification des conditions de stabilités du barrage
Coefficients 퐾퐺 퐾푟 푒 휎푚푎푥 Valeurs 1,52 5,96 0,04 1,1 calculées Valeurs limites ≥ 1,5 ≥ 1,5 < 0,67 [m] ≤4 [MPa] Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 87.
Selon ce dernier tableau, le barrage est stable, alors les prédimensionnements proposés sont valables.
IV.3. Stabilités du mur de protection Le principe de calcul de la stabilité du mur est le même que celui du barrage. Pour le barrage c’est la force de l’eau qui tend à renverser l’ouvrage mais pour le cas du mur, c’est la poussée de terre (remblai, talus).
Les poussées majeures qui agissent sur le mur sont :
- La poussée de terre ; - Le poids propre du mur.
Selon Rankine, la poussée des terres s’exprime comme suit :
퐴. 퐻 2. 훾 푃 = 푚푢푟 푟 푇 2 Où :
푃푇 : poussée des terres [daN] ;
휋 휙 퐴 : coefficient de poussée selon Rankine qui est égale à 푡푎푛2 [ − ] ; 4 2
휙 : angle de frottement interne du sol, soit 30 ;
퐻푚푢푟 : hauteur totale du mur, soit 3,7 [m] ;
3 훾푟 : poids volumique du remblai qui est égal à 1600 [daN/m ].
Après calcul on trouve :
푃푇퐻 = 3 130 [daN]
푃푇푉 = 1 807,1 [daN]
푃푇퐻 : composante horizontale de la poussée de terres ;
XXXIV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
푃푇푉 : composante verticale de la poussée de terres.
Le poids du mur est donné par la relation :
푃푚 = 훾푏. 푉푏
Avec :
3 훾푏 : poids volumiques du mur [daN/m ] ;
3 푉푏 : volume du mur [m /mL].
On trouve
푷풎 = ퟗ ퟐퟓퟎ [퐝퐚퐍]
Tableau 89 : Moments de forces appliqués sur le mur Force Moment/N Moment/0 Désignations [daN] [daNm] [daNm] Poussée de terre (composante 3 130 3 849,8 3 849,8 horizontale) Poussée de terre (composante 1 807,1 2 710,62 1 355,3 horizontale) Poids propre du mur 9 250 8 880 1942,5 Source : Auteur du rapport à partir des calculs sur Excel. Tableau 90 : Vérification de la stabilité du mur
Coefficients 퐾퐺 퐾푟 푒 휎푚푎푥 Valeurs 2,65 3,01 0,17 0,16 calculées Vérifications ≥ 1,5 ≥ 1,5 < 0,6 [m] ≤4 [MPa] Source : Auteur du rapport à partir des données dans le Tableau 89.
XXXV RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
TABLE DES MATIÈRES
REMERCIEMENTS ...... I
SOMMAIRE...... II
LISTE DES ABRÉVIATIONS ...... III
LISTE DES ILLUSTRATIONS ...... V
LISTE DES TABLEAUX ...... V
LISTE DES FIGURES ...... VIII
LISTE DES ABAQUES ...... IX
LISTE DES CARTES ...... IX
LISTE DES PHOTOS ...... IX
INTRODUCTION ...... 1
...... 3
GÉNÉRALITÉS ET PRÉSENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE………4
I.1 GÉNÉRALITÉS ...... 4 I.1.1 Contexte du projet Énergie de l’ONUDI Madagascar ...... 4 I.1.2 Historique du projet de Marobakoly ...... 4 I.1.3 Description du stage ...... 5
I.2 LOCALISATION ET SITUATION ADMINISTRATIVE ...... 5 I.2.1 Région Sofia ...... 5 I.2.2 District d’Antsohihy ...... 6 I.2.3 Site de Marobakoly ...... 6
I.3 ACCÈS AU SITE DE MAROBAKOLY ...... 8
I.4 MILIEU PHYSIQUE ...... 8 I.4.1 Relief ...... 8 I.4.2 Aspect géologique et géomorphologique générale ...... 9 I.4.3 Pluviométrie ...... 10 I.4.4 Hydrographie du bassin de Marobakoly ...... 10 I.4.5 Occupation du sol ...... 10
XXXVI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
ASPECTS SOCIOÉCONOMIQUES ET ESTIMATION DES BESOINS EN ÉLECTRICITÉ ...... 13
II.1 ASPECTS SOCIAUX...... 13 II.1.1 Population ...... 13 II.1.1.1 Répartition ethnique ...... 13 II.1.1.2 Répartition de la population ...... 13 II.1.1.3 Localisations et choix des localités cibles ...... 14
II.2 ASPECTS ÉCONOMIQUES ...... 17 II.2.1 Agriculture...... 17 II.2.2 Élevage et pêche ...... 18 II.2.3 Transport, communication et information ...... 18 II.2.4 Situation actuelle de l’énergie ...... 18 II.2.5 Étude des besoins en électricité ...... 19 II.2.5.1 Segmentation des ménages cibles ...... 19 II.2.5.1.1.1 Ménage à revenu faible (MRF) ...... 20 II.2.5.1.1.2 Ménage à revenu moyen (MRM) ...... 20 II.2.5.1.1.3 Ménage à revenu élevé (MRE) ...... 20 II.2.5.2 Activités génératrices de revenus ...... 21 II.2.5.2.1 Petites unités industrielles ...... 21 II.2.5.2.2 Commerces et services ...... 21 II.2.5.2.3 Divertissement ...... 21 II.2.5.3 Institutions ...... 22 II.2.6 Évolution du nombre de clients cibles...... 22 II.2.6.1 Coefficient d’utilisation ...... 30 II.2.6.1.1 Évolution de la consommation d’énergie des abonnées ...... 30 II.2.6.2 Études de la demande et de la consommation de la ville d’Antsohihy...... 32
II.3 CONCLUSION PARTIELLE ...... 34
...... 35
ÉTUDES PLUVIOMÉTRIQUE ET CLIMATOLOGIQUE DE LA ZONE D’ÉTUDE…...... 36
XXXVII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.1 ÉTUDE PLUVIOMÉTRIQUE ...... 36 I.1.1 Présentation des données pluviométriques ...... 36 I.1.1.1 Pluviométries moyennes mensuelles ...... 36 I.1.1.2 Pluviométries maximales journalières de 24 heures ...... 36 I.1.1.3 Ajustement des données pluviométriques ...... 37 I.1.1.3.1 Ajustement des pluviométries moyennes mensuelles ...... 37 I.1.1.3.2 Ajustement des pluies maximales journalières de la station d’Antsohihy ...... 38 I.1.1.4 Étude pluviométrique de la station installée à Marobakoly ...... 40
I.2 ÉTUDE CLIMATOLOGIQUE ...... 41 I.2.1 Vent ...... 41 I.2.2 Température ...... 41 I.2.3 Humidité relative ...... 41 I.2.4 Évapotranspiration (ETP) ...... 41 I.2.4.1 Méthode de Blaney-Criddle ...... 42 I.2.4.2 Formule de Thornthwaite ...... 42 I.2.4.3 Méthode de Turc ...... 43
ÉTUDE HYDROLOGIQUE……………………………………………....45
II.1 NOTION DU BASSIN VERSANT (BV) ...... 45 II.1.1 Délimitation du bassin versant topographique ...... 45 II.1.2 Caractéristique du BV ...... 47 II.1.2.1 Superficie et périmètre du bassin versant...... 47 II.1.2.2 Indice de compacité de Gravelius ...... 47 II.1.2.3 Longueur du rectangle équivalent ou longueur du plus long cheminement hydraulique ...... 48 II.1.2.4 Altitudes caractéristiques ...... 49 II.1.2.4.1 Courbe hypsométrique ...... 49 II.1.2.4.2 Altitude maximale et altitude minimale ...... 50 II.1.2.4.3 Altitude moyenne ...... 51 II.1.2.4.4 Z5% et Z95% ...... 52 II.1.2.5 Pente moyenne du bassin versant ...... 52
II.2 TEMPS DE CONCENTRATION ...... 53 II.2.1 Formule de Passini ...... 53
XXXVIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.2.2 Formule de Ventura ...... 53
II.3 COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT ...... 54
II.4 ESTIMATION DES APPORTS ...... 55 II.4.1 Méthode CTGREF ...... 55 II.4.2 Méthode de la station de référence (STR) ...... 56
II.5 ESTIMATION DES CRUES DE DIFFÉRENTES PÉRIODES DE RETOUR ...... 59 II.5.1 Méthode Louis Duret ...... 59 II.5.2 Méthode de Chaperon et Al ...... 61 II.5.3 Méthode de la station de référence ...... 62 II.5.4 Choix de la méthode adoptée pour le calcul de crues et choix de la crue du projet ...... 62
II.6 ÉTUDE DE LA STATION INSTALLÉE SUR LE FLEUVE ANJINGO À MAROBAKOLY ...... 63
II.7 DÉBITS MOYENS JOURNALIERS, MENSUELS ET ANNUELS, DÉBITS CARACTÉRISTIQUES
ET DÉBIT RÉSERVÉ ...... 64 II.7.1 Débit moyen journalier ...... 64 II.7.2 Débit moyen mensuel et débit moyen annuel (module) ...... 65 II.7.3 Courbe des débits classés et débits caractéristiques ...... 66 II.7.4 Débit réservé ...... 68
...... 69
DONNÉES PRINCIPALES SUR L’AMÉNAGEMENT…………………70
I.1 INTRODUCTION ...... 70
I.2 VARIANTE I SUR LA RIVE DROITE ...... 70 I.2.1 Débit d’équipement ...... 70 I.2.2 Dimensionnement des ouvrages du génie civil et des équipements électromécaniques ...... 71 I.2.2.1 Ouvrages du génie civil ...... 71 I.2.2.1.1 Déflecteur ...... 71 I.2.2.1.1.1 Hauteur du déflecteur ...... 71 I.2.2.1.1.2 Longueur du seuil et hauteur de la charge ...... 72 I.2.2.1.1.3 Profil du seuil ...... 72 I.2.2.1.1.4 Étude de stabilité du déflecteur ...... 74 I.2.2.1.1.5 Ouvrage annexe du déflecteur (mur de protection) ...... 74 I.2.2.1.2 Dimensionnement de l’ouvrage de prise ...... 75
XXXIX RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.2.2.1.3 Dessableur ...... 77 I.2.2.1.3.1 Ouvrages annexes du dessableur ...... 80 I.2.2.1.3.1.1 Vanne de purge ...... 80 I.2.2.1.3.1.2 Déversoir ...... 80 I.2.2.1.4 Conduite d’amenée ...... 81 I.2.2.1.5 Chambre de mise en charge ...... 81 I.2.2.1.6 Conduite forcée ...... 84 I.2.2.1.7 Usine ...... 87 I.2.2.1.8 Canal de fuite ...... 87 I.2.3 Chute nette et puissance nette ...... 88 I.2.3.1 Chute nette ...... 88 I.2.3.2 Puissance nette ...... 88 I.2.4 Détermination du productible ...... 89 I.2.4.1 Équipements électromécaniques ...... 89 I.2.4.1.1 Turbine ...... 89 I.2.4.1.1.1 Choix de la turbine ...... 90 I.2.4.1.1.2 Nombre de la turbine ...... 91 I.2.4.1.1.2.1 Hauteur d’aspiration ...... 92 I.2.4.1.2 Alternateur ...... 93 I.2.4.1.2.1 Caractéristiques de l’alternateur ...... 93 I.2.4.1.3 Poste de transformation ...... 94 I.2.4.1.4 Transport en ligne et réseau de distribution ...... 94 I.2.4.1.5 Équipements auxiliaires ...... 95
I.3 VARIANTE II ET VARIANTE III ...... 95 I.3.1 Débit d’équipement ...... 95 I.3.2 Dimensionnement des ouvrages du génie civil et des équipements électromécaniques ...... 95 I.3.2.1 Ouvrages du génie civil ...... 96 I.3.2.1.1 Dimensions et stabilités du barrage ...... 96 I.3.2.1.1.1 Dimensions du barrage ...... 96 I.3.2.1.1.2 Stabilité du barrage ...... 97 I.3.2.1.1.3 Ouvrage annexe du barrage ...... 97 I.3.2.1.1.3.1 Ouvrage de chasse ...... 97 I.3.2.1.1.3.2 Mur de protection ...... 98
XL RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
I.3.2.1.2 Dimension de la prise d’eau ...... 98 I.3.2.1.3 Dimension du dessableur ...... 99 I.3.2.1.4 Canaux d’amenés pour les variantes II et III ...... 99 I.3.2.1.5 Chambre de mise en charge ...... 101 I.3.2.1.6 Conduite forcée en acier ...... 102 I.3.2.1.7 Usine et canal de restitution ...... 102 I.3.3 Chute nette et puissance nette ...... 103 I.3.4 Productibles ...... 103 I.3.4.1 Équipements électromécaniques ...... 104 I.3.4.1.1 Turbine ...... 104 I.3.4.1.1.1 Choix de la turbine ...... 104 I.3.4.1.1.2 Éléments constitutifs de la turbine Banki ...... 104 I.3.4.1.2 Alternateur ...... 105 I.3.4.1.3 Multiplicateur de vitesse ...... 105 I.3.4.1.4 Transformateur, ligne de transport et réseau de distribution ...... 105 I.3.4.1.5 Auxiliaires de la centrale ...... 106
CADRAGE ENVIRONNEMANTAL…………………………………..107
II.1 INTRODUCTION ...... 107 II.1.1 Mise en contexte et description du projet ...... 107 II.1.2 Cadrage légal et règlementaire applicable au projet ...... 107 II.1.2.1 Charte de l’environnement ...... 108 II.1.2.2 Décret MECIE ...... 108 II.1.2.3 Réforme du secteur de l’électricité ...... 108 II.1.2.4 Code de l’eau ...... 108 II.1.2.5 Décret relatif à l’utilisation hydroélectrique de l’eau ...... 108 II.1.3 Élaboration des différents impacts ...... 109 II.1.3.1 Impacts économiques ...... 109 II.1.3.2 Impacts sociaux ...... 109 II.1.3.3 Impacts environnementaux ...... 110 II.1.3.3.1 Impacts sur l’eau ...... 110 II.1.3.3.2 Impacts sur la faune et la flore ...... 110 II.1.3.3.3 Impacts sur le sol et l’air ...... 110 II.1.3.3.4 Évaluation des impacts ...... 110
XLI RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
II.1.3.3.4.1 Intensité ...... 110 II.1.3.3.4.2 Portée ou étendue ...... 111 II.1.3.3.4.3 Durée ...... 111 II.1.4 Études comparatives des impacts ...... 112 II.1.5 Analyse des risques et des dangers ...... 112 II.1.6 Mesures d’atténuation ...... 113 II.1.7 Établissement du Plan de Gestion Environnementale (PGE) ...... 114
II.2 FICHE DE TRI DE LA VARIANTE RETENUE ...... 114
121
ÉTUDES ÉCONOMIQUES DES VARIANTES……………………….122
I.1 OBJECTIF ...... 122
I.2 ÉVALUATION DES DÉPENSES ...... 122 I.2.1 Coûts d’investissements ou le CAPEX ...... 122 I.2.2 Coûts d’exploitations (OPEX) ...... 124 I.2.2.1 Coûts de fonctionnements ...... 124 I.2.2.2 Frais de personnels ...... 124 I.2.2.3 Coûts de maintenance et entretien ...... 125 I.2.2.4 Amortissement ...... 125
I.3 RECETTE D’EXPLOITATION ...... 126
I.4 ÉTUDE DE LA RENTABILITÉ DU PROJET ...... 126 I.4.1 Valeur actuelle nette (VAN) ...... 126 I.4.2 Taux de rentabilité interne (TRI) ...... 126
I.5 COÛT ACTUALISÉ DE L’ÉNERGIE (LCOE) ...... 127
CHOIX DE LA VARIANTE À RETENIR………………………………130
II.1 GÉNÉRALITÉ ...... 130
II.2 ÉVALUATION DES TROIS VARIANTES D’AMÉNAGEMENTS POSSIBLES SUR LE SITE DE
MAROBAKOLY ...... 131
CONCLUSION ...... 135
BIBLIOGRAPHIE ...... 136
ANNEXES……………………………………………………………………………………..I
XLII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
ANNEXE.I. PLANS ...... II
ANNEXE.II. ÉTUDES PLUVIOMÉTRIQUE, CLIMATOLOGIQUE ET HYDROLOGIQUE ...... XIII
II.1.1 Pluies journalières ...... XIII II.1.1.1 Pluviométries mensuelles ...... XIV I.1.1.1.1 Données pluviométriques ...... XIV I.1.1.1.2 Test d’ajustement de Khi-deux χ2 ...... XV II.1.1.2 Pluviométries maximales journalières de 24 heures ...... XIX
ANNEXE.III. ABAQUES ...... XXII
ANNEXE.IV. CALCUL DE STABILITÉS DU DÉFLECTEUR, DU BARRAGE ET DU MUR DE PROTECTION ...... XXVIII
IV.1.1 Inventaire des forces ...... XXVIII IV.1.1.1 Poids propre de la structure ...... XXVIII IV.1.1.2 Poussée de l’eau sur les parois ...... XXVIII IV.1.1.3 Poussée des sédiments saturés ...... XXIX IV.1.1.4 Surcharge sur le déflecteur ...... XXIX IV.1.2 Conditions de stabilité ...... XXX IV.1.2.1 Stabilité au glissement ...... XXX IV.1.2.2 Stabilité au renversement ...... XXX IV.1.2.3 Stabilité interne ...... XXXI IV.1.2.4 Règle du tiers centrale ...... XXXI IV.1.3 Canne d’ancrage ...... XXXII
XLIII RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
FICHE DE RENSEIGNEMENT
Auteur : RAHARIFENITRARIVO Jean Fabien
Adresse de l’auteur : Ambohimasy II - Belazao
Antsirabe II 111 - Madagascar
Tél : +261 34 61 435 27
Email : [email protected]
Titre du mémoire : « » Nombre de pages : 137
Nombre de figures : 24
Nombre de photos : 3
Nombre d’abaques : 5
Nombre de tableaux : 90
Nombre de cartes : 6
Nombre d’annexes : 4
Directeur de mémoire : RAKOTO David Rambinintsoa
Grade : Professeur titulaire
Tél : +261 33 11 292 77
Résumé Le présent document constitue l’étude sommaire du projet d’aménagement hydroélectrique du site Marobakoly dans le fokontany Ambalavelona Bas, commune rurale Antsahabe, Région Sofia. Trois variantes ont été proposées pour l’aménagement du site. La première et la troisième variante consistent à aménager les centrales du côté rive droite, tandis que la deuxième variante se concentre sur le côté rive gauche. D’après les études (socioéconomique, hydrologique, technique, environnementale et financière) que nous avons entreprises, on trouve que la variante I est la plus avantageuse. Cette variante présente des spécificités au niveau de : - Barrière d’eau : afin de dévier l’eau vers la prise, on ne construira pas un barrage sur toute la largeur du fleuve, mais on le remplace par un déflecteur. Cette idée nous permet de réduire la dépense et les travaux du génie civil à réaliser. - Turbine : on utilise la turbine Dive, une technologie nouvellement créée par le fabricant dans les dix dernières années. En termes de production, avec une puissance 202,6 [kW], la centrale pourra satisfaire les besoins des localités desservis pendant 10 mois/12 de l’année durant les 20 ans à venir.
Mots clés : Déflecteur - Hydroélectricité - LCOE - Microcentrale - Turbine Dive – Variante
Summary This document is a summary study of the Marobakoly hydroelectric development project in the fokontany Ambalavelona Bas, rural municipality Antsahabe, Sofia region. Three variants have been proposed for the development of the site. The first and third variants consist of installing the power plants on the right bank side. The second variant tends to concentrate on the left bank side. Based on the studies (socioeconomic, hydrological, technical, environmental and financial) that have been done, Variant I is found to be the most advantageous. This variant has specific features at the level of: - Catchment system: in order to divert water to the intake, a dam will not be built over the entire width of the river, but it will be replaced by a deflector. This idea allows us to reduce the cost and work of civil engineering that has to be carried out; - Turbine: the Dive turbine is used, which is a technology that has recently been innovated by the manufacturer in the last ten years. In terms of production, with a capacity of 202.6 [kW], the plant will be able to meet the needs of communities served for 10 months/12 of the year in the next 20 years.
Keywords: Deflector - Dive turbine - Hydroelectric power - LCOE - Small hydropower – Variant.