République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE AHMED DRAIA ADRAR FACULTE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA MATIERE MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER EN PHYSIQUE ENERGETIQUE Évaluation du gisement énergétique éolienne de la région des hauts-plateaux Soutenu : Mai 2017 Présenté par : Hamadha Latifa Slama Kaltoum Encadré par : Dr. MAOUEDJ Rachid URER-MS. Adrar Co-encadreur: Dr. BENMEDJAHED Miloud URER-MS. Adrar Président : Mr. OMARI Boumediene Université d’Adrar Examinateur : Mr. LARBI Ahmed Amine URER-MS. Adrar 2016-2017 Remerciements Avant toute chose, Nous remercions Dieu le tout puissant de nous avoir donnée courage, patience et force durant toutes ces années d'étude. Le présent travail a été réalisé à l’Unité de recherche en énergies renouvelables au milieu saharienne (URMER) d’ADRAR, sous la direction du Docteur Maouedj Rachid. Nous remercions en particulier notre Encadreur Dr. Maouedj Rachid, Maitre de recherche à l’unité de recherche des énergies renouvelables au milieu saharienne d’ADRAR, pour le soutient et pour tout le bagage scientifique qui nous a transmis durant ce projet. Nous remercions le Co-encadreur Dr. BENMEDJAHED Miloud Maitre de recherche à l’unité de recherche des énergies renouvelables au milieu saharienne d’ADRAR (URER-MS) pour son aide à finaliser ce travail. Nous exprimons nos reconnaissances et remerciements à " " Mr. OMARI Boumediene Maitre assistant A à l’Université Ahmed Draia Adrar, qui a accepté la présidence de l’éminent jury de cette mémoire. Nous remercions profondément Mr. LARBI Ahmed Amine, chercheur à l’unité de recherche des énergies renouvelables au milieu saharienne d’ADRAR (URER-MS), d’avoir accepté d’examiner ce travail. Nous remercions l’ensemble des enseignants du département des sciences technologies pour leur patience durant notre étude. Dédicace Je dédie ce modeste travail à : *Mes parents *Mes frère et sœurs *Mes amies *Mes professeures *Mes collègues À tous ma famille, que ce soit à l’intérieure ou l’extérieure De la wilaya d’Adrar Latifa Hamadha Dédicaces Je dédie ce modeste travail à : - Mes parents sont chers à mon cœur. - Mes Sœurs. - Enfants des mes Sœurs. - Ma tante et mes oncles. - Enfants de ma tante et à enfants de mes oncles. -Et à mes amis. -Mes professeurs. -Mes collègues. Et À toute famille, que ce soit à l’intérieur ou à l’extérieur de la Daïra d’Inghare. Kaltoum Slama NOMENCLATURES ET ABREVIATIONS PN : Puissance nominale (W) VD : Vitesse de démarrage (m/s) VN : Vitesse nominale (m/s) VM : Vitesse d’arrêt de la machine (m/s) Vm : Vitesse moyenne du vent (m/s) 2 Pdisp : Potentiel éolien moyen disponible (W/m ) 2 Préc : Puissance moyenne récupérable (W/m ) k : Facteur de forme c : Facteur d'échelle (m/s) ρ0 : Masse volumique de l’air dans les conditions standard ρ : Masse volumique de l’air P : Pression atmosphérique (N/m2) R : Constante des gaz, 287,04 J/kgK, PW : Puissance annuelle disponible non corrigé, PWext: Récupérable non corrigé Pc : Puissance annuelle disponible corrigée PcWext: Puissance récupérable corrigée CF: Facteurs de capacité (%) fW (v) : Fonction de distribution de Weibull fR (v) : Fonction de distribution de Rayleigh Γ(x) : Fonction Gamma V 3 : Vitesse cubique moyenne du vent σ2 : Variance EC : Énergie cinétique du vent β : Angle de calage [°] CT: Coefficient de couple [-] CP: Coefficient de puissance [-] Sommaire Introduction générale 1 Chapitre I : Généralités sur le vent 1 .Introduction …………………………………………………………………………...3 2 .Le vent ………………………………………………………………………………...3 3 .Caractéristiques du vent ……………………………………………………………….3 3.1. Le vent géostrophique……………………………………………………….4 3.2. Le vent thermique…………………………………………………………....5 3.3. Le vent solaire………………………………………………………………..5 4. Présentation générale de l’atmosphère…………………………………………………5 5. Les couches de l’atmosphère………………………………………………………......6 1. La troposphère……………………………………………………………......7 2. La stratosphère………………………………………………………………..7 3. La mésosphère……………………………………………………………......7 4. La thermosphère……………………………………………………………...7 6. La Couche limite atmosphérique (CLA) ……………………………………………...7 1. Définition. …………………………………………………………………....7 2. La Couche limite de surface (CLS) ……………………………………….....8 3. La Couche limite d’Eckerman……………………………………………......8 7. Mesurer la vitesse du vent et la direction du vent……………………………………..8 7.1. Histoire de mesure du vent………………………………………………………......8 7.2. Les instruments de mesure……………………………………………………….......8 1. Anémomètre…………………………………………………………………..8 2. Girouette……………………………………………………………………...9 3. Data logger……………………………………………………………………9 8. Origine de vent…………………………………………………………………….......9 9. La force du gradient de pression……………………………………………………...10 10. Force de Coriolis……………………………………………………………….........10 11. La force de frottement de la Terre…………………………………………………..11 12. Les grands systèmes de vent………………………………………………………...11 13. Les vents locaux…………………………………………………………………......12 14. Les vents de vallée à grande échelle………………………………………………...13 1. La brise de pente……………………………………………………………………...13 2. La brise de vallée………………………………………………………………….......13 15. Inconvénients des brise-vent………………………………………………………...14 16. La connaissance du vent en aéronautique……………………………………………14 17. Conclusion……………………………………………………………………….......14 18. Références bibliographie……………………………………………………….........14 Chapitre II : Etat de l’art des systèmes de conversion d’énergie éolienne 1. Introduction…………………………………………………………………………..16 2. Définition de l'énergie éolienne……………………………………………………....16 vii 3. Histoire de l'énergie éolienne…………………………………………………………..17 4. Les avantages et inconvénients de l’énergie……………………………………….......19 1. Avantages………………………………………………………………………19 2. Inconvénients…………………………………………………………………...19 5. Les différents types d’éoliennes……………………………………………………….19 5.1. Eolienne à axe vertical……………………………………………………………….19 5.1. a. Avantages………………………………………………………………….20 5.1. b. Inconvénients……………………………………………………………...20 5.2. Eoliennes à axe horizontal…………………………………………………………...21 5.2. a. Avantages………………………………………………………………….21 6. Principe de fonctionnement d’une éolienne…………………………………………...21 7. Principes et éléments constitutifs d’une éolienne……………………………………..22 8. Critères de choix pour les sites éoliens………………………………………………..25 A-Critères Naturels...…………………………………………………………......25 9. Conclusion………………………………………………………………………….....26 10. Références bibliographie……………………………………………………………..26 Chapitre III : Présentation des caractéristiques des sites étudiés 1. Introduction…………………………………………………………………………....28 2. Situation géographique de la wilaya Batna ……………………………..………………28 1. Population et activités ………………………………………………………......28 2. Climat ………………………………………………………………………......29 3. Relief……………………………………………………………………………29 -Les hautes plaines telliennes………………………………………………….29 -Les reliefs montagneux ………………………………………………………29 -Les Hautes Plaines steppiques. 3.764 Km2 (31%)…………………………....30 4. Secteur de l'Agriculture……………………………………………………......30 5. Activités Industrielles……………………………………………………….....31 -Projets locaux inscrits………………………………………………………...31 -Données climatiques à Batna…………………………………………………31 3. Situation géographique de la willaya El-Bayadh……………………………………...31 1. Limitées géographiques………………………………………………………....31 2. Structure de la Population………………………………………………………32 3. Le relief ………………………………………………………………………...32 4. Le climat………………………………………………………………………...33 5. Secteur de l'Agriculture………………………………………………………....34 6. Secteur de l'Industrie…………………………………………………………... 34 4. Situation géographique de la wilaya Tiaret (kaser chellala)……………………….......34 1. Population et activités …………………………………………………………..35 2. Relief …………………………………………………………………………....35 3. Climat…………………………………………………………………………....35 4. Agriculture et forets…………………………………………………………......35 5. Industrie………………………………………………………………………....35 5. Situation géographique de la wilaya M’sila……………………………………………36 1. Population……………………………………………………………………….36 2. Climat …………………………………………………………………………..36 3. Relief …………………………………………………………………………...37 4. Secteur de l'Agriculture ………………………………………………………...37 5. Activités Industrielles…………………………………………………………...38 viii 6. Conclusion………………………………………………………………………….....38 7. Références bibliographie……………………………………………………………...38 Chapitre IV : Traitement des données et interprétation des résultats 1. Introduction……………………………………………………………………………39 I. Première partie………………………………………………………………………….39 I.1. La fonction de distribution de Weibull………………………………………………39 I.2. Roses des vents………………………………………………………………………41 a)Roses des distributions des vitesses du vent……………………………………41 b) Roses des fréquences d’occurrence des classes de vent……………………….41 I.3. Méthodes de détermination des paramètres de Weibull k et c ……………………...41 3.1. Méthodes des moindres carrées……………………………………………...41 3. 2. Méthode de la médiane et les quartiles…………………………………......42 3.3. Méthode de la vitesse moyenne et la variance……………………………….42 3.4. Méthode de la vitesse moyenne et de la variabilité des vents….....................42 I.4 Extrapolation verticale de la vitesse de vent…………………………………………42 4.1. Caractéristique vitesse –altitude……………………………………………..42 4.2. Loi logarithmique……………………………………………………………43 4.3. Loi de puissance 1 /7………………………………………………………...43 4.4. Loi de puissance……………………………………………………………..43 4.5. Loi à coefficient variable…………………………………………………….44 I.5. Extrapolation des paramètres de Weibull……………………………………………44 5.1. Model modifié d’extrapolation de Justus et Mikhail………………………..44 5.2.