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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE YAHIA FARES DE MEDEA Faculté de Technologie Mémoire de fin d’études de Master Filière : énergie renouvelable Spécialité : énergie renouvelable en mécanique Contribution a l’étude d’un système éolien pour la production de l’électricité Présenté par : Fergani Mahfoud Gasmi Larbi Proposé et Dirigé par : Dr :Chiba Younes Promotion 2019 ﻣﻠﺨﺺ : ﯾﻘﺪم اﻟﻌﻤﻞ اﻟﺤﺎﻟﻲ ﻣﺤﺎﻛﺎة ﻋﺪدﯾﺔ ﻟﻨﻈﺎم اﻟﺮﯾﺎح ل ﻏﺮض إﻧﺘﺎج اﻟﻜﮭﺮﺑﺎء ﺑﻨﺎءً ﻋﻠﻰ اﻟﺠﺎﻧﺐ اﻟﻤﯿﻜﺎﻧﯿﻜﻲ ﻟﺘﻮرﺑﯿﻨﺎت اﻟﺮﯾﺎح . ﺳﻤﺢ ﻟﻨﺎ اﻟﻨﮭﺞ اﻟﻌﺪدي ﺑﺤﺴﺎب اﻟﻜﻔﺎءة اﻟﺪﯾﻨﺎﻣﯿﻜﯿﺔ اﻟﮭﻮاﺋﯿﺔ ﻟﻠﻨﻈﺎم ، وﺗﺴﺘﻨﺪ ھﺬه اﻟﺪراﺳﺔ إﻟﻰ دراﺳﺔ اﻟﻈﻮاھﺮ اﻟﻔﯿﺰﯾﺎﺋﻲ ة ـــ اﻟﻤﺨﺘﻠﻔﺔ أﺟﻞ ﻣﻦ اﻟﺘﻨﺒﺆ ﺑﺎﻟﻜﻔﺎءة اﻟﻤﯿﻜﺎﻧﯿﻜﯿﺔ ﻟﻨﻈﺎم اﻟﺮﯾﺎح ﯾﺘﻢ . ﺗﺤﻠﯿﻞ اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﺘﻲ ﺗﻢ اﻟﺤﺼﻮل ﻋﻠﯿﮭﺎ ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻟﻤﺤﺎﻛﺎة اﻟﻌﺪدﯾﺔ وﻣﻨﺎﻗﺸﺘﮭﺎ اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﯿﺔ طﺎﻗﺔ اﻟﺮﯾﺎح ، اﻟﻤﺤﺎﻛﺎة اﻟﻌﺪدﯾﺔ واﻟﻜﻔﺎءة اﻟﻤﯿﻜﺎﻧﯿﻜﯿﺔ Résumé Le présent travail de master présente une simulation numérique du système éolienne pour la production de l’électricité en se basant sur l’aspect mécanique de l’aérogénérateur. L’approche numérique nous a permis de calculer l’efficacité aérodynamique du système, Cette étude est basée sur étude paramétrique de différentes grandeurs physiques afin de prédire l’efficacité mécanique du système éolien. Les résultats obtenus par la simulation numérique sont analysés et discuté Mots clés L’énergie éolienne, simulation numérique, efficacité mécanique. ABSTRACT The present master's work presents a numerical simulation of the wind system for the production of electricity based on the mechanical aspect of the wind turbine. The numerical approach allowed us to calculate the aerodynamic efficiency of the system, This study is based on parametric study of different physical quantities in order to predict the mechanical efficiency of the wind system. The results obtained by the numerical simulation are analyzed and discussed KEYWORDS Wind energy, numerical simulation, mechanical efficiency I Remerciements Avant tout, on remercie le bon dieu, le tout puissant de nous avoir donné la force nécessaire pour mener à terme ce travail. Après cela, nous voudrions exprimer notre gratitude à M. Chiba pour sa formation, son soutien et sa disponibilité effective. Ici, ils peuvent trouver l'expression de notre profonde gratitude. En outre, nous n'oublions pas de remercier les enseignants Triki et Henini pour le soutien et les conseils qu'ils nous ont donnés pendant l'absence du professeur chiba dans la sainte Bekaa et l'Omrah, acceptable, si Dieu le veut. On tient à remercier vivement les membres de nos familles qui nous ont toujours encouragé et soutenu. On remercie, tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin à l’élaboration de ce mémoire, de même que ceux qui ont participé à notre formation, qu’ils trouvent ici l’expression de notre profonde gratitude. Enfin, sans oublier on remercie les membres du jury qui nous feront l’honneur de juger ce travail. II Dédicaces Je dédie cet humble travail à mes chers parents pour leur sacrifice, leur compassion, leur amour, leur patience, leur soutien, leuraide et leurs encouragements, qui sont l’essence même de mon succès. Sans eux, je ne serais pas ce que je suis aujourd’hui. Je dédie ce travail également : À mes chères sœurs et à leurs maris et fils, en particulier les poussins: Nofal, Rimas, Isra, Sereen, AbdelJalil et tous les membres de la famille noble. À tous mes amis promotion 2019/2018 et les féliciter pour leur diplôme et leur réussite dans leur carrière. A tous mes collègues de la profession sans exception pour m'aider dans mes études universitaires. À tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin a la réalisation de ce modeste travail. À mon cher ami et binôme larbi . Et mes amis ouanes et yazid À tous ceux dont les noms m’ont échappé. Mahfoud III Dédicace Aucune dédicace ne saurait exprimer l’amour,L’estime, le dévouement et le respect que j’ai toujours eu Pour vous Mon père. Que Dieu te garde dans son vaste paradis Je dédie ce modeste travail à celle qui m'a donné la vie, le symbole de tendresse,qui s'est sacrifiée pour mon bonheur et ma réussite, à ma mère … Que Dieu la garde et protège. Je le dédie particulièrement a tous les membres de la famille noble. Enfin je le dédie à mon binôme mahfoud et tout les étudients de promotion 2018 /2019 ,et à touts mes chères amis que je n'ai pas cités. Larbi IV SOMMAIRE ﻣﻠﺨﺺ............................. .......................................................................................................... I Résumé ………………..……………….……………………………………………..…….I ABSTRACT …………………………………………………………………… ….….……I Remerciements………………..……….…………….……………………………………..II Dédicace …………….……….….. …………..……..………………………….………….III Dédicace …………………………………………………….…………………..….………IV SOMMAIRE……………………………………………………………………….………V Liste des figures …………… ………………………...……………………………....…VIII Liste des tableaux……………………………………….……..………………………….X Liste des symboles ………………………………………..……………………………....XI INTRODUCTION GENERALE ..………………. . ..………………………..………….1 CHAPITRE I : Généralité sur les énergies renouvelables I-1 – Introduction .................................................................................................................................4 I-2 - Production des énergies renouvelables dans le monde par région ........................................ 4 I-3 - Les déférents types d’énergies renouvelables .......................................................................... 5 I-3-a : L'énergie géothermique ................................................................................................ 5 I-3-b - L’énergie solaire : ........................................................................................................ 6 I-3-b-1 - L’énergie solaire thermique : ................................................................ 6 I-3-b-2 - L’énergie solaire à effet photovoltaïque : ............................................. 7 I-3-c- L'énergie Biomasse : .............................................................................................. 9 I-3-d- L’ énergie éolienne : ………… ........................................................................... 10 I-3-e- L’énergie hydraulique : ........................................................................................ 11 I-3-f- L’énergie Hydrolienne : ....................................................................................... 12 I-3-g- L énergie marémotrice : ..................................................................................... 13 I- 4 - Autres nouvelles techniques d’énergie de la mer ................................................................. 14 I-4-a- L ’énergie houlomotrice ou énergie des vagues .................................................... 14 I-4-b- L’énergie thermique des mers ou énergie maréthermique ou OTEC ...................... 14 I-4-c- L’énergie osmotique des mers ..................................................................................... 14 I-5-Conclusion ................................................................................................................................... 15 V CHAPITRE II : Technologies des éoliennes II-1 - Introduction .............................................................................................................................. 17 II-2 - Historique : ............................................................................................................................... 17 II-3 - Définition de l’énergie éolienne : .......................................................................................... 18 II-4 - Définition du vent : ................................................................................................................ 18 II-5- Direction et vitesse du vent : ................................................................................................... 18 II-6- Mesure du vent : ...................................................................................................................... 19 II-6 - a- Anémomètre : ...................................................................................................... 19 II-6 -b- Girouette : ............................................................................................................. 20 II-7 - L’éolienne dans le monde : .................................................................................................. 20 II-8 -L’énergie Eoliennes en Algérie : ............................................................................................ 21 II-8 -a- Potentiel du vent en Algérie : ............................................................................... 21 II-8 -b- L’Atlas de la puissance en Algérie : ................................................................... 23 II-9- Aspects Economiques de l’Eolienne : .................................................................................... 24 II-10 -Impacts Environnementaux des éoliennes ........................................................................... 24 II-11 - définition et description d’une éolienne : ................................................................................ 25 II-11 -a- Le principe de fonctionnement d’éolienne: .................................................... 27 II-11 –b- Principaux composants d’une éolienne : ........................................................ 27 II-11 –c- Les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne : ........................... 31 II-12 - Les différents Types d'éoliennes: ........................................................................................ 32 II-12–a- Les éoliennes à axe horizontal: .................................................................. 33 II-12 –b- Les éoliennes à l'axe vertical: ................................................................... 33 II-13 - L'éolienne Darrieus: ............................................................................................................. 34 II-14 - L'éolienne Savonius: ............................................................................................................ 35 II-15 - Eoliennes lentes : ................................................................................................................. 37 II-16 - Eoliennes rapides : ............................................................................................................... 37 II-17– Stratégie de fonctionnement d’une éolienne : .................................................................. 38 II-18 - Systèmes de régulation de la vitesse de rotation de l'éolienne : ...................................... 38 II-18- a- Système à décrochage aérodynamique "stall" : .............................................. 38 II-18- b- Système d'orientation des pales "pitch" : ........................................................ 40 II-19 - Paramètres de classification des capteurs éoliens : ........................................................... 41 II-19- a- La vitesse périphérique : ................................................................................... 41 II-19- b- Le coefficient de puissance : ............................................................................ 42 VI II-19- c- Le coefficient du couple :................................................................................ 42 II-20- Efficacité énergétique des éoliennes : .................................................................................. 42 II-21- Conclusion : ............................................................................................................................ 43 CHAPITRE III : Modèle mathématique III-1 Introduction .................................................................................................................................. 45 III-2 Energie cinétique du vent– conversion en énergie mécanique ..................................................... 45 III-3 Limite de Betz ............................................................................................................................. 45 III-4 Performance de l’éolien ............................................................................................................... 47 III-5 Le couple aérodynamique ........................................................................................................... 47 III-6-La fonction de distribution de Wei bull ....................................................................................... 47 III-7 Puissance d’une éolienne ............................................................................................................ 47 III-7-a La puissance maximale récupérable ............................................................................... 48 III-7-b Courbe de puissance d'une éolienne .............................................................................. 48 III- 7 –c Puissance utilisable ...................................................................................................... 49 III-7-d La puissance utile d’une éolienne : ................................................................................ 50 III-8 Conclusion : ................................................................................................................................. 51 CHAPITRE IV : Résultats et interprétations IV-1 Introduction ................................................................................................................................. 53 IV-2 Coefficient de puissance et la puissance mécanique .................................................................... 53 IV-3 L’efficacité mécanique................................................................................................................. 57 IV-4 Le couple aérodynamique : ......................................................................................................... 58 IV-5 La distribution de Weibull ........................................................................................................... 59 IV-6 La puissance mécanique de l'éolienne .......................................................................................... 60 CONCLUSION GENERALE……………………………………………………..……….……… 61 Référence bibliographique ……………………………………………………..………………...63 VII Listes des figures figures Titres pages Chapitre I : Généralité sur les énergies renouvelables Figure(I-1) Production mondiale d'électricité renouvelable par région 4 Figure(I-2) énergie Géothermique 5 Figure(I-3) les effets de l’énergie solaire 6 Figure(I-4) principe de fonctionnement de l’énergie solaire thermique 7 Figure(I-5) principe de fonctionnement de l’énergie solaire photovoltaïque 8 Figure(I-6) schéma de principe d’une usine biomasse 9 Figure(I-7) Conversion de l'énergie cinétique du vent à l’énergie électrique 10 Figure(I-8) schéma de principe d‘une centrale gravitaire 11 Figure(I-9) L’énergie Hydrolienne 12 Chapitre II : Technologies des éoliennes Figure(II-1) Un anémomètre 20 Figure(II-2) Une girouette 20 Figure(II-3) Répartition continentale de la capacité ajoutée en 2010 21 Figure(II-4) L’énergie éolienne mondiale (MW) 21 Figure(II-5) Atlas de la vitesse moyenne du vent de l’Algérie estimé à 10 m d’altitude du sol 22 Figure(II-6) Puissance énergétique récupérable à 50 m Algérie 23 Figure(II-7) Comparaison des puissances récupérables des Sites Ventés 23 Figure(II-8) Schéma d'une éolienne de type aérogénérateur 26 Figure(II-9) Conversion de l'énergie cinétique du vent à l’énergie électrique 27 Figure(II-10) Tour d'une turbine 28 Figure(II-11) Rotor d’une turbine uploads/Geographie/ contribution-a-l-x27-etude-d-x27-un-systeme-eolien-pour-la-production-de-l-x27-electricite.pdf