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Le pompage solaire en irrigation Publié – Agriculture du Maghreb- N° 53 Juillet

Le pompage solaire en irrigation Publié – Agriculture du Maghreb- N° 53 Juillet-Août 2011 BNIAICHE El Amine INTRODUCTION Avec 3.000 heures d’ensoleillement par an et une irradiation moyenne de plus de 5 KWh/m2, le Maroc dispose d’un potentiel solaire considérable. Le pays entend exploiter massivement cette énergie propre et inépuisable, avec un ambitieux Projet marocain d’énergie solaire (Plan Solaire) présenté en 2009 à Ouarzazate. La mise en œuvre par le Maroc du grand projet d’énergie solaire permettra, de diversifier ses sources énergétiques, d’augmenter sa capacité de production et de réaliser annuellement des économies en pétrole pouvant atteindre près d’un million de tonnes soit une économie de 4 à 6 milliards de dirhams par an et participera à la préservation de l’environnement par la limitation des émissions de gaz à effet de serre.. Ces ressources d'énergies renouvelables sont certes disponibles, mais restent très souvent inexploitées. Leur exploitation est perçue comme étant une des solutions envisageables pour répondre aux défis énergétiques et peut rendre l’application du pompage de l’eau par l’intermédiaire des pompes solaires photovoltaïques comme une solution prometteuse pour l’irrigation répondant parfaitement aux besoins des sites isolés et dont le raccordement au réseau électrique est trop onéreux. L’IRRIGATION PAR POMPAGE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUES L’agriculture marocaine représente 18,7% de la balance énergétique finale du pays. Cette consommation est dominée par les énergies fossiles représentées par le gasoil et l’essence avec 57%, le butane et le propane avec 28% et en dernier lieu l’électricité qui ne satisfait que 15% des besoins énergétiques de l’agriculture (MEM, 2010). La consommation énergétique, et dans l’absence de mesures d’efficacité énergétique, a connu une croissance de 17% entre 2007 et 2010, soit une hausse de 6% par an après seulement 2 ans de démarrage du Plan Maroc Vert. C’est un taux qui reste alarmant, surtout que les directives de la stratégie agricole prévoient une augmentation de la mécanisation, de l’irrigation localisée, …etc L'irrigation par pompage à petite échelle est l'une des utilisations les plus intéressantes de l'énergie solaire. En effet, l'intensité maximale du rayonnement solaire correspond généralement à la période des besoins en eau de pompage les plus importants. D'autre part le fait que cette énergie est disponible juste au point d'utilisation, l'agriculteur est libéré des problèmes liés à l'approvisionnement en carburant, ou bien à l'existence de lignes de transport de l'électricité facilement accessibles. L’eau ainsi pompée peut être utilisée directement ou stockée dans un réservoir pour une utilisation ultérieure. TECHNOLOGIE DU POMPAGE SOLAIRE ELECTRIQUE Les principaux composants d'un système solaire de pompage de l'eau sont le générateur photovoltaïque et e groupe moto- pompe. Les systèmes solaires de pompage de l'eau peuvent être conçus avec ou sans moyen de stockage. Il existe des batteries d'accumulateurs conçues spécialement pour fonctionner avec des systèmes PV. La plupart des batteries à décharge profonde ont des rendements d'environ 80% selon la température. Le fonctionnement des systèmes d'énergie photovoltaïque repose sur une propriété bien connue des semi-conducteurs qui est la transformation de l'énergie lumineuse en un courant électrique. Il consiste à utiliser les cellules photoélectriques pour transformer directement le rayonnement solaire en électricité. L’assemblage en série de ces cellules permet de constituer un module photovoltaïque (panneau solaire), qui produit un courant continu.  Les panneaux photovoltaïques Le rendement des panneaux solaires est fonction de l’ensoleillement et de l’angle d’exposition d’une part et de la température des cellules d’autres part. Ces deux paramètres dépendent de la latitude et des caractéristiques climatologiques et géographiques de la zone implantation. Une étude est obligatoire pour chaque cas afin de connaître la surface de panneaux nécessaire à la pompe. La taille du générateur dépendra du modèle de pompe choisie, de la quantité d'eau requise, des conditions climatiques et d'ensoleillement. Les panneaux ont des durées de vie comprises entre 25 et 30 ans avec une dégradation lente de leurs performances. L'énergie PV nécessaire dépend de la quantité d'eau à fournir quotidiennement. A titre d'exemple, dans l'hypothèse de 10% de pertes de charge dues aux canalisations et sur le trajet entre le régulateur et la pompe, un système PV de 180 watts pourrait alimenter en énergie une pompe solaire courant continu performante de 150 watts qui, à son tour, pourrait pomper plus de 1300 litres d'eau en 4 heures d'ensoleillement direct.  Groupes motopompe d'un système photovoltaïque Les systèmes de pompage photovoltaïques comportent nécessairement, outre le générateur, un "sous-système" constitué d'un moteur électrique destiné à faire fonctionner une pompe. Comme un générateur photovoltaïque fournit un courant continu, il faut donc que le moteur électrique soit à courant continu. Avec les moteurs électriques classiques à courant alternatif, il faut adjoindre au système un convertisseur onduleur pour transformer le courant continue en courant alternatif. Les inconvénients liés à l'utilisation des onduleurs sont liés à son coût et aux pertes de puissance dans l'onduleur même. Mais il offre l'opportunité de l'utilisation de pompes électriques relativement peu coûteuses, standard, et fabriquées en série. La taille et le type de pompe dépendent de la quantité d'eau requise (litres par jour), de la hauteur totale de charge (niveau de pression que la pompe doit fournir). Généralement, pour l'irrigation à des faibles hauteurs d'élévation, le dispositif le plus courant et le plus indiqué est un groupe motopompe immergé. La pompe peut être installée en surface, mais l'auto-amorçage est un facteur essentiel en cas d'utilisation de l'énergie solaire, sinon l'utilisateur serait amené à réamorcer la pompe chaque fois que le rayonnement solaire est affaibli par les nuages. Le rendement optimal d'un groupe motopompe est obtenu pour un couple de valeurs données de la tension et de l'intensité. C’est un facteur important à prendre en compte dans le choix d'une pompe solaire. Car avec les prix élevés des générateurs photovoltaïques, toute baisse du rendement se traduit par la nécessité d'avoir de générateurs photovoltaïques plus gros et par suite plus coûteux. Ainsi, le projeteur du système photovoltaïque aura toujours à adapter le groupe motopompe au générateur de sorte que pour les conditions types du rayonnement solaire, le point de fonctionnement sera défini par des tensions et des courants aussi proches que possible de la partie en courbe de la caractéristique du module photovoltaïque. Or, chaque générateur est normalement caractérisé par des conditions de fonctionnement optimales permettant l'obtention d'une puissance maximale dans toutes les conditions d'ensoleillement  Dimensionnement du pompage solaire Le dimensionnement du système de pompage PV permet d’obtenir la performance souhaitée. Il met en jeu quatre paramètres essentiels, à savoir : le débit journalier, la hauteur de pompage, l’ensoleillement et la température, et enfin les différents rendements des sous systèmes. Il est absolument indispensable que la détermination des caractéristiques d'un générateur de pompe solaire soit faite d'une manière précise, afin d'avoir le système le plus adaptée à la fonction demandée, et d'avoir ainsi le système dont le rapport coût efficacité est le meilleur. Quand les conditions de fonctionnement ne sont pas bien définies, l'approche qui est techniquement valable consiste à choisir le système dont la capacité est supérieure aux besoins réels, pour couvrir la puissance requise même par excès. Mais le coût du système va augmenter proportionnellement à la puissance nominale choisie. Les caractéristiques des pompes solaires d'irrigation doivent être déterminées pour le "mois critique". C'est-à-dire quand le système est pratiquement en pleine charge par rapport à l'énergie disponible. Il s'agit normalement du mois de pointe des besoins en eau d'irrigation. Ce mois coïncide, fort heureusement, avec les mois d'ensoleillement maximum. En effet, il y a toujours une relation directe entre les besoins d'eau d'irrigation des cultures et l'énergie solaire disponible. La définition du mois critique, la détermination des besoins moyens en eau , ainsi que du rayonnement solaire moyen quotidien devraient être le point de départ pour la détermination des caractéristiques d'une pompe solaire. Les relevés statistiques du rayonnement solaire peuvent être obtenus auprès de la plupart des services de météorologie. Comme les données publiées sont plutôt à l'échelle d'une région que d'un site déterminé, on ne doit pas donc s'attendre à des estimations trop précises en se basant uniquement sur les statistiques régionales du rayonnement solaire. Il y’a des méthodes rigoureuses de calcul des systèmes solaires photovoltaïques. Cependant d'autres méthodes empiriques simples peuvent être adoptées (comme celle ci-dessous indiquée) si l'on veut avoir des résultats rapides et plus ou moins précis. De toute façon, la plupart des constructeurs de systèmes photovoltaïques ont déjà établi des programmes de calcul sur ordinateur. Ces programmes comprennent généralement une base de données couvrant pratiquement toutes les régions. Les constructeurs peuvent déterminer les caractéristiques optimales pour chaque utilisation et offrir des prix avantageux. L'acheteur éventuel de ces systèmes devrait donc solliciter des offres de plusieurs sources et comparer les puissances et les prix proposés. Il faut aussi éviter de se limiter au choix du système le moins cher qui pourrait être sous-dimensionné par rapport aux besoins à assurer. Pour que les pompes solaires puissent être économiquement compétitives, il faut remplir au moins les deux conditions suivantes:  la valeur de pointe journalière du produit charge-débit doit être inférieure à 150m3/j  le rayonnement solaire moyen journalier doit être supérieur à 4,2 kwh/m2 (soit uploads/Geographie/ le-pompage-solaire-en-irrigation.pdf