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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO DOMAINE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES MENTION : PHYSIQUE

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO DOMAINE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES MENTION : PHYSIQUE ET APPLICATIONS MEMOIRE pour l’obtention du diplôme de Master d’Ingéniérie en Energies Renouvelables Sur ETUDE COMPARATIVE D’UN AEROGENERATEUR MUNI D’UN ALTERNATEUR DE VEHICULE AVEC UN MULTIPLICATEUR DE VITESSE ET UN AEROGENERATEUR A ALTERNATEUR MULTIPOLAIRE A AIMANTS PERMANENTS Présenté par RAKOTONIRAINY Hajanirina Devant la commission composée de : Président : Monsieur RAKOTOMALALA Minoson Sendrahasina Professeur Titulaire Examinateur : Madame RAKOTO JOSEPH Onimihamina Maître de Conférences Encadreurs : Madame RANDRIAMANANTANY ZelyArivelo Professeur Titulaire Monsieur RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin Maître de Conférences Le 03 Mars 2017 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO DOMAINE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES MENTION : PHYSIQUE ET APPLICATIONS MEMOIRE pour l’obtention du diplôme de Master d’Ingéniérie en Energies Renouvelables Sur ETUDE COMPARATIVE D’UN AEROGENERATEUR MUNI D’UN ALTERNATEUR DE VEHICULE AVEC UN MULTIPLICATEUR DE VITESSE ET UN AEROGENERATEUR A ALTERNATEUR MULTIPOLAIRE A AIMANTS PERMANENTS Présenté par RAKOTONIRAINY Hajanirina Devant la commission composée de : Président : Monsieur RAKOTOMALALA Minoson Sendrahasina Professeur Titulaire Examinateur : Madame RAKOTO JOSEPH Onimihamina Maître de Conférences Encadreurs : Madame RANDRIAMANANTANY ZelyArivelo Professeur Titulaire Monsieur RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin Maître de Conférences Le 03 Mars 2017 REMERCIEMENTS Je tiens à remercier tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à l’élaboration de cet ouvrage, plus particulièrement : Monsieur Marson RAHERIMANDIMBY, Professeur titulaire, Responsable du Domaine Sciences et Technologies de l’Université d’Antananarivo pour m’avoir autorisé à soutenir mon mémoire de Master d’Ingénierie en Énergies Renouvelables (M.I.E.R.). Monsieur RAKOTONDRAMIARANA Hery Tiana, Maître de Conférences et Responsable de la Mention Physique et Applications pour m’avoir autorisé à m’inscrire dans ladite Mention. Madame RAKOTO JOSEPH Onimihamina, Maître de Conférences, Responsables du parcours Master d’Ingénierie en Énergies Renouvelables (M.I.E.R.), pour m’avoir autorisé à suivre mes études dans son parcours et pour avoir accepté de juger ce mémoire. Madame RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo Professeur titulaire, Responsable du Laboratoire de Thermique, Thermodynamique et Combustion (L.T.T.C) et Monsieur RANDRIANIRAINY Huchard, Maître de Conférences, Chef du Département Énergétique du C.N.R.I.T., pour m’avoir encadré lors de la réalisation du présent mémoire. Que tous les membres du corps enseignant du Master d’Ingénierie en Énergies Renouvelables trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude. J’adresse mes remerciements respectueux aux endroits des membres des personnels administratifs et techniques de la mention Physique et Applications et de l’Institut pour la Maîtrise de l’Énergie (IME) J’exprime également mes sentiments chaleureux à mes parents, ma famille et mes amis, pour leurs soutiens et encouragements lors de la réalisation du présent mémoire. i TABLE DE MATIERES TABLE DE MATIERES .......................................................................................................................... i LISTE DES ABREVIATIONS ............................................................................................................... iii LISTE DES FIGURES ............................................................................................................................ iv LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................................................ v LISTE DES VARIABLES ..................................................................................................................... vii LISTE DES ANNEXES ........................................................................................................................... x GLOSSAIRE ........................................................................................................................................... xi INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................................. 1 CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ............................................................................. 3 1.1 PRESENTATION DU CENTRE NATIONAL DE RECHERCHE INDUSTRIELLE ET TECHNOLOGIQUE ............................................................................................................. 3 1.1.1 Description .............................................................................................................. 3 1.1.2 Missions du Centre National de Recherche Industrielle et Technologique ............. 3 1.1.3 Présentation et organisation du C.N.R.I.T ............................................................... 4 1.2 GENERALITES .............................................................................................................. 4 1.2.1 Situation de l’éolienne dans le monde ..................................................................... 4 1.2.2 Énergie à Madagascar .............................................................................................. 5 1.3 ETUDE SUR LES AEROGENERATEURS .................................................................. 6 1.3.1 Description de l’aérogénérateur, ............................................................................. 6 1.3.2 Théorie sur les éoliennes ......................................................................................... 7 1.3.2.1 Énergie disponible ................................................................................................ 7 1.3.2.2 Énergie récupérable .............................................................................................. 8 1.3.2.3 Théorie de BETZ .................................................................................................. 8 1.3.2.4 Limite de BETZ .................................................................................................. 10 1.3.3.1 Mode de détermination de la chaîne de conversion éolienne ............................. 10 1.3.3.2 Différents types de systèmes éoliens .................................................................. 10 CHAPITRE 2 : CONSTRUCTION DES DEUX EOLIENNES ................................................... 12 2.1 CONCEPTION ET REALISATION DES DEUX TYPES DE NACELLE ................. 12 2.1.1 Nacelle 1, ............................................................................................................... 13 2.1.2 Nacelle 2 ................................................................................................................ 14 2.2 CONSTRUCTION DE L’HELICE ET DE L’EMPENNAGE ..................................... 17 2.2.1 Hélice ..................................................................................................................... 17 ii 2.2.2 Empennage ............................................................................................................ 19 2.3.1 Efforts agissant sur le mât ..................................................................................... 20 2.3.2 Réalisation du mât, ................................................................................................ 21 CHAPITRE 3 : RESULTATS ET INTERPRETATION .............................................................. 23 3.1 RELEVES DES MESURES.......................................................................................... 23 3.1.1 Appareils de mesure .............................................................................................. 23 3.1.2 Performance des deux éoliennes ........................................................................... 24 3.1.2.1 Tension électrique produite ................................................................................ 24 3.1.2.2 Courant électrique .............................................................................................. 27 3.1.2.3 Puissance électrique............................................................................................ 28 3.2 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ......................................................................... 30 3.2.1 Impacts positifs ...................................................................................................... 30 3.2.2 Impacts négatifs ..................................................................................................... 31 3.3 ANALYSES ECONOMIQUES .................................................................................... 31 3.3.1 Hypothèses, ........................................................................................................... 31 3.3.1.1 Paramètres de valorisation économique ............................................................. 31 3.3.1.2 Données d’entrée ................................................................................................ 32 3.3.1.3 Coûts d’investissement ....................................................................................... 32 3.3.2 Méthodologie ......................................................................................................... 36 3.3.3 Rentabilité ............................................................................................................. 36 3.4 FONCTIONNEMENT DU SYSTEME EOLIEN ......................................................... 37 3.4.1 Description des divers composants du système installé ........................................ 37 3.4.2 Analyse de fonctionnement ................................................................................... 37 3.4.3 Avantages et inconvénients des deux éoliennes .................................................... 38 3.5 RECAPITULATION ..................................................................................................... 39 CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................... 40 REFERENCES ...................................................................................................................................... 41 ANNEXE .............................................................................................................................................. 44 iii LISTE DES ABREVIATIONS C.I.D.S.T. : Centre d’Information et de Documentation Scientifique et Technique C.M.E. : Conseil Mondial d’Énergie C.N.R.I.T. : Centre National de Recherches Industrielle et Technologique C.T.N. : Capteur de Température C.U.M.E : Coût Unitaire Moyen actualisé de l’Électricité G.A.S. : Génératrice Asynchrone G.S. : Génératrice Synchrone H.A. : Haute Adhérence JI.RA.MA. : JIro sy RAno MAlagasy iv LISTE DES FIGURES Figure 1 : Composantes d’un générateur éolien Figure 2 : Colonne d’air Figure 3 : Coefficient de puissance Figure 4 : Veine de vent à la traversée de l’aéromoteur Figure 5 : Schémas des deux nacelles. Figure 6 : Photo de la nacelle 1 Figure 7 : Photo de la nacelle 2. Figure 8 : Schéma.2 du circuit électrique Figure 9 : Schéma du circuit magnétique Figure 10 : Schéma d’une hélice. Figure 11 : Photo de la préparation de l’hélice Figure 12 : Dimensions de l’empennage. Figure 13 : Forces agissant sur le mât. Figure 14 : Photo des prises des mesures. Figure 15 : Tension à vide de l’« éolienne 2 » en fonction de la vitesse du vent Figure 16 : Tension en charge en fonction de la vitesse du vent. Figure 17: Courant électrique produit en fonction de la vitesse du vent Figure 18 : Courbes de puissance des deux éoliennes Figure 19 : Courbe de puissance de l’« éolienne 2 » et de l’abaque Figure 20 : Photo d’utilisation de l’énergie éolienne. v LISTE DES TABLEAUX Tableau 1: Différents types d’énergies exploités à part l’éolienne à Madagascar Tableau 2 : Description des différents types de systèmes éoliens Tableau 3 : Description des différents éléments constitutifs de la « nacelle 1 » Tableau 4 : Résultats des calculs Tableau 5 : Préparation du rotor et du stator Tableau 6 : Caractéristique de l’hélice Tableau 7 : Valeurs des autres efforts Tableau 8 : Description des différents éléments constitutifs du mât Tableau 9 : Caractéristiques techniques des appareils Tableau 10 : Moyenne des tensions à vide pour certains intervalles de vitesse de vent Tableau 11 : Moyenne des tensions en charge pour certains intervalles de vitesse du vent Tableau 12 : Courant moyen débité pour certains intervalles de vitesse du vent Tableau 13 : Moyenne des puissances apparentes pour certains intervalles de vitesse du vent Tableau 14 : Caractéristiques techniques des deux éoliennes Tableau 15 : Coût des matériaux de l’« éolienne 1 » Tableau 16 : Coût des matériaux de l’« éolienne 2 » Tableau 17 : Coût des matériaux du mât tubulaire haubané basculant Tableau 18 : Coût de génie civil Tableau 19 : Durée de la réalisation de l’« éolienne 1 » Tableau 20 : Durée de la réalisation de l’« éolienne 2 » Tableau 21 : Durée d’installation de chaque éolienne vi Tableau 22 : Avantages et inconvénients des deux éoliennes Tableau 23 : Récapitulation vii LISTE DES VARIABLES : Champ d’induction magnétique propre des aimants [T] : Champ d’induction magnétique moyenne reçu par les solénoïdes [T] : Coefficient de performance : Coût Unitaire Moyen actualisé de l’Electricité [ ⁄ : Diamètre du fil émaillé [ ] : Diamètre de l’hélice [ ] : Diamètre des câbles [ ] : Distance parcourue de l’élément de masse d’air [ ] : Diamètre du solénoïde [m] : Elément de masse d’air traversant le rotor ] : Énergie cinétique d’un élément de masse d’air [ ] : Distance entre axe d’orientation et plan de rotation de l’hélice [ ] : Electricité produite pour t année. [ ] : Force du vent [ ] : Fréquence [ ] : Hauteur [ ] : Rapport de multiplication : Taux d’actualisation [%] : Courant électrique [ ] Angle d’incidence du profil [°] : Courant électrique dans une phase [ ] : Dépenses d’investissement pour l’année t [ ] : Largeur des pales [ ] : Distance entre axe d’orientation et centre de l’empennage [ ] : Longueur des pales [ ] : Longueur du solénoïde [m] : Nombre de spires viii : Durée de vie totale de l’éolienne [ans] Vitesse de l’arbre primaire [ ] Vitesse de l’arbre secondaire [ ] Puissance mécanique de l’aéromoteur [ ] : Poids total de l’éolienne [ ] Nombre des pales : Puissance disponible [ ] : Puissance électrique [W] : Puissance maximale [ ] : Puissance récupérable [ ] : Projection de sur l’axe des [ ] : Projection de sur uploads/Science et Technologie/ rakotonirainyhajanirina-ph-mast-17.pdf