Cour Energie Renouvenable Production Et Stockage [PDF]

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Energies Renouvelables : Production et stockage Contenu de la matière : Chapitre I: Généralité sur l’énergie Chapitre II: Les différents types d’énergie et leur transformation Chapitre III: Principales sources de production de l’énergie électrique Chapitre IV: Principe de production à partir du solaire, de l’éolien Chapitre VI: Sources d’énergie autonomes avec systèmes de stockage

Chapitre I: Généralité sur l’énergie I.1. Introduction Le terme « énergie » est le plus souvent utilisé dans le cadre des ressources énergétiques, pour évoquer leur consommation, leur développement, ainsi que leur épuisement. De par l'importance des ressources dans l'industrie ou les transports, la dépendance énergétique et le coût de l'énergie sont des problématiques importantes dans de nombreux pays. L’énergie est donc la capacité d'un système à produire un travail entraînant un mouvement ou produisant par exemple de la lumière, de la chaleur ou de l'électricité. L’énergie est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui est d'une manière globale conservée au cours des transformations. Aujourd’hui l’énergie est utilisée sous différentes formes : chaleur, travail mécanique, rayonnement, chimique, électricité, …. Mais l’on dispose de dispositifs permettant de passer d’une forme à l’autre.

I.2. Notions d’énergie primaire et d’énergie finale L‘énergie primaire (consommée) est une forme ou source d‘énergie disponible dans la nature. L‘énergie finale (utile) est l‘énergie réellement consommée par l'usager. Entre l’énergie primaire et l’énergie finale, une succession d‘étapes de transformation et de

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conversion auront eu lieu, avec à chaque fois des pertes.

I.2.1 Formes d'énergie primaire : - L'énergie humaine et animale est une énergie mécanique de traction. - L'énergie mécanique des éléments naturels comprend l'énergie hydraulique, l'énergie éolienne, l'énergie marine. - L'énergie chimique peut être transformée en chaleur (combustion), ou en énergie cinétique (lors d'une explosion par exemple). - L'énergie nucléaire a pour l'instant une seule application : la fission nucléaire pour générer de la chaleur qui est ensuite transformée en électricité. - L'énergie solaire correspond au rayonnement de l'astre solaire ; ce rayonnement peut être transformé en chaleur (grâce notamment aux panneaux solaires thermiques) ou en électricité (cellules photovoltaïques par exemple). - L'énergie thermique terrestre est l'énergie contenue naturellement sous forme de chaleur dans les couches profondes de l'écorce terrestre.

I.2.2. Formes d'énergie finale sont diverses : - L'énergie mécanique est utilisée pour l'industrie, l'agriculture, les transports, et divers usages domestiques ; - L'énergie thermique est utilisée dans l'industrie, les services, l'agriculture, pour le chauffage, etc. ; - L'énergie électrique est utilisée pour l'industrie et les services, l'éclairage, la réfrigération, divers équipements domestiques (dont le petit électroménager ...).

I.3. Rendement théorique de production d’énergie (énergétique d'une filière) Les systèmes technologiques que l’on utilise (transports, chauffage, éclairage, …) sont des systèmes de transformation d’une énergie en une autre. Comme tout cela s’accompagne de pertes, on parle de rendement : Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage Le rendement η : Le rendement n’a donc pas d’unité et est toujours < 1, plus le rendement est proche de 1, plus le système sera performant et économique. Quelques rendements (ordres de grandeur): - Une bonne automobile η = 35% ; - Un moteur électrique η = 90% ; - Un transformateur η = 95%. - Une chaudière a gaz η = 90% - Un convecteur électrique η = 100%  Le rendement énergétique d'une filière est donc le rapport entre énergie finale et énergie primaire.  Le problème étant de pouvoir considérer cette filière dans son ensemble afin d‘être en mesure de comparer objectivement plusieurs solutions.  Sur l'ensemble d'une filière énergétique, un plus ou moins grand nombre d'opérations altère le rendement global de l'opération. Cette filière est plus ou moins longue, par exemple, pour l‘électricité : - Filière longue : utilisation d'une ressource fossile (pétrole, uranium, etc.), ou certaines biomasses : énergie utilisée pour extraire la ressource naturelle, la transformer, la stocker, la transporter, l'utiliser pour la production d‘électricité, transporter l‘électricité produite, convertir l‘électricité et enfin utiliser cette électricité ; - Filière courte : conversion du rayonnement solaire en électricité par effet photovoltaïque, conversion de l‘électricité, utilisation de l‘électricité. Dans le premier exemple (filière longue), si chaque étape considérée indépendamment offre un rendement énergétique correct, le rendement global de l'ensemble de la filière sera médiocre. Dans le second exemple, même si le rendement de conversion de l‘énergie solaire en électricité est faible, le reste de

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la filière comprend bien moins d'opérations et le rendement global de l'ensemble est supérieur a la filière longue.

I.4. Chaine énergétique Entre la source d'énergie et la ressource, les processus de transformation sont complexes et sources de pertes énergétiques ; c'est la chaîne énergétique. - Un vecteur énergétique est un mode de stockage ou de transport de l'énergie avant consommation. (L'électricité, l'hydrogè, l'air comprimé ou encore les réseaux de chaleur sont des vecteurs énergétiques). - L'énergie « produite » après transformation de l'énergie primaire est appelée énergie secondaire. Elle peut être ou non un vecteur énergétique. Elle est parfois identique à l'énergie finale (cas de l'électricité).

Fig. I.1. Chaine énergétique

I.4. 1. Quelle est l'unité de mesure de l'énergie électrique ? L'énergie, comme le travail qu'elle peut produire, se mesure dans le SI en Joules (J). Elle se note W. ==> Exemple : W = 450 J Les électriciens trouvent que cette unité est petite, ils lui préfèrent le Wattheure(Wh) ou ses multiples (kWh). 1 W.h= 1 W. 3600 s. La kilocalorie (kcal ou Cal) : est l’unité traditionnelle en nutrition, elle sert uniquement mesurer l’énergie thermique.  la calorie : 1 cal = 4,18 J. Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage  - la thermie : 1 Th = 1000000 cal.  - le wattheure : 1 Wh = 3 600 J .  - le Kilowattheure : 1 kWh = 1000 Wh = 3 600 000 J.

"intensités" qui seront raccordées en série avec le récepteur et des bornes "tensions" qui seront raccordées en parallèle sur le récepteur.

I.4. 2. Comment mesurer l'énergie ? L’énergie se mesure avec un compteur électrique (watt-heuremètre ou énergiemètre) placé à l’entrée de l’installation. Cet appareil est gradué en Kilowattheure.

Fig. I.3. Wattmètre

Chapitre II: Les différents types d’énergie et leur transformation

Fig. I.2. Compteur électrique

I.5. Notion de puissance L'énergie peut produire un travail mécanique, c'est à dire un mouvement. Or un même travail peut être effectué en des temps différents. - Exemples : - Un ouvrier monte sur son dos un sac de 35 kg au 4ème étage d'un immeuble ; il met 3 minutes.  Un monte charge peut faire le même travail en 20 secondes. Pour un temps donné, plus une machine fournira de travail plus elle sera puissante.

I.5.1. Définition de la puissance La puissance d'une machine est l'énergie qu'elle fournit en 1 seconde. - La puissance se note P. - Elle se mesure en Watt. - W en Joule, t en seconde P en Watt - Par extension nous avons W = P . t  Si t (h), W s'exprime en (Wh).  Si t (h), W s'exprime en (J).

I.5.1. Mesure électrique

de

la

puissance

Afin de mesurer la puissance électrique on utilise un wattmètre. Celui-ci est un

appareil

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qui

possède

des

bornes

II.1. Les formes d'énergie Une source d'énergie est un phénomène naturel ou artificiel qui produit de l'énergie. Une forme d'énergie est une manifestation de la présence d'énergie à un endroit donné. L'énergie provient de diverses sources naturelles telles que le Soleil, les combustibles fossiles, le vent ou les aliments. Selon son origine, l'énergie peut se manifester sous différentes formes. Il existe quatre principales formes d'énergie:     

L'énergie thermique L'énergie chimique L'énergie rayonnante L'énergie mécanique Autres formes d'énergie

II.1.1. L’énergie thermique L’énergie thermique est l'énergie associée au mouvement désordonné des particules contenues dans une substance. L'énergie thermique est associée à la chaleur. L'énergie solaire, entre autres, est une source d'énergie thermique. Ainsi, plus la température d'une substance est élevée, Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage plus ses particules se déplacent. Il en résulte une plus grande énergie thermique étant donné que les particules ont un mouvement plus important. La quantité d'énergie thermique répond à deux principes: 



À quantité de particules égales, plus la température d'une substance est élevée, plus elle possède d'énergie thermique, parce que ses particules bougent davantage. Par exemple, 250 ml d'eau froide possède moins d'énergie thermique que 250 ml d'eau chaude. À température égale, plus une substance contient de particules, plus elle possède d'énergie thermique. Ainsi, un seau d'eau à 25°C possède davantage d'énergie thermique qu'une tasse d'eau à la même température.

II.1.2. L’énergie chimique L’énergie chimique est la forme d'énergie emmagasinée dans les liaisons chimiques qui unissent les atomes d'une molécule. Les atomes peuvent se lier chimiquement afin de former des molécules. L'énergie contenue dans ces liens chimiques forme une réserve d'énergie. Ainsi, à l'état de molécule, cette énergie n'accomplit ni travail ni changement. Toutefois, lorsque les liens se brisent lors de réactions chimiques, de l'énergie est libérée. L'énergie de la biomasse et les énergies fossiles sont des formes d'énergie chimique.

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Toutes les molécules contiennent de l'énergie en plus ou moins grande quantité. La quantité d'énergie chimique contenue dans une molécule dépend de la force et du nombre de liaisons entre les atomes: •Plus la liaison st forte, plus l'énergie est grande. •Plus le nombre de liaison est grand dans une molécule, plus l'énergie chimique est grande.

II.1.3. L'énergie rayonnante L'énergie rayonnante est la forme d'énergie contenue et transportée par les ondes électromagnétiques, en particulier par la lumière. Le Soleil, l'ampoule à incandescence ou le feu dégagent tous de la lumière. Cette lumière constitue la partie visible du spectre des ondes électromagnétiques. Les ondes transportent de l'énergie d'un endroit à un autre et on nomme cette énergie l'énergie rayonnante. L'énergie solaire correspond à une forme d'énergie rayonnante. La quantité d'énergie transportée par une onde dépend de deux facteurs: - À quantité égale, plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie transportée est importante. Par exemple, les ondes radio, de grande longueur d'onde, transportent peu d'énergie mais voyagent sur une longue distance. À l'inverse, les rayons X ne peuvent pas se déplacer sur une longue distance. Par contre, leur courte longueur d'onde transporte davantage d'énergie ce qui explique qu'elles peuvent traverser certaines substances. - Plus une source émet de rayonnement, plus elle émet de l'énergie.

II.1.4. L’énergie mécanique L'énergie mécanique est la forme d'énergie liée au mouvement d'un corps ou à sa position dans l'espace. L’énergie mécanique constitue la somme de deux autres types d'énergie: l’énergie cinétique, associée au Dr. F. BOUCHELGA

Energies Renouvelables : Production et stockage mouvement d’un corps, et l’énergie potentielle, associée à un corps qui est susceptible de fournir un travail par changement de position. Il s'agit donc du type d'énergie liée au mouvement, soit celui qui se déroule (énergie cinétique) ou celui qui pourrait se dérouler (énergie potentielle). L'énergie éolienne et l'énergie hydraulique sont des exemples d'énergie mécanique. L'énergie mécanique dépend de trois facteurs: la vitesse d'un objet, sa masse et sa position par rapport aux objets environnants. 



Plus la vitesse d'un objet est élevée, plus son énergie mécanique est importante. Plus la masse d'un objet est élevée, plus son énergie mécanique est importante.

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les ondes électromagnétiques émises par le soleil. - L’énergie électrique est une forme d’énergie mécanique puisqu’elle est reliée au déplacement des charges électriques dans les circuits. - L’énergie géothermique est une forme d’énergie thermique puisqu’elle provient de la chaleur contenue dans la lithosphère.

II.2. Les énergies

transformations

des

L’Energie se présente sous diverses formes, et passe d’une forme à l’autre par différentes transformations. Il existe différents moyens pour passer d’une énergie à une autre. Certains sont naturels (photosynthèse, muscles), certains sont artificiels (moteurs, éoliennes).

- Plus un objet est situé en hauteur, plus son énergie mécanique est importante. En effet, tous les corps sont affectés par l'attraction gravitationnelle de la Terre. Ainsi, plus la durée de la chute est importante, plus l'énergie déployée l'est aussi. D’autres formes d’énergie sont souvent mentionnées. Ces formes font davantage référence à leur source d’origine plutôt qu’à leur forme directement. Malgré qu’elles proviennent de différentes sources, on peut généralement les regrouper dans les quatre catégories décrites ci-haut. Par exemple : - L’énergie éolienne est une forme d’énergie mécanique puisqu’elle implique le déplacement du vent ; - L’énergie hydraulique est une forme d’énergie mécanique puisqu’elle implique le déplacement de l’eau ; - L’énergie nucléaire est une forme d’énergie chimique puisqu’elle est reliée à l’énergie retrouvée dans le noyau des atomes. - L’énergie solaire est une forme d’énergie rayonnante puisqu’elle est transportée par

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Fig. II.1. Les transformations des énergies

Le tableau suivant résume quelques types de transformations des énergies :

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Un réseau est constitué par l’ensemble des appareils destinés à la production, au transport, à la distribution et à l’utilisation de l’électricité depuis la centrale de génération jusqu’aux maisons de compagne les plus éloignées. La production doit en tout instant être capable de satisfaire la demande (consommation+ pertes), elle doit donc prévoir des moyens de production pour couvrir l’extrême pointe de la demande, même si cette dernière n’existe que quelques minutes par an.

Chapitre III: Principales sources de production de l’énergie électrique III.1. Introduction

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Comment produire de l’électricité? L’électricité peut être produite en déplaçant un fil conducteur tel que le cuivre dans un champ magnétique. Une génératrice électrique est une machine qui contient des fils logés à l'intérieur d'un aimant. Quand le générateur tourne, les fils se déplacent à l'intérieur du champ magnétique et produisent le courant électrique. Pour produire les grandes quantités de l'électricité dont nous avons besoin pour notre industrie, et nos maisons, nous avons besoin d’usines de pouvoir étendu pour tourner le générateur. La plupart des sites de production d’électricité commencent par le processus de tournage de l’arbre du générateur électrique avec la chaleur. Les usines de production brûlent le pétrole, le charbon ou le gaz naturel pour obtenir la chaleur. Les centrales nucléaires utilisent la fission de l’uranium pour obtenir la chaleur. Dans tous les cas, la chaleur est utilisée pour bouillir l'eau à la vapeur. La vapeur est ensuite utilisée pour faire tourner l’arbre des turbines (un axe avec les lames incurvées) lequel est fixé au générateur. Les lames de l’arbre des turbines, en rotation, tournent le générateur, qui produit le courant électrique. Ce courant est alors prêt pour être transmis aux maisons, aux usines et ailleurs par l’intermédiaire des lignes de transmission et poste de distribution de service public d’électricité. Une autre machine appelée condenseur utilise l'eau froide, provenant d'un lac ou Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage d'un fleuve voisin, pour changer la vapeur de turbine en une eau, qui est envoyée de nouveau à la chaudière pour commencer un autre cycle. Les grandes tours ouvertes que l'on peut observer à côté des centrales sont des tours de refroidissement, où l'eau utilisée par le condenseur est refroidie avant qu'elle soit retournée au fleuve ou au lac d’où elle est venue. Les nuages blancs gonflés provenant de ces tours sont des vapeurs d'eau. Au lieu de la chaleur, les centrales hydroélectriques utilisent l'eau en chute, circulant sur les barrages ‘artificiels’, pour la rotation les lames de turbine, et pour ainsi faire tourner l’arbre du générateur électrique.

avec un barrage, en dérivant l'écoulement naturel de l'eau. Les turbines des centrales hydroélectriques sont activées par la force de l'eau. Ces turbines entrainent des alternateurs qui produisent alors l’électricité. Par l’intermédiaire d’un transformateur, l’électricité produite est ensuite évacuée vers le réseau électrique. Que ce soit en plaine ou en montagne, le principe est le même : l'énergie de l'eau, au fil de l'eau ou à partir d'un réservoir, est transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par une génératrice.

III.2. Sources d’énergies On distinct deux sources d’énergies :

III.2.1. Source renouvelable :

d’énergie

C’est une source d’énergie dont le renouvellement est assez rapide pour qu’elle soit considérée comme inépuisable à l’échelle de l’homme. Cette forme d’énergie n’utilise que des éléments naturels sur la terre, sans la détruire ni les épuiser.

III.2.1.1. Energie hydraulique : L'énergie hydraulique est en fait une énergie cinétique liée au déplacement de l'eau comme dans les courants marins, les cours d'eau, les marées, les vagues ou l'utilisation d'une énergie potentielle comme dans le cas des chutes d'eau et des barrages. La production annuelle d’hydroélectricité s’élève en moyenne à 70TWh, ce qui correspond à 95% de la production d’électricité de source renouvelable et 14% de la production d’électricité française. L'hydroélectricité est produite dans des usines appelées centrales hydrauliques, qui fonctionnent le plus souvent en association

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Figure III.1.Centrales hydroélectriques

 Avantages de l’énergie hydraulique - Sa production n’entraine donc pas d’émission de gaz à effet de serre et ne génère pas de déchets toxiques. - Disponible toute l’année. - Technologie bien maîtrisée. - Très bon rendement (90%). - Installation de très longue durée. - Cette énergie est modulable: en cas de panne générale d’électricité ou lors des heures de pointe, il est possible d’augmenter très rapidement sa production d’électricité.  Inconvénients de l’énergie hydraulique - Dépend des conditions météo (pour les installations au fil de l'eau). - L'installation doit s’adapter à chaque site. - La construction de barrages peut bouleverser certains écosystèmes. Ils Dr. F. BOUCHELGA

Energies Renouvelables : Production et stockage constituent également une forme de pollution visuelle. - L’installation de centrales hydrauliques entraine souvent d’importants déplacements de population ainsi que la disparition de surfaces agricoles. - L’installation d’une centrale hydraulique est très coûteuse et doit répondre à un cahier des charges très strict. Sans oublier toute la maintenance que les barrages nécessitent.

III.2.1.2. Energie biomasse Les plantes et les déchets des animaux peuvent produire de l’énergie. C’est l’énergie la plus ancienne encore utilisée par l'homme depuis la découverte du feu à la préhistoire. Le bois coupé est brûlé dans les cheminées ou les fourneaux pour chauffer, cuire et même faire fonctionner des centrales électriques.

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- Biomasse à glucide : Utilisant la canne à sucre, les céréales et les betteraves sucrières. Elle utilise la dégradation naturelle et biologique de la matière organique en l’absence d’O2 ou encore par distillation. - Biomasse oléagineuse : Ses composants sont le colza ainsi que le palmier à huile. Ces carburants sont récoltés suite à de nouvelles transformations chimiques.  Avantages et inconvénient de l’énergie hydraulique - Coûts d’investissement de la biomasse forestière relativement faibles et stables. - Densité énergétique moindre que celle des combustibles fossiles. - Exploitation à grande échelle coûteuse, en raison de la dispersion de la ressource sur le territoire. - Nécessité d’implanter les centrales de cogénération à la biomasse près de la ressource ou près des lignes de transport d’électricité. - Complexité de la valorisation de la biomasse urbaine, notamment en raison de la diversité des déchets. Nécessite des activités de triage, l’utilisation de différentes technologies de traitement, etc.

III.2.1.3. Géothermique Figure III. 2. Biomasse

Cette énergie permet de fabriquer de l'électricité grâce à la chaleur dégagée par la combustion de ces matières (bois, végétaux, déchets agricoles, ordures ménagères organiques) ou du biogaz issu de la fermentation de ces matières, dans des centrales biomasse. Les biocarburants sont des carburants fabriqués à partir de plantes comme le colza et le tournesol. Il existe trois familles pour la biomasse : Biomasse lignine : Comprenant principalement le bois et les résidus verts. Leurs utilisation est faite à partir d’une combustion ou conversion thermochimique.

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Il s’agit de récupérer l’énergie stockée sous nos pieds sous la surface de la Terre et de s’en servir pour chauffer les bâtiments ou produire de l’électricité. - La géothermie à très basse énergie : Le rayonnement du soleil et les conditions climatiques ont une influence sur la température terrestre des premiers mètres du sous-sol. Le sol et l’eau dont il est gorgé sont donc réchauffés. Ce n’est pas très chaud (environ 10° C), mais c’est suffisant pour pouvoir chauffer une maison… à condition d’installer une pompe à chaleur géothermique. Il s’agit d’un équipement qui fonctionne exactement comme le réfrigérateur de votre cuisine, mais à l’envers. - La géothermie à basse énergie : Utiliser directement la chaleur du sous-sol Dr. F. BOUCHELGA

Energies Renouvelables : Production et stockage La chaleur du sous-sol augmente au fur et à mesure que l’on s’enfonce. Ainsi, si les premiers mètres du sous-sol sont réchauffés en partie par le rayonnement solaire. Au-delà, l’énergie du sous-sol provient de la chaleur stockée depuis des millions d’années dans l’écorce terrestre.

Figure III. 3. Principe de fonctionnement de la géothermie à basse énergie

 Avantages: - C’est une énergie qui ne produit aucun déchet et sa ressource reste inépuisable tant que la qualité d’énergie géothermique captée est inférieure à la chaleur qui provient du centre de la Terre. - contrairement à d’autres énergies renouvelables, la géothermie ne dépend pas des conditions atmosphériques.  Inconvénients : - La surexploitation d’un gisement entraîne une chute de température du sous-sol, ce qui fait que la qualité du gisement baisse progressivement jusqu’à ce qu’elle s’épuise complètement. En outre, il peut y avoir une concurrence entre l’eau qui est pompée pour sa chaleur et l’eau qui est pompée pour elle-même. - La géothermie peut parfois dégager de faibles vapeurs de soufre si elle est utilisée sous la forme d’eau ou de chaleur. III.2.1.4. Energie éolienne (Voir chapitre IV) III.2.1.5. Energie solaire (Voir chapitre IV)

III.2.2. Source renouvelable :

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d’énergie

non

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C’est une source d’énergie qui ne se renouvelle pas ou bien très lentement pour considérée comme inépuisable à l’échelle de l’homme. III.2.2.1. Energie nucléaire L'énergie nucléaire (énergie atomique) dépend d'un combustible fossile, l'uranium, dont le minerai radioactif est contenu dans le sous-sol de la Terre. Elle permet de produire de l'électricité, dans les centrales thermiques nucléaires, appelées centrales électronucléaires, grâce à la chaleur dégagée par la fission d'atomes d'uranium. L’uranium est la matière première des centrales nucléaires. Il s’agit d’un métal, que l’on trouve dans certaines roches, et qui a la particularité d’être radioactif. Cela signifie que le noyau de ses atomes est instable et a tendance à se désintégrer. Ce phénomène naturel, même s’il se déroule à une échelle si petite qu’on ne peut même pas le voir au microscope, libère une très grande quantité d’énergie. L’énergie nucléaire est libérée lorsque les noyaux des atomes se cassent. On parle de “fission nucléaire”. C’est ce phénomène que l’on utilise dans un réacteur nucléaire. Mais l’énergie contenue dans certaines matières peut aussi être libérée lorsque les noyaux de leurs atomes fusionnent. On parle alors de “fusion nucléaire”. À l’heure actuelle, on ne sait pas reproduire ce phénomène pour le rendre utilisable. En revanche, on sait que l’énergie produite dans ces conditions est bien plus puissante que la fission, car c’est la fusion nucléaire qui fait brûler les étoiles comme notre soleil.  Une centrale nucléaire se compose de 4 parties principales : - Le bâtiment contenant le réacteur dans lequel a lieu la fission. - La salle des machines où est produite l'électricité. - Les départs de lignes électriques qui évacuent et transportent l'électricité. Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage - Des tours de refroidissement uniquement en bord de rivière.  Mines d’uranium Les roches qui contiennent du minerai d’uranium sont extraites du sous-sol terrestre dans des mines d’uranium. Mais pour pouvoir être utilisé comme source d’énergie, l’uranium doit d’abord être transformé en usine, pour en faire une sorte de concentré appelé “yellowcake” (“gâteau jaune” en anglais).  Centrales nucléaires Ce concentré d’uranium, le « yellowcake », est acheminé dans les centrales. Il est alors enfermé, de manière hermétique, dans le réacteur nucléaire. C’est celui-ci qui va provoquer la désintégration des noyaux atomiques d’uranium. Ce processus dégage une formidable énergie sous forme de chaleur, qui sert à faire bouillir de l’eau. La vapeur fait tourner une turbine qui produit de l’électricité.  Déchets radioactifs Une fois que l’uranium a été utilisé, il reste une matière qui ne peut plus alimenter le réacteur, mais qui est radioactive. Ainsi, en sortant des centrales, ces déchets nucléaires passent par une usine de traitement, où ils sont triés en fonction de leur degré de radioactivité. Puis ils sont stockés ou enterrés le plus profondément possible, dans des conteneurs hermétiques.  Avantages : - L'énergie nucléaire n'émet pas de gaz à effet de serre. Elle est utilisable en grandes quantités grâce aux puissances qu'elle génère et elle est très compétitive. - Pas cher à produire. - Installation de moyenne durée (40 ans).  Inconvénients : - Rendement faible (30%). - Conséquences en cas (radioactivité).

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- Problème de gestion des déchets nucléaires. - Coûts d’installation, d’entretien et de démantèlement (lorsque les centrales sont trop vieilles). - Ressources en uranium limitées. III.2.2.2. Energies fossiles Le pétrole le gaz naturel et le charbon sont des matières présentes dans le soussol de la Terre. Leur particularité, c’est qu’ils brûlent très bien : ce sont d’excellents carburants. On les appelle “hydrocarbures”. Ils ont aussi l’avantage de pouvoir être facilement stockés et transportés, ce qui en fait la source d’énergie la plus pratique à utiliser. Les énergies fossiles sont les plus utilisées dans le monde. Le pétrole, en particulier, est l’énergie de presque tous les transports. C’est pourquoi son prix est un élément fondamental pour l’économie. S’il augmente, le prix de toutes les marchandises qu’il sert à transporter augmente aussi.  Acheminement du gaz naturel Le gaz naturel est principalement constitué de méthane, un gaz qui se dégage des organismes vivants lorsqu’ils se décomposent. Comment se fait-il qu’on en trouve sous terre? Comme le pétrole et le charbon, le gaz naturel trouve son origine dans la décomposition d’animaux et de végétaux morts depuis des millions d’années.  Mines de charbon La révolution industrielle, au 19e siècle, entraîna l'exploitation de nombreuses mines de charbon partout en Europe. Aujourd'hui, dans nos régions, le charbon n’alimente plus les usines. Mais il reste la deuxième source d’énergie la plus utilisée dans le monde, après le pétrole. Il est responsable de près de la moitié des émissions de gaz à effet de serre.

d’accident  Avantages : - Technologie bien maitrisée. Dr. F. BOUCHELGA

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- Bon rendement en moyenne/ (gaz naturel: 90%, charbon: 40%, pétrole: variable selon utilisation). - Facilement stockable et déplaçable.  Inconvénients : - Le premier, c’est qu’en brûlant, ils dégagent beaucoup de particules qui polluent l’atmosphère. - Le second, c’est que leur quantité sur Terre est limitée. En effet, les hydrocarbures ont mis plusieurs centaines de millions d’années pour se former, ce qui signifie que leur stock n’est pas prêt de se renouveler ! Au rythme où l’Humanité les utilise, ce stock finira par s’épuiser. - Installation à durée de vie limitée (20-40 ans).

Chapitre IV: Principe de production à partir du solaire, de l’éolien IV.1. L’énergie éolienne Eole = dieu du vent de la Grèce antique. Une hélice entraînée en rotation par la force du vent permet la production d'énergie mécanique ou électrique en tout lieu suffisamment venté. - Les moulins, désormais appelés éoliennes, sont tous systématiquement composés de trois éléments : - les ailes (ou pales) tournent autour d'un axe, le rotor. Ce dernier transmet l'énergie mécanique de la rotation à un alternateur, qui transforme cette énergie en énergie électrique.

Figure IV.1. Eoliennes

Figure IV.2. Fonctionnement d’une éolienne

- Le nombre de pales varie d’une seule à une dizaine environ. - Plus leur nombre est élevé, plus l'hélice tourne lentement (mais avec une plus grande force). - Pour produire de l'électricité, c'est la vitesse de rotation qui compte. - La plupart des modèles actuels, possèdent ainsi deux ou trois pales. Il en existe même à une seule pale, équilibrée par un contrepoids. Tournant autour d’un rotor à axe horizontal. - Les pales de l’hélice d’une éolienne peuvent être en bois lamellé-collé, en plastique renforcé de fibre de verre, ou en métal. - Le diamètre qu’elles balaient varie de 40 m à 120 m. L'hélice entraîne un axe dans la nacelle, appelé arbre, relié à un alternateur. - Grâce à l'énergie fournie par la rotation de l'axe, l'alternateur produit un courant électrique alternatif.  Critère des choix des sites : Dresser un champ d’éolienne est une entreprise qui demande quelques connaissances spécifiques pour que la rentabilité soit au maximum et la nuisance de l’installation soit réduite au minimum. Parmi les critères les plus importants, on site quelques uns : -La nature du sol : Choisir un sol assez dur pour supporter le poids des installations.

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Energies Renouvelables : Production et stockage - Le choix du site : Il faut choisir un endroit avec des vents de préférence forts et réguliers ainsi que la proximité d’un réseau électrique pour raccorder les aérogénérateurs et l’absence de zones d’exclusion genre, zones de migration, monuments historiques ou sites classés. L’accessibilité du site est importante car il faut tenir compte du transport des éléments pour l‘installation ainsi que la réparation des éoliennes. Placer un champ d’éolienne à proximité de mers ou lacs semble être un emplacement de choix par le manque d’obstacle ce qui génère un vent sans turbulences (les turbulences usent les mécanismes)

- L’énergie éolienne est dépendante de la topographie, de la météo et de l’environnement. - L’électricité éolienne est une énergie intermittente, l’énergie éolienne ne suffit pas en elle-même à définir une politique énergétique et environnementale, la solution serait de coupler l’électricité éolienne à des panneaux solaires photovoltaïques. - Des effets sur le paysage (esthétique), problème de bruit (que l’on remarque essentiellement avec des éoliennes importées d’Asie, problème d’interférences électromagnétiques pour des éoliennes bas de gamme.

- Le vent : Il faut qu’il soit fort et régulier pour un bon rondement ; les turbulences affectent considérablement les machines.

VI.2.1. L’énergie solaire

- L’éolienne : La vitesse de rotation, plus le nombre d’éoliennes est élevé, plus le rondement est élevé ; le nombre de pales et leur surface influent aussi.  Avantage de l’énergie éolienne : - L’énergie éolienne est une énergie renouvelable qui ne nécessite aucun carburant, ne crée pas de gaz à effet de serre, ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs. En luttant contre le changement climatique, l’énergie éolienne participe à long terme au maintien de la biodiversité des milieux naturels. - Lorsque de grands parcs d’éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les éoliennes. La surface restante est disponible pour l’exploitation agricole, l’élevage et d’autres utilisations. - Coût de production relativement faible (200.000 euros environ) par rapport à l'énergie produite. 

Inconvénient éolienne :

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de

l’énergie

Le Soleil est indispensable à la vie sur Terre, c'est une source d'énergie impressionnante, et sa disparition entrainerait la suppression de toute possibilité de vie sur Terre. Cependant cette étoile ne disparaitra pas avant environ 4 milliards d'années. Malheureusement l'énergie qu'il nous envoie n'est pas suffisamment exploitée, en effet il émet 10 000 fois plus d'énergie que nous n'en utilisons. Dans cette partie nous ferons la distinction entre deux types d'utilisation de l'énergie solaire. Nous étudierons d'abord l'énergie solaire photovoltaïque, en particulier comment les rayons solaires se transforment en électricité. Nous analyserons par la suite l'énergie solaire thermique et comment l'eau sanitaire peut être chauffée. A) L’exploitation photovoltaïque de l’énergie solaire, consiste à convertir directement le rayonnement lumineux en électricité. - Elle utilise pour ce faire des modules ou panneaux photovoltaïques, composés de cellules solaires ou de photopiles qui réalisent cette transformation d’énergie. Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage - La cellule photovoltaïque : C'est un dispositif permettant la transformation des photons (particules élémentaires contenues dans les rayons lumineux du Soleil) de la lumière en électricité. C'est l'élément de base du système photovoltaïque. Un regroupement de cellules photovoltaïques est un capteur (délivrant une tension électrique continue de 12V) et finalement l'ensemble des capteurs forment le panneau solaire. - La couche antireflet : comme son nom l'indique permet de réduire au maximum le rayon réfléchi et donc la perte des photons. - La couche de silicium type-N ou semi conducteur de type N est composée de silicium dopé par un élément contenant plus d'électrons, elle a donc un excès d'électrons. - La couche de silicium de type-P ou semi conducteur de type P est composée de silicium dopé par un élément contenant moins d'électrons, elle a donc un défaut d'électrons.

et arrache un électron de la couche N qui va dans la couche P. Ce transfert modifie les charges au sein de la cellule, une différence tension se crée ce qui entraine formation de courant électrique.

Figure IV.4. Principe de fonctionnement

Les différentes photovoltaïques

installations

1- Les installations sur site isolé Ce type de montage est adapté aux installations ne pouvant être raccordées au réseau. L’énergie produite doit être directement consommée et/ou stockée dans des accumulateurs pour permettre de répondre à la totalité des besoins.

Figure IV.3. Cellule photovoltaïque

- Le métal conducteur sur la face "Nord" joue le rôle de l'anode. - La grille conductrice joue le rôle de la cathode. Principe de fonctionnement Le contact entre les deux couches de silicium met en place une jonction PN qui permet le transfert des électrons d'une couche vers l'autre. Lorsque les photons de la lumière arrivent sur la cellule photovoltaïque, un apport d'énergie se crée

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Figure IV.5. Exemple d’utilisation

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Energies Renouvelables : Production et stockage 2 Les installations raccordées au réseau de distribution public a-Solution avec injection totale Toute l’énergie électrique produite par les capteurs photovoltaïques est envoyée pour être revendue sur le réseau de distribution. Cette solution est réalisée avec le raccordement au réseau public en deux points : - le raccordement du consommateur qui reste identique avec son compteur de consommation (on ne peut pas utiliser sa propre production), - le nouveau branchement permettant d’injecter l’intégralité de la production dans le réseau, dispose de deux compteurs :  L’un pour la production,  L’autre pour la non-consommation (permet de vérifier qu’aucun soutirage frauduleux n’est réalisé).

l’excédent est injecté dans le réseau. Quand la production photovoltaïque est insuffisante, le réseau fournit l’énergie nécessaire. Un seul compteur supplémentaire est ajouté au compteur existant.

En bleu : énergie électrique continue (DC). En rouge : énergie électrique alternative (AC). Figure IV. 7. Solution avec injection de surplus

Les principales technologies solaires photovoltaïques - Les cellules au silicium cristallin. (Elles représentent environ 90% du marché mondial actuel, On distingue les cellules composées de silicium monocristallin, et les cellules de type polycristallin. ) -Les cellules à base de couches minces. -Les cellules à base de photovoltaïque organique.

En bleu : énergie électrique continue (DC). En rouge : énergie électrique alternative (AC). Figure IV. 6. Solution avec injection totale

b- Solution avec injection de surplus Cette solution est réalisée avec le raccordement au réseau public en un point : l’utilisateur consomme l’énergie qu’il produit avec le système solaire et

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Figure IV. 8. Les différentes cellules

B) L’énergie solaire thermique, fonctionne différemment, en produisant de la chaleur à partir du rayonnement solaire Dr. F. BOUCHELGA

Energies Renouvelables : Production et stockage infrarouge du soleil afin de chauffer de l’eau, de l’air ou un autre fluide.  La technologie est assez simple, comparée au photovoltaïque, donc moins onéreuse.  Il s’agit de capter les calories grâce à des surfaces absorbant de la chaleur, des plaques métalliques peintes en noir par exemple.  Cela permet de réaliser des chauffeeau solaires individuels ou collectifs. Principe de fonctionnement Les rayons du Soleil arrivent sur les capteurs solaires, des coffres rigides et thermiquement isolés. En effet une plaque de verre piège les rayons, ce qui permet donc une augmentation de la température à l'intérieur et entraine un réchauffement de tubes-absorbeurs en cuivre, contenant le fluide dit caloporteur (qui porte la chaleur) composé d'eau et de divers additifs dont de l'antigel. Tout d'abord les rayons ne traversent pas entièrement le verre, il en absorbe une partie (1) puis une autre est réfléchie (2). L'absorbeur capte la majorité des rayons(3) mais il y a quand même une réflexion(4) et de nouveau le verre absorbe une faible partie des rayons(5), puis une autre est libérée en retraversant le verre(6). Finalement le reste des rayons lumineux est re-réfléchie et totalement absorbé par les tuyaux(7).

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Figure IV. 9. Capteurs solaires

C) L’énergie solaire thermodynamique, concerne de grandes centrales équipées de concentrateurs des rayons solaires, sous forme de miroirs galbés, dont la fonction est de chauffer un fluide à haute température. Afin de générer de la vapeur par échange thermique pour ensuite produire de l’électricité au moyen d’une turbine à vapeur par exemple. Quoique peu répandue, et nécessitant un flux soleil direct, cette technologie est très spectaculaire. Le concentrateur solaire parabolique à été conçu avec des miroirs incurvés de sorte que toute la lumière reflète en un seul point, peu importe où elle frappe la surface du concentrateur.

Figure IV. 10. Concentrateur solaire parabolique

 La tension obtenue continu ou alternatif ? Les cellules solaires et les modules photovoltaïques produisent de l’électricité en courant continu comme les batteries, et n’est pas en courant alternatif 220 V à la fréquence de 50 Hz. Pour alimenter des appareils en courant alternatif ou pour se connecter au secteur et y injecter l’électricité produire à partir de l’énergie photovoltaïque, on a donc besoin de convertisseurs DC/AC (onduleurs) qui produisent un courant alternatif à partir du continu.

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Figure IV. 11. Modules photovoltaïques

 Le trajet de l'électricité

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 Association des cellules en série Les caractéristiques électriques d’une seule cellule sont généralement insuffisantes pour alimenter les équipements électriques. Il faut associer les cellules en série pour obtenir un tension plus importante : le module solaire ou panneau photovoltaïque. Un panneau photovoltaïque est un assemblage en série de cellules permettant d'obtenir une tension de 12 volts. La puissance d'un panneau solaire est fonction de sa surface, c'est à dire du nombre de cellules photovoltaïques.

Figure IV. 12. Le trajet de l'électricité

- Le régulateur solaire permet de contrôler la charge et décharge de la batterie pour éviter tout endommagement de celle ci du a une surcharge ou décharge trop importante. - La batterie permet de stocker l'électricité pour permettre aux usagers d'être fournis toute la journée en électricité qu'il y ait du soleil ou pas. - L'onduleur est un convertisseur de type continu au type alternatif, c'est donc le lien entre le courant électrique stocké et les usages quotidiens. - Les fusibles permettent d'interrompre le courant en cas de défaut dans le circuit.

 Combien produit photovoltaïque ?

un

module

- En extérieur (sous exposition solaire), la production électrique d’un panneau solaire dépend: - De ses dimensions, - De sa technologie, - Du rayonnement reçu, - Et de la durée d’exposition.

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Un panneau constitué de 24 cellules photovoltaïques va donc délivrer une tension U de 12 V, et cela quel que soit l’ensoleillement. Mais pour faire fonctionner des appareils électriques, c’est l’intensité I du panneau, variant en fonction de l’ensoleillement, qui va déterminer l’énergie électrique. Définition du watt crête : la puissance crête d’une installation photovoltaïque est la puissance maximale délivrée par un module dans les conditions optimales (orientation, inclinaison, ensoleillement,…). Elle s’exprime en Watt crête (Wc). En première approximation, on estime qu’un module de 1 m2 produit 100 Wc. Exemple : Au niveau de la 2ème rangée, le courant passe par la diode by-pass pour cause d’ombrage.

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confondre avec les énergies renouvelables, qui constituent des sources autonomes d’énergie renouvelable. Elles permettent de fournir de l’énergie à un système sous plusieurs formes, électriques ou mécaniques.

 Avantages de l’énergie solaire : - L'énergie solaire est inépuisable et non polluante. - L’énergie solaire thermique produit un rendement élevé et après retour sur investissement, elle permet d’avoir de l’eau chaude gratuitement. Elle permet également de produire 50% de l’énergie de chauffage utile à une habitation. - Les frais de maintenance et de fonctionnement d'une installation thermique sont relativement faibles. - Elle est idéale pour les sites isolés ou les sites qui ne sont pas reliés à un réseau électrique important.  Inconvénients de l’énergie solaire : - Non seulement c’est une énergie très coûteuse mais le retour sur investissement est plutôt long (environ 10 ans) et la durée de vie des panneaux est limitée (20 à 25 ans). - Non seulement le rendement est assez faible mais la quantité d’énergie produite par les panneaux photovoltaïques dépend du climat et de la situation géographique.

Chapitre V: Sources d’énergie autonomes avec systèmes de stockage V.1. Introduction Les sources autonomes de production d’énergie sont celles qui permettent d’alimenter un appareil électrique en l’absence du réseau de distribution d’énergie électrique. Il ne faut pas les

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V.2. Les bonnes raisons d’avoir un système électrique autonome 1. L’absence de réseau : La raison la plus courante pour choisir d’installer un système électrique indépendant est l’absence de réseau électrique public où se raccorder. Dans beaucoup d’endroits dans le monde il n’y a pas d’autre option qu’un système électrique autonome.

2. Le coût initial: Dans beaucoup d’endroits où le réseau électrique est présent mais éloigné du site, le coût de raccordement à ce réseau est prohibitif. La règle générale est de dire que si le site est éloigné de plus d’un kilomètre du réseau électrique public, il sera plus intéressant financièrement d’installer un système électrique autonome.

3. La fiabilité : Un système électrique autonome équipé d’un parc de batteries, s’il est bien entretenu, est d’une fiabilité à toute épreuve et est indépendant des coupures de courant, dues aux aléas climatiques par exemple et aux délais de réparation du réseau.

4. Une énergie renouvelable: Un système électrique qui stock son courant dans des batteries ne fonctionne qu’avec l’énergie du soleil, du vent, et du mouvement de l’eau. Les systèmes photovoltaïques, éoliens, et microhydrauliques sont tous des sources d’énergies renouvelables couramment utilisés dans les systèmes électriques autonomes. Dr. F. BOUCHELGA

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générateur électrique (alternateur monophasé ou triphasé) (Fig.V.4).

5. L’indépendance : Un système électrique autonome procure une complète indépendance énergétique de ses propriétaires. Ils sont responsables de comment et de combien d’énergie ils utilisent cette énergie. Etre propriétaire et responsable de sa production d’électricité plutôt que de recevoir des facteurs mensuels est une option qui attire beaucoup de monde. 6. L’impact environnemental: Dans beaucoup de cas où il serait financièrement acceptable de tirer une ligne du réseau électrique public vers le site, l’impact environnemental de ces lignes électriques n’est pas acceptable.

7. Des coûts d’utilisation plus bas: Il y a des milliers de sites dans le monde qui génèrent leur électricité en se basant uniquement sur des groupe électrogènes fonctionnant au diesel. L’installation d’un système électrique autonome équipé d’un parc de batteries peut réduire les coûts de carburant induits de l’utilisation du groupe électrogène jusqu’à 75%.

V. 3. Les autonomes      

différentes

 V.3.2.2. Caractéristiques La puissance du groupe de secours est fonction des récepteurs à alimenter simultanément. On doit tenir compte aussi des courants de démarrage des appareils (moteurs, tubes fluorescents). Ces groupes de secours thermiques sont appelés aussi groupes électrogènes. Ils sont utilisés soit en cas de coupure de courant (Fig. V. 5) (hôpitaux, entreprises), soit comme alimentation principale en l’absence de réseau (chantier, marchés…). On distingue les groupes portables de 0,5 à 10 kW (Fig.V.6), des groupes fixes de 10 à 500 kW.

sources

Éoliennes; Groupes de secours thermiques; Accumulateurs et piles; Alimentation secourue; Capteurs solaires; Piles à combustible.

V.3.1. Groupes thermiques

de

secours

 V.3.1.1. Principe Un groupe de secours thermique est basé sur la transformation de l’énergie thermique produite par un moteur diesel, à essence ou à gaz, qui entraîne un

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Energies Renouvelables : Production et stockage -

Sur la cathode, le matériau oxydant est réduit (il libère l'oxygène et accepte les électrons) ;

-

Simultanément sur l'anode, le matériau réducteur est oxydé et dégage des électrons. La tension et le courant que ce couple de matériaux peut fournir dépendent de la manière dont ils sont placés dans le boîtier, favorisant plus ou moins leur réaction avec l'oxygène.

-

L'accumulateur est basé sur un système électrochimique réversible. Il est rechargeable par opposition à une pile qui ne l'est pas. Le terme "batterie" est alors utilisé pour caractériser un assemblage de cellules élémentaires rechargeables.

V.3.2. L'énergie électrique peut se stocker de différentes manières : A) Sous forme chimique, en accumulant des charges électriques dans un ou plusieurs condensateurs. B) Sous forme électromagnétique, en établissant un courant électrique dans un circuit bobiné autour d'un circuit magnétique, de telle sorte que l'énergie nécessaire pour mettre en mouvement les charges électriques puisse être restituée par induction. C) Sous forme électrochimique ; Accumulateurs électrochimiques, fonctionnant grâce aux réactions électrochimiques de leurs électrodes, qui assurent la conversion de l’énergie électrique en un processus chimique réversible  Générateurs électrochimiques - Les piles électriques, les accumulateurs et les piles à combustible sont des systèmes électrochimiques servant à stocker et à restituer l'énergie sous forme électrique. - Un système électrochimique produit de l'électricité au moyen d'une réaction chimique (oxydation réduction) impliquant deux matériaux différents. Il est constitué de deux électrodes baignant dans un électrolyte :

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V.3.3. Accumulateurs et piles V.3.3.1. Les piles électriques a) Principe de fonctionnement On obtient un générateur électrochimique en plongeant deux électrodes de natures différentes dans un électrolyte. L’ensemble constitue une pile électrique, dont la tension dépend de la nature des électrodes et de l’électrolyte. b) Caractéristiques Les piles électriques sont caractérisées par leur tension (1,5 V – 4,5 V) et par leur capacité. Leurs formes dépendent de la tension et de la capacité. c) Les différentes piles  La pile Leclanché (Fig.V.4) est la pile la plus ancienne et aussi la plus couramment utilisée : Dr. F. BOUCHELGA

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Energies Renouvelables : Production et stockage – l’électrode négative est en zinc, elle constitue l’enveloppe extérieure ; – l’électrolyte est une solution de chlorure d’ammonium ; – le dépolarisant est du bioxyde de manganèse ; – l’électrode positive est constituée de charbon.  Avec la pile alcaline, par une amélioration des matériaux, on a augmenté le rendement de la pile Leclanché (Fig.V.5). Les dimensions des piles sont données au tableau V.1.  La capacité en énergie de la pile au mercure est supérieure aux piles précédentes, mais son prix est aussi beaucoup plus élevé. Elle se compose (Fig.V.6) d’une électrode négative à base de zinc et d’une électrode positive constituée d’oxyde de mercure en poudre. L’électrolyte est une solution à base de potasse (KOH) avec du zincate de potassium (ZnOK2). L’ensemble est encapsulé entre un boîtier et un couvercle avec un joint d’étanchéité.

V.3.3.2. Les accumulateurs Les accumulateurs permettent d’avoir une source d’énergie électrique autonome. Ce sont des réservoirs d’électricité qui se vident (décharge) et que l’on peut remplir (charge). Chaque année, cent millions de batteries d’accumulateurs

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Energies Renouvelables : Production et stockage sont fabriquées dans le monde, principalement pour l’automobile. a) Principe et constitution Un accumulateur est un appareil électrique capable de stocker de l’énergie électrique sous forme électrochimique et de restituer cette énergie sous une tension relativement constante. Pendant la charge de l’accumulateur, le courant circule à l’intérieur du plus vers le moins ; pendant la décharge, le courant circule en sens inverse (Fig. V.7).

 b) Différents d’accumulateurs

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possède une capacité accrue et n’est pas perturbé par l’effet de mémoire.  L’accumulateur au ion-lithium était initialement une pile, dont on a fini par mettre au point une variante rechargeable. Sa capacité est trois fois supérieure à celle de l’accumulateur au plomb, mais il ne supporte pas les surcharges (qui peuvent provoquer des explosions).

types c) Caractéristiques

L’électrode positive de l’accumulateur plomb acide (Fig.V.8) est de l’oxyde de mercure en poudre. Deux électrodes à base de plomb sont plongées dans un bac isolant contenant un électrolyte (eau + acide sulfurique). La tension d’un élément est de 2 V.  L’accumulateur au nickel cadmium comporte une plaque positive à base de nickel frité et une plaque négative à base de fer et de cadmium. L’électrolyte est constitué par une solution de potasse (KOH). La tension des éléments est de 1,2 V ± 0,3 V.  L’accumulateur au nickelhydrure métallique (ou NiMH)

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 La tension d’un élément dépend de la nature des électrodes et de l’électrolyte utilisé.  La capacité est la quantité d’électricité qu’un accumulateur peut restituer lorsqu’il est déchargé, pendant une heure, 5 heures ou 20 heures. Elle est désignée en ampèreheure. Une batterie de 40 Ah est capable de débiter 2 ampères pendant 20 heures.  L’énergie massique est le nombre de wattheures par kg que peut accumuler une batterie.

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Energies Renouvelables : Production et stockage  Le nombre de cycles charge/décharge est très important pour la rentabilité des batteries qui fonctionnent en charge/décharge : – de 500 à 1 500 cycles pour les batteries de traction au plomb ; – de 2 000 à 4 000 cycles pour les batteries nickel-cadmium.  L’accumulateur est utilisé en charge et décharge : démarrage, voiture électrique, matériel portatif (ordinateur, caméscope, perceuse, lampe électrique, poste de radio, jouets...).

A) Principe 

L’alimentation sans interruption est composée d’une chaîne : Redresseur/ Chargeur / Onduleur, et d’une batterie d’accumulateurs (Fig. V.9).

– Le redresseur/chargeur redresse la tension du réseau de distribution, afin de maintenir la batterie chargée. - L’onduleur restitue une tension alternative parfaite, à partir de l’énergie stockée dans la batterie.

d) Les piles rechargeables On désigne sous le nom de piles rechargeables des accumulateurs au nickel cadmium ou NiMH qui ont les mêmes dimensions que les piles R6, R14 ou R20, mais qui ont une tension de 1,2 V au lieu de 1,5 V. Ainsi, pour une tension de 6 V, il faut quatre piles de 1,5 V alors qu’il faudrait 5 batteries de 1,2 V.

B) Caractéristiques des alimentations sans coupure – La puissance, déterminée à partir des maxima de puissance demandés. – Les tensions amont et aval de l’onduleur.

V.3.4. Alimentation secourue  On l’appelle aussi alimentation sans interruption (ASI). Dans les systèmes avec groupes électrogènes, le passage de la source normale à la source de secours ou de remplacement n’est pas instantané, il peut durer de quelques secondes à plusieurs minutes ce qui, dans le cas d’équipements informatiques, peut provoquer des dégâts. On emploie alors une alimentation secourue ou sans coupure.

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– La durée d’autonomie souhaitée.  Remarque: pour l’habilitation : la présence d’une alimentation sans interruption dans une installation ou un équipement a pour effet qu’une tension reste présente en cas de coupure du réseau. Le chargé d’intervention doit en tenir compte pour les opérations de consignation.

V.3.5. Piles à combustible  Les piles à combustible sont des générateurs qui permettent Dr. F. BOUCHELGA

Energies Renouvelables : Production et stockage d’obtenir de l’énergie électrique à partir de l’énergie chimique de combustibles (hydrogène, méthanol ou hydrazine) et de comburants (oxygène ou air).  Dans ces générateurs, l’énergie chimique est transformée directement en énergie électrique et le résidu est de l’eau. Une pile à combustible qui utilise l’hydrogène et l’oxygène comprend deux électrodes poreuses A et B entre lesquelles se trouve un électrolyte liquide (solution de potasse) (Fig.V.10). Chaque électrode est reliée à une canalisation par laquelle arrive le gaz, l’électrode positive reçoit l’oxygène, l’électrode négative l’hydrogène. La réaction chimique est celle de

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l’eau (la pile produit de l’eau) et du courant électrique. Ce type de générateur nécessite beaucoup d’hydrogène qu’il faut stocker à très basse température, ou produire à partir d’hydrocarbure (pétrole). Ces piles sont utilisées dans les satellites.

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