Impact du Changement Climatique sur l’énergie éolienne:

Cas du NigerPrésentation:

Adji ISSAMsc Génie Sanitaire et Environnement,

Maître es physique à option ER

SIFEE,14eme colloque international en Évaluation Environnementale

du 26 au 29 mai 2009Niamey, Niger

IntroductionDef de l’EE et situation du vent au NigerLes changements climatiques à l’échelle régionale Principe de fonctionnement des éoliennesLes impacts du changement climatiqueAvantages et inconvénients des éoliennesAdaptabilitésÉtudes de casConclusions

Introduction

Les changements climatiques sont bien qu’une tendance au réchauffement. Une augmentation des températures mènera à de nombreux changements météorologiques sur les plans, par exemple de la configuration des vents, de la quantité et du type de précipitation ainsi que de la fréquence de phénomènes météorologiques que l’on pourrait s’attendre àvoir frapper une région particulière.Un tel changement climatique pourrait avoir des conséquences imprévisibles et d’une portée considérable sur la consommation d’énergie, le plan environnemental, social et économique.

Introduction

On estime que chaque année, le vent distribue entre 2.5 et 5.10(15) kWh; une énergie très importante mais difficilement récupérable. C’est ce potentiel énorme que représente l’énergie éolienne qui a poussé les hommes à trouver un moyen toujours plus perfectionné pour sa transformation en énergie mécanique ou électrique.L’EE qui a pour source la différence de pression entre deux zones peut-il connaître des modifications? Le Niger, Pays désertique par excellence, couvrant une superficie de 1 267 000 km2, peut-il échapper à ce phénomène mondial ?

Définition de l’EE et Situation du vent au Niger

L’énergie éolienne est l’énergie cinétique présente dans la nature. La quantité produite dépend principalement de la vitesse du vent, mais elle est aussi légèrement affectée par la densité de l’air.Les éoliennes convertissent l’énergie cinétique du vent en des formes d’énergie plus utiles, notamment l’énergie électrique ou mécanique. L‘énergie éolienne ne produit pas de pollution et constitue une forme d’énergie inde finement durable. Elle n’utilise pas de carburant, ne produit pas de gaz à effet de serre, ni de déchets toxiques ou radioactifs.

L’énergie peut être stocké sous forme mécanique, pompage d’eau, par compression de l’air, dans les batteries conventionnelles en plomb ou en gaz métal ou métaux alcalins.Nous avons distingué quelques grands types de besoins :

- hydraulique villageoise collective- hydraulique pastorale- irrigation- les besoins familiaux individuels- assainissement ou relevage.

Au Sahel, les vents correspondent à la prolongation des vents du Sahara et il est possible de distinguer les alizés (maritimes) qui suivent le littoral atlantique et soufflent pratiquement toute l’année:

la situation du vent au Niger est caractérisée par: l’ harmattan; vent chaud et sec venant du Sahara et desséchant tout sur son passage. ces vents sont peu turbulents et réguliers, soufflent d’Est en Ouest,La Mousson; ces vents peuvent devenir violents en apportant la pluie, elle est chargée d’humidité et venant de l’océan. Ces vents seront beaucoup violents en cas d’une augmentation de température et pourraient avoir des répercutions.La carte météorologique du vent au Niger est établie pour des trafics aériens et non pour l’exploitation de EE. Les données sur la vitesse du vent au Niger viennent de deux sources:la DMN et le projet PEEN/INRAN. Les informations disponibles donnent plus de crédit aux données du PEEN/INRAN, car elles ont été mesurées de façon continue alors que les données de la DMN sont souvent mesurées toutes les trois heures

Nom de station Code Longitude Latitude

Agadez

Bilma

Birni N’Konni

Chikal

Diffa

Dosso

Gaya

Gouré

Keita

Magaria

Mainé Soroa

Maradi Aéroport

N’guigmi

Niamey Aéroport

Sadoré

Tahoua

Tillabéry

Zinder

320048

320075

320025

320003

320074

320017

320018

320070

320032

320064

320072

320047

320077

320009

320023

320004

320062

07°59’

12°55’

05°17’

03°26’

12°47’

03°11’

03°27

10°18’

05°46’

08°56’

11°59’

07°05’

13°07

02°10’

05°15

01°27’

08°59’

16°58’

18°41’

13°48’

14°25’

13°25’

13°01’

11°53’

13°59’

14°46’

12°59’

13°14’

13°28’

14°15’

13°29’

13°15’

14°54’

14°12’

13°47’

Station Vitesse du vent à 10m Vitesse du vent à 50m

Agadez Bonkoukou Chikal Kollo Abala (Kourfa) N’guigmi Tahoua

4.5 1.44 2.8 2.69 3.36 2.63 3.69

5.66 1.81 3.53 3.39 4.22 3.3 4.64

Tableau1:Liste des stations météorologiques au Niger

Tableau 2:Liste des stations instrumentées par le projet PEEN/INRAN avec les vitesses du vent à 10m

Faible exploitation de l’EE au Niger, du au manque des moyens ou de sa très faible vulgarisation. Selon l’inventaire établi par le Projet EE au Niger (PEEN/INRAN), en 1991, le nombre d’éoliennes en fonctionnement est de 37. Le SIM (Soudan Interior Mission), organisme messianique protestant, a été, au début des années 50, le premier organisme à réaliser des installations éoliennes au Niger, pour pompage d’eau à usage domestique et pour l’irrigation. La majorité de ses installations se situe à Maradi.Le PEEN/INRAN a installé quelque 7 unités d’éoliennes dans la région de Tillabery. Ces installations concernent les villages de bonkoukou, Toukounous, Abala, Kourfa et Chikal. Elles servent toutes à l’irrigation des cultures de contre-saison exceptées celles de Toukounous qui sert àl’abreuvage des animaux du ranch de Toukounous et celle de N’Dounga qui est destinée à la production piscicole par la coopérative du village.

Les changements climatiques à l’échelle régionaleLe climat qui décrit par exemple les régimes de temps, de précipitation, d’ensoleillement et de vent observés dans une telle région varie où à un tel endroit, varie habituellement autour de valeurs moyennes, d’une année, d’une décennie à l’autre. En effet, les émissions du gaz carbonique et autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère ont cette capacité de réduire la concentration de l’ozone stratosphérique et de modifier l’équilibre radiatif global et particulièrement l’énergie totale de l’atmosphère entraînant conséquemment une variabilité forcée sur le temps et sur le climat autres que les classiques variabilités naturelles bien connues. Sur une plus longue échelle de temps, des décennies aux siècles, le climat peut changer radicalement.

Ces modifications atmosphériques s’accompagnent au niveau de la surface de la terre par la dégradation de l’environnement associée à un réchauffement et une diminution de l’humidité dans la couche limite et au niveau de la surface des océans par des anomalies qui auront en retour des conséquences néfaste sur les interactions terre /atmosphère /océan. Il s’agit d’un changement climatique, qui peut se produire de façon brutale ou plus progressivement.

Principe de fonctionnement des éoliennesL’éolienne rapide ou aérogénérateur est, en général utilisée pour la production d’électricité. La pièce majeure de l’aérogénérateur est le rotor comparable à une hélice qui a deux à trois pales. Les pâles ont un profil aérodynamique, elles sont réalisées en bois stratifié ou, de plus en plus, en matériaux composites. Le profil est constant sur toute la longueur et la largeur de la pale est de l’ordre du dixième de sa longueur. Les trois pales sont fixées sur un moyeu, montésur des roulements, lui même fixé au sommet d’un pylône sur un bâti (la nacelle) qui doit s’orienter au vent. Qd aux éoliennes lentes ou multi pales c’est le plus connu des éoliennes. Le rotor comporte 6 à 24 pales légèrement cambrées, réalisées en tôle. Chaque pale est fixée sur un tube soudé sur le moyeu.

Système de régulation électrique

Système d’orientation

Moyeu et commande du rotor

MultiplicateurPale

Frein

Générateur Nacelle

Mat

Armoire de couplage au réseau électrique

La surface balayée : beaucoup de gens s'imaginent que plus il y a de pales, plus l'éolienne « récolte » du vent. Mais ce n’est pas le cas. C'est la surface balayée par l'hélice qui compte et qui donnera en première approche la meilleure évaluation de l’éolienne.

• Vent de démarrageL’éolienne commence à tourner quand le couple moteur produit par le vent sur

les pales de la roue, ou de l’hélice dépasse le couple résistant du aux frottements au repos, d’ou la notion du vent de démarrage qui correspond à la vitesse du vent la plus faible à partir de laquelle l’éolienne commence à tourner.

• Vitesse spécifiqueRapport entre la vitesse circonférentielle au bout de pale et la vitesse du vent.• Vent utileCompte tenu de ce qui précède on peut repartir les vitesses du vent en trois

groupes :-les vitesses inférieures au vent de démarrage-les vitesses comprises entre le vent de démarrage et le vent nominal,-les vitesses supérieures au vent nominal.

Un exemple d’image de ce que peut être une courbe de puissance en fonction de la vitesse du vent

Facteur de charge = E/ Pnxt

Les meilleurs facteurs de charge se situent actuellement entre 30 et40 %.

Comment installer une éolienneVitesse et direction du vent

La vitesse du ventLa densité de puissance éolienne intégrant la densité de l’air Les variations temporelles qui doivent suivre d’assez près la

consommation électriqueLa distribution des origines des ventsLa variation en fonction de la hauteur, une loi empirique

permettant d’en connaître l’augmentation V/V0= (H/H0)n, oùl’indice n de rugosité varie de 0,1 à 0,4

Choisir un meilleur siteS’éloigner des obstacles

Modélisation d’une éolienne

Une éolienne se modélise principalement à partir de ses caractéristiques aérodynamique, mécanique et électrotechnique. En pratique, on distingue aussi le « grand éolien », qui concerne les machines de plus de 250 kW, de l'éolien de moyenne puissance (entre 36 kW et 250 kW) et du petit éolien (inférieur à 36 kW).La puissance du vent contenue dans un cylindre de section est : Pcinétiq =(1/2)ρSV3 Cette puissance est une puissance théorique,

Avec :ρ masse volumique de l‘air (air atmosphérique sec, environ :

1,23 kg/m3 à 15 °C et à pression atmosphérique 1,0132 bar),V vitesse du vent

Puissance récupérableLa puissance récupérable est inférieure, puisque l'air doit conserver une énergie cinétique résiduelle pour qu'il subsiste un écoulement. Albert Betz a démontré que la puissance maximale récupérable

est : Pmax=(16/27)xPcinétiq=(8/27) ρSV3

Le rendement théorique est ainsi fixé à 16/27, et ceci ne prend pas en compte les pertes d'énergie occasionnées lors de la conversion de l'énergie mécanique du vent en énergie électrique

FiabilitéToutes les panes sont généralement:partie détachée, foudre, tempête, défaillance d’un composant, réseau, système de control et autre cause

Les impacts du changement climatique

Hausse de la température modification de la vitesse de ventL’évolution de la demande en énergie entraînera une demande en énergie éolienne.

Les éoliennes sont aussi exposées, à des risques de dommages qui pourraient augmenter en intensité et en fréquence en cas de changements climatiques.L’ampleur des impacts ne soit pas facile à prévoir étant donné les effets contradictoires et l’incertitude qui entourent aussi bien l’évolution des climats que la production de base de la consommation d’énergie éolienne.

Disparition de la faune et flore, conditions climatiques plus chaudes et ventées pourraient poser des risques sur la santé; Ces phénomènes comportent de nombreux risques potentiels pour la santé, y compris des risques de blessures physiques directes, de mort et de détresse psychologique en raison de la perte d’être chers ou de traumatismes subis par ceux-ci, de dommage à la propriété et de l’évacuation des foules vers les abris.

Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer à première vue, les contraintes les plus destructives pour les aérogénérateurs ne sont pas celles qui sont dues aux vitesses de vent maximal.Pour peu que le fonctionnement de la régulation de vitesse de l’hélice soit bien conçu. Les conditions de calcul d’une hélice d’aérogénérateur et de tous les autres éléments de la machine sous les contraintes d’un vent supposé perpendiculaire au plan de rotation de l’hélice sont faciles à maîtriser. Les choses sont beaucoup moins simples quand au effets du changements d’orientation du vent et quant à la possibilité pour les aérogénérateurs de suivre les changements sans que se développent des contraintes aérodynamiques, dissymétriques et gyroscopiques importantes.Les choses sont moins simples parce que tout d’ abord il n’existe pas de données précises sur ce que nous appelons la turbulence du vent au sens de la construction des aérogénérateurs : c’est àdire les variations de direction et de la vitesse du vent auxquelles sont sensibles les aérogénérateurs.

Avantages et inconvénients des éoliennes

Selon Hubert Reeves, « chaque éolienne est garante d'un peu moins de gaz carbonique dans l'atmosphère ou d'un peu moins de déchetsnucléaires à gérer par les générations à venir ».

L’énergie éolienne est modulable et peut être parfaitement adaptée au capital disponible ainsi qu’aux besoins en énergie .Il n’y a donc pas d’investissements superflus. Cette modularité permet aussi de maintenir en fonctionnement la plus grande partie de l’installation lorsqu ‘une pièce est défectueuse. Les frais de fonctionnement sont assez limités étant donné le haut niveau de fiabilité et la relative simplicité des technologies mises en œuvre.Le prix de revient d’une éolienne va probablement diminuer dans les années à venir suite aux économies d’échelle qui pourront être réalisées sur leur fabrication.Techniquement au point, les éoliennes sont rentables dans les régions bien ventées.

En fait ce n’est pas seulement le risque d’épuisement des combustibles fossiles, ni le souci de la sécuritéd’approvisionnement, mais d’autres raisons plus environnementales qui expliquent l’essor de l’éolien :La lutte accrue contre la pollution atmosphérique, le fait que les combustibles fossiles contribuent massivement au réchauffement progressif de la terre, et que polluants émis dans l’atmosphère peut ensuite engendrer des effets négatifs sur les écosystèmes, sur l’homme et sur le patrimoine, tous ces éléments favorisent le développement de l’éolien.Toutefois il ne faut pas non plus négliger les différents impacts négatifs que peuvent avoir les installations éoliennes sur l’environnement notamment le bruit, elle ne suffit pas à elle seule

Réchauffement global, pluies acides, pollutions atmosphériques… Autant de problèmes écologiques qui inquiètent nos contemporains. L’énergie éolienne, sans prétendre y répondre complètement, peut cependant améliorer la qualitéde l’air que nous respirons et empêcher la fatale augmentation de l’effet de serre.

Les bénéfices au niveau global sont évident et peuvent se résumer ainsi :Émission de gaz à effet de serre ;Émission de poussières, de fumées et d’odeurs ;Production de suies et de cendres ;

Nuisances (accident, pollutions) de trafic, liées à l’approvisionnement des combustibles ;

Rejets dans le milieu aquatique, notamment des métaux lourds ;Dégâts des pluies acides sur la faune et la flore le patrimoine, l’homme ;Stockage des déchets ;

La température de notre planète résulte de l’équilibre entre le flux de rayonnement lui parvenant du soleil et le flux de rayonnement infrarouge renvoyé vers l’espace. La vapeur d’eau, le gaz carbonique, et d’autre gaz de l’atmosphère vont absorber ce rayonnement infrarouge, entraînant le réchauffement de la planète.

Adaptabilités Ceci correspond aux efforts à mettre en œuvre afin de faire face aux dommages que peut causer une augmentation de la vitesse du vent :

Dans le domaine de l’habitat il est important de mettre sur pied des matériaux de construction pouvant empêcher la rentrée des poussières et même pouvant faire face à la violence du vent.Dans le domaine de l’ensablement , il suffit de mettre en œuvre de mécanisme de lutte contre la désertification en fixant les dunes, pour protéger non seulement la flore mais aussi la population , les terres cultivables, les cours d’eau et les cuvettes qui aujourd’hui menacées par l’ensablement . A ce qui concerne la production d’énergie éolienne, il est important de mettre en œuvre un certain nombre de techniques dans la fabrication faisant face aux modifications de la vitessedu vent.

Études de cas

Bilma

N’Guiguimi,

Maradi et

Gaya

Études de casMesure à 10 m des données éoliennes de quelques localités (source DMN)

Vitesse de vent moyenne à Bilma

Année 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04

V

m/s

2.9 2.8 3.2 2.6 2.7 2.5 2.1 2.4 2.5 1.6

Année 1995 1996 1997 1998

V(m/s 1.6 2.1 1.9 1.5

Vitesse de vent moyenne à Gaya

Année 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04

V

m/s

1.7 1.5 1.6 1.7 1.4 1.5 1.7 2.2 1.9 2.1

Vitesse de vent moyenne à Maradi

Année 2001 2002 2003 2004

V m/s 1.4 1.6 1.6 1.5

Vitesse de vent moyenne à N’guigmi

Selon l’observation, ces courbes connaissent une augmentation et une décroissance de la vitesse moyenne.Cela est du à peut être aux modifications de température que connaît le monde entier ces dernières décennies. Le centre n’a pas des données sur la température de 1993 à nos jours ConclusionNous avons dit plus haut que le changement climatique va augmenter ou diminuer la disponibilité du vent comme source d’énergie. Dans toutes les courbes faites de manière générale nous constatons une légère augmentation de la vitesse moyenne du vent.

ces résultats montrent clairement les effets sur la vitesse de vent. Ils se traduisent par une augmentation de la vitesse pour les deux localités et une légère diminution pour les deux autres. Cette étude pourrait être poursuivie et prendre les différentes période des différents modèles pour faire sortir un résultat clair.

Conclusion

Les problèmes de l’énergie et de l’adaptabilité des pays grâce à des progrès techniques doivent être un sujet d’actualité pour les pays en voie de développement comme le Niger, Perspectives d’une possible utilisation de l’énergie éolienne. Faibles impacts du cc sur les EE

Je vous remercie