La turbine à vis d'Archimède,

technologie propre et innovante

pour l'électrification rurale en

Afrique et la préservation de la

forêt

Jean Paul Katond Mbay

Michael Cowez

Pr. Patrick Hendrick

Yaoundé

12 au 15 septembre 2011

2

Plan de la présentation

. Introduction

. Section I. Forêt et énergie en RD.CONGO

. Section II. Electrification rurale et vis d’Archimède

. Conclusions

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

3

Introduction

*Constat

Existence de liens étroits entre déforestation, énergie

et changements climatiques.

*Challenge

Proposer des projets énergétiques avec une dynamique :

+ d’innovation,

+ d’implication des populations

+ de protection de l’environnement

+ de pérennisation par les populations tout

en contribuant à la génération de revenus.

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

4

Forêt et énergie en RDC

Présentation de la RDC

-Superficie : 2.345.000 km2

-Nbre habitants : 65 millions.

Sous-sol riche : or, coltan,

cuivre, cobalt, uranium, etc.

-Population pauvre: 80% vit

avec moins de 1 $ US/ jour

-80 % vit en milieu rural

-Pays post- conflit, situation en cours de

stabilisation.

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

5

Forêt et énergie en RDC

+ Forêt : 135 millions H. (FAO)

Soit 10 % monde et 45 % Afrique

2ème plus vaste forêt tropicale

après Amazonie

Composition:

- 8 parcs nationaux, - 57 réserves et domaines de chasse,

- 3 réserves de biosphère, - 117 réserves forestières de production,

- 3 jardins zoologiques, - 3 jardins botaniques

(source FAO)

+ Déforestation

De 2000 à 2010 : 350 000 H.

En 2030 : 12 à 13 millions H.

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

6

1. Causes

+ Le bois et le charbon de bois couvrent 90 % des besoins

énergétiques des ménages (urbains et ruraux).

+ L’agriculture

+ Les entreprises minières

+ La fabrication des briques de construction

+ Les feux de brousse.

2. Conséquence principale

Erosion du sol =>

diminution de la fertilité du sol lessivé et inondations.

Forêt et énergie en RDC

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

7

Pour réduire la consommation de bois et charbon de bois (très polluant et de faible rendement)

Une des solutions

électrification rurale

=>

+ Utilisation des plaques chauffantes électriques

+ Diversification des activités réduisant la demande des terres agricoles.

+ Possibilité accrue de conservation

Forêt et énergie en RDC

Problématique

Section I

Section II

Conclusions

8

Electrification & vis d’Archimède

Hydroélectricité en RD. Congo

-Potentiel hydro : 100.000 MW (*)

Soit 13 % du monde

-Pce Inst. : 2.516 MW soit 2.5% de (*).

-Pce Prod.: 1.100 MW soit 1.1% de (*)

Autres: solaire, gaz, éolien,…

Introduction

Section II

Section I

Conclusions

9

Situation nationale

a. SNEL : monopole

Installée : 2.426 MW soit 95 %

de la Puissance Inst.

b. Privés : 90 MW (5%)

c. Problèmes d’exploitation

d. Conséquences

- Mauvaise qualité énergie

- Délestages intempestifs

- Taux de desserte très bas:

• Urbain : 5 %

• RURAL : 1% « L’un des plus faibles au monde »

- Nécessité d’augmenter ce taux -

Introduction

Section II

Section I

Conclusions

Photo : Barrage Inga RDC (Ouest)

Source : Banque mondial

RDC

Electrification & vis d’Archimède

10

Electrification & vis d’Archimède

Facteurs garantissant le succès des projets de micro-hydroélectricité rurale

1° La réduction du capital de départ

2° La réduction du coût de maintenance

3° La fiabilité

4° La robustesse

5° La simplicité

Objectifs de la thèse : Proposer le type de turbine appropriée prenant en compte ces exigences

et réaliser des essais.

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

11

Electrification & vis d’Archimède

Centrale hydro-électrique ? Système de conversion d’énergie

absorbant la puissance présente sous forme d’un débit et d’une

hauteur de chute (énergie potentielle d’une certaine masse d’eau )

et la convertissant en électricité ou en couple mécanique.

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

Puissance hydraulique = 9,81 x1000 x Débit x Hauteur de chute

Puissance électrique= Puissance hydraulique x Rendement de l’installation

P [W] = H[m]. Q [m3 /s] . η. g=9.81 [m /s2]. ρ= 1000 [kg/ m3]

12

Electrification & vis d’Archimède

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

Turbine hydraulique.

Définition: machine dans laquelle un

transfert d’énergie s’effectue entre

l’eau s’écoulant de façon continue et

un rotor (roue équipée d’aubes ou

de pales).

Turbines à action

Turbines à réaction

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Electrification & vis d’Archimède

Présentation de la turbine à vis

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

Composants :

-Auge

-2 paliers

-Tube cerné

- Spires

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Electrification & vis d’Archimède

Paramètres

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

a. Les paramètres externes

1° Le rayon extérieur de la vis R0

2° La longueur active de la vis L,

3° L’inclinaison K= tg θ,

b. Les paramètres internes

1° Le rayon intérieur de la vis Ri

2° Le nombre de spires N, N= 1, 2,…

3° Le pas ou période de l’hélice Λ,

0 ≤ Λ ≤ 2.Π. R0/ K

c. Paramètres adimensionnels

- Le coefficient de volume: υ = Vt /Π. R02 .Λ

avec Vt = le volume maximum de l’eau par cycle.

- Le coefficient de rayon: ρ = Ri /R0

- Le coefficient de pas: γ = K. Λ / 2.Π R0

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Electrification & vis d’Archimède

Caractéristiques

Avantages de la turbine à vis:

1° Conception, construction et maintenance simples

2° Réduction importante du génie civil donc de l’investissement initial.

(Le génie civil peut représenter jusqu’à 40 % du budget de la centrale)

3° Technologie écologique / fish-friendly

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

1< H <10 m et 0.5 < Q < 5,5 m3

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Conclusion

Introduction

Section I

Section II

Conclusions

La vis d’Archimède

Opportunité pour l’électrification

rurale des pays du tiers monde.

Technologie

-Robuste

-Simple

- Moins couteûse

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Merci de votre attention