UNIVERSITE DE DSCHANG THE UNIVERSITY OF DSCHANG

FACULTE DAGRONOMIE ET DES SCIENCES AGRICOLES FACULTY OF AGRONOMY AND AGRICULTURAL SCIENCES

DEPARTEMENT DU GENIE RURALE DEPARTMENT OF AGRICULTURAL ENGINEERING

ETUDE DE FAISABILITE ET CONCEPTION D`UNE EOLIENNE DE POMPAGE

Mmoire prsent en vue de lobtention du Diplme dIngnieur Agronome Option : Gnie Rural

Par : ELA ELA GEORGES Matricule : 05A026 14me Promotion, FASA

AVRIL 2011

FICHE DE CERTIFICATION DE LORIGINALITE DU TRAVAIL Je soussign, NSAH-KO TCHOUMBOUE, tudiant la Facult dAgronomie et des Sciences Agricoles (FASA) de lUniversit de Dschang, atteste que le prsent mmoire est le fruit de mes propres travaux effectus lONG ADEID, sous la supervision de monsieur TEKOUNEGNING, enseignant la Facult dAgronomie et des Sciences Agricoles et sous lencadrement du MONSIEUR TAKAM MICHEL, secrtaire excutif de lONG. Ce mmoire est authentique et na pas t antrieurement prsent pour lacquisition de quelque grade universitaire que ce soit. Noms et signature de lauteur :de lEncadreur : Visa

Date :

Visa du Superviseur :

Visa du Chef de Dpartement de Gnie Rurale :

Date :

Date :

FICHE DE CERTIFICATION DES CORRECTIONS APRES SOUTENANCE Le prsent mmoire a t revu et corrig conformment aux observations du jury.

Visa du Prsident du jury :

Date :

Visa du Superviseur :

Visa du Chef de Dpartement de Gnie Rurale :

Date :

Date :

RESUME Dans de nombreuses localits du Cameroun, un nombre considrable de personnes vivent dans les zones trs loignes du rseau AES SONEL et nayant pas accs llectricit. Pourtant dans ces localits, il existe un rseau hydrographique et une topographie favorisant la production dlectricit laide de Microcentrales Hydrolectriques. La prsente tude, qui vise contribuer lamlioration de la production dlectricit au1

Cameroun, sest droule entre 515, LE 1014).

Mai

et

Aot 2010

dans la localit Manjouom,

arrondissement de Malantouen, dpartement du Noun, rgion de louest Cameroun (LN Une fiche denqute (copie en annexe), des interviews directes auprs de 50 mnages, 10 commerces, 6 services publics et 3 oprateurs de moulins, des observations et des mesures de terrain ont permis de collecter des informations en vue d identifier les sources et le niveau actuel dutilisation de lnergie, destimer les besoins nergtiques des populations jusquen 2020, dvaluer le potentiel de production hydrolectrique et de proposer un projet de microcentrale hydrolectrique. Les principaux rsultats sont ainsi quil suit : Les sources dnergie utilises dans la localit sont varies, elles sont constitues de lampes temptes, groupes lectrognes, piles et lampes torches. Les dpenses pour lachat du ptrole, du gasoil et des piles pour les radios reprsentent environ 50% des dpenses totales des populations de la localit. Les besoins en nergie lectrique slvent 34,9 kW actuellement et sera de 49,4 kW dans les vingt prochaines annes. Le potentiel de production hydrolectrique de cinq cours deau montre que cest sur le Nchi de part ses caractristiques (Hauteur de chute de 45 m, dbit de 0,120 m3/s et une puissance de 40 kW) que nous proposons un projet de MCH. Le projet de MCH propos produira 350,4 MWh par an, capable de satisfaire les besoins actuels des populations de Manjouom et jusque dans les huit prochaines annes. Le cot estimatif du projet slve 21 444 814 FCFA. Ce projet est susceptible de contribuer au dveloppement socio-conomique des populations de cette localit Mots cls : nergie, utilisation, besoin, microcentrale lectrique, Malantouen, Cameroun.

ABSTRACT In many localities of Cameroon, a considerable number of people live in zones which are very far from the AES SONEL network and do not have access to electricity. Meanwhile, in these localities, there exist a hydrographic network and topography which favors the2

production of electricity with the help of micro hydro power. This present study, which aims at contributing to the amelioration of electricity production in Cameroon, took place between May and August 2010 in Manjouom, Malantouen subdivision, Noun division of the West region of Cameroon (LN 515, LE 1014). Direct interviews and survey were addressed to a representative sample of a 50 households, 10 traders, 6 public services and 3 commercial grinding mills; observations and field measurements permitted the collection of information in order to identify the sources of energy, to estimate the energy use of population up to 2020, to evaluate hydro electrical production potential and propose a hydro power project. The main results were as follows: The sources of energy used in the locality are varied; they include hurricane lamps, generators, batteries and torch lamps. The cost of kerosene, gasoil, and batteries for those items represent about 50 % of the total expenditures of the households. Electric energy needs are around 34.9 kW and will be up to 49.4 kW in the next 20 years. The hydro electric production potential of five main rivers of the locality show that because of its characteristics, it is on the Nchi River (gross head of 45 m, discharge of 0.120 m3/s and power of 40 kW) that we propose the following hydropower project. The proposed hydro power project will produce 350.4 MWh per year, capable of satisfying the actual needs of the population of Manjouom, even up to the 8 next years. The estimated cost of the project is 21 444 814 FCFA. This project is susceptible of contributing for the socio-economical development of the population of this locality. Keys words: energy, use, need, micro hydropower, Malantouen, Cameroon

REMERCIEMENTS Le prsent document naurais pas vu le jour si un certain nombre de personnes ny avaient contribu. Je profite dont de lopportunit que moffre cette rubrique pour exprimer toutes ces personnes ma profonde gratitude. Il sagit particulirement:2

M. TEKOUNEGNING pour leffort quil na cess de ma apport. M. Michel TAKAM secrtaire excutif dADEID pour mavoir offert lopportunit de raliser le prsent stage dans la structure quil dirige. Pr Joseph TCHOUMBOUE pour lattention particulire quil a accorde ce travail. M. NJIKENG Coney ; M. BODELAIRE ; Mme MBOBOUE Carole ; M. NGAPNA Jean Plaside et tous le personnel dADEID pour laccueil chaleureux quils mont rserv au sein de la structure. La famille TCHOUMBOUE pour le soutient infaillible quelle mapport. Par ailleurs, jaimerais tmoigner mon attachement aux personnes suivantes qui nont jamais mnages aucuns efforts afin de massister : Tchoumbou Kadji Serge, Folefack Rostand, Naoussi Merline, Djuimo Herv, Nanda Yannick, Meutchieye Flix, Tatchago Yollande, Tchanou Stve, Yenou Valery, Ngameni Franklin, Diffo Anicet, Lacmango Norbert, Ketchegnia Willy, Guelang georges, Houmoua Christian, Deffo Deffo Christian, Noubieli Danielle, Nguimz Stephan, et Kenfack Hermine.

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DEDICACES

A mon papa Tchoumbou Joseph et ma maman Tchoumbou Julienne A mes grands frres : Yaga, Kaam, Abeyo et Ouapi

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TABLE DES MATIERESFICHE DE CERTIFICATION DES CORRECTIONS APRES SOUTENANCE......................................I RESUME...................................................................................................................................................II ABSTRACT.................................................................................................................................................III REMERCIEMENTS......................................................................................................................................IV DEDICACES.....................................................................................................................................................V TABLE DES MATIERES..............................................................................................................................VI LISTE DES TABLEAUX............................................................................................................................VIII LISTE DES FIGURES...................................................................................................................................IX CHAPITRE 1: INTRODUCTION...................................................................................................................1 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. GNRALITS..........................................................................................................1 PROBLMATIQUE.......................................................................................................3 OBJECTIFS DE LTUDE................................................................................................4 IMPORTANCE DE LTUDE..............................................................................................4 LIMITE DE LTUDE....................................................................................................4

CHAPITRE 2 : REVUE DE LA LITTERATURE........................................................................................6 2.1. DFINITIONS DE QUELQUES CONCEPTS.................................................................................6 2.2. LLECTRICIT.........................................................................................................7 2.2.1. Production de llectricit.....................................................................................72.2.1.1. Energies non renouvelables............................................................................................8 2.2.1.2. Energies renouvelables..................................................................................................9

2.2.2. Demande dnergie lectrique par les populations......................................................12 2.3. SITUATION DE LLECTRIFICATION RURALE EN AFRIQUE SUBSAHARIENNE..........................................12 2.4. HYDROLECTRICIT..................................................................................................14 2.5. MICROCENTRALES HYDROLECTRIQUES.............................................................................15 2.5.1. Caractristiques dune microcentrale hydrolectrique............................................15 2.5.2. Configurations des amnagements hydrolectriques...............................................162.5.2.1. 2.5.2.2. 2.5.2.3. Amnagements avec barrage de drivation...................................................................16 Amnagements intgrs dans un rseau deau potable......................................................17 Amnagements intgrs dans un canal dirrigation..........................................................18

2.5.3. Barrage de drivation....................................................................................19 2.5.4. Prise deau.................................................................................................21 2.5.5. Canal damene...........................................................................................23 2.5.6. Chambre de mise en charge.............................................................................25 2.5.7. Conduite force............................................................................................27 2.6. TYPES DE TURBINES ET PUISSANCE TRANSMISE PAR LEAU LA TURBINE..........................................29 2.7. ALTERNATEUR ET PUISSANCE DE SORTIE............................................................................32 2.8. TRANSPORT DU COURANT LECTRIQUE..............................................................................34 2.8.1. Poteaux et quipements de transport de llectricit...............................................34

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2.8.2. Conducteurs................................................................................................34 2.9. AVANTAGES DUNE MICROCENTRALE HYDROLECTRIQUE...........................................................34 2.10. QUELQUES PROBLMES LIS AUX MICROCENTRALES HYDROLECTRIQUES...........................................35 2.10.1. Problmes lis aux dbits...............................................................................35 2.10.2. Problmes lis lenvironnement.....................................................................35 2.10.3. Problmes lis lexploitation des MCH.............................................................36 CHAPITRE 3 : MATERIELS ET METHODE.........................................................................................37 3.1. LOCALISATION DE LA ZONE DTUDE....................................................................................37 3.2. CARACTRISTIQUES GO CLIMATIQUES...................................................................................38 3.3. CARACTRISTIQUES SOCIO-CONOMIQUES................................................................................38 3.3.1. Organisations villageoises....................................................................................39 3.3.2. Structures sociales Manjouom..............................................................................39 3.3.3. Activits conomiques.........................................................................................39 3.4. COLLECTE DES DONNES.................................................................................................39 3.4.1. Recensement des sources et besoins dnergie lectrique...............................................39 3.4.2. Evaluation du potentiel hydrolectrique de la zone dtude............................................40 CHAPITRE 4 : RESULTATS ET DISCUSSIONS......................................................................................42 4.1. NIVEAU ACTUEL DACCS LNERGIE DES POPULATIONS DE MANJOUOM.............................................42 4.2. DPENSES MENSUELLES MOYENNES EN NERGIE PAR CATGORIES DE CONSOMMATEURS...............................43 4.3. NIVEAU ACTUEL ET PRVISION DE LA DEMANDE DE LNERGIE LECTRIQUE............................................44 4.4. EVALUATION DU POTENTIEL HYDROLECTRIQUE DE MANJOUOM.......................................................45 4.5. PROJET DE MCH SUR LE NCHI.........................................................................................46 4.5.1. Descriptif.........................................................................................................46 4.5.2. Caractristiques du projet.....................................................................................474.5.2.1. Barrage de drivation...................................................................................................47 4.5.2.2. Prise deau................................................................................................................49 4.5.2.3. Canal damene.........................................................................................................51 4.5.2.4. Chambre de mise en charge...........................................................................................51 4.5.2.5. Conduite force.........................................................................................................53 4.5.2.6. Centrale...................................................................................................................54 4.5.2.7. Equipements de production de llectricit........................................................................56 4.5.2.8. Rgulation de tension et synchronisation..........................................................................58 4.5.2.9. Equipements de Transport et distribution du courant.............................................................59 4.5.2.10. Cot dinvestissement de la MCH..................................................................................61

CHAPITRE 5 : CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS...............................................................62 5.1. CONCLUSIONS.............................................................................................................62 5.2. RECOMMANDATIONS......................................................................................................62 BIBLIOGRAPHIE..........................................................................................................................................64 ANNEXES67

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ANNEXES

LISTE DES TABLEAUXTableau 1: Structure de production dlectricit dorigine renouvelable en 2008 dans le monde. .10 Tableau 2: Quelques classifications des centrales hydrolectriques......................................15 Tableau 3 : valeurs du coefficient de rugosit de Manning................................................25 Tableau 4 : Domaine dutilisation des types de turbine en fonction de la hauteur chute nette......31 Tableau 5 : Echelle des vitesses spcifiques (NS) en m/s pour chaque type de turbine...............32 Tableau 6 : Rpartition des sources dnergie en fonction des utilisateurs.............................42 Tableau 8 : Niveau actuel et prvision de la demande en nergie lectrique...........................44 Tableau 9 : Potentiel hydrolectrique des principaux cours deau de Manjouom.....................45 Tableau 10 : Caractristiques du barrage de drivation.....................................................47 Tableau 11 : Caractristiques du matriel de construction du barrage de drivation..................48 Tableau 12 : Caractristiques de la prise deau...............................................................49 Tableau 13 : Caractristiques du matriel pour la construction de la prise deau......................50 Tableau 14 : Caractristiques du canal damene............................................................51 Tableau 15 : Caractristiques de la chambre de mise en charge..........................................52 Tableau 16 : Caractristiques du matriel de construction de la chambre de mise en charge.......52 Tableau 17 : Caractristiques de la conduite force.........................................................53 Tableau 18 : Caractristiques des trois poteaux de support de la conduite force....................54 Tableau 19 : Caractristiques de la centrale...................................................................55 Tableau 20 : Caractristiques du matriel de construction de la centrale...............................55 Tableau 21 : Caractristiques de la fondation................................................................56 Tableau 22 : Caractristiques de la turbine....................................................................57 Tableau 23 : Caractristiques principales de lalternateur..................................................58 Tableau 24 : Caractristiques du transport du courant lectrique.........................................59 Tableau 25 : Caractristiques de la distribution du courant lectrique...................................60 Tableau 26 : Estimation du cot de la MCH..................................................................61

Tableau 25 : Estimation du cot de la MCH

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LISTE DES FIGURESFigure 1 : Graphe de la chaine des valeurs de llectricit.................................................................7

Figure 18: Disposition de la tuyauterie sur la centrale du Nchi LISTE DES ABREVIATIONS AAVIM: American Association of Vocational Instructional Materials AIE : Agence Internationale de lEnergie ADEID : Action pour un Dveloppement Equitable Intgr et Durable ADEME : Agence de lEnvironnement et de la Maitrise de lEnergie BAD : Banque Africaine de Dveloppement CEEAC : Communaut Economique des Etats de lAfrique Centrale EDF : Electricit De France ESHA: European Small Hydro power Association GPS : Global Positionning System LN : Latitude Nord LE : Longitude Est MCH : Microcentrale hydrolectrique ONG : Organisation Non Gouvernementale PNUD : Programme des Nations Unies pour le Dveloppement PVC : Polyvinyle Chlorite RGPH : Recensement Global de la Population Humaine2

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CHAPITRE 1: INTRODUCTION

1.1.

Gnralits

Lnergie est llment cl du dveloppement conomique (Renewable Energy Policy Network for the 21st Century REN21-, 2005). Les sources dnergie utilises peuvent tre non renouvelables ou renouvelables. Les sources dnergie renouvelables sont essentiellement le solaire, lolienne, la gothermie et lnergie hydraulique et la biomasse. Lnergie hydraulique rsulte du mouvement de masses d'eau coulant le long des pentes naturelles (Smausser et Hartz, 1998). Pour pouvoir transformer cette nergie en travail utile, il est ncessaire de la concentrer, soit en tirant parti de chutes naturelles, soit par l'amnagement d'un barrage de manire obtenir une hauteur de chute et un dbit suffisant pour installer une centrale. Aujourdhui, en associant lnergie hydraulique lnergie lectrique, il est possible de construire des installations de trs grandes tailles mais aussi de petites tailles. En effet depuis le dbut de llectrification en Europe et dans les autres coins du monde, lnergie hydraulique est la premire source dnergie renouvelable utilise pour produire de llectricit (ESHA, 2005). La production de llectricit est un indicateur de dveloppement manier avec prcaution. Selon EDF (2009), la production dlectricit renouvelable dans le monde a atteint 3762,6 TWh en 2008 soit 18,7 % de la production totale et lhydrolectricit reprsente la principale source dnergie avec 86,3 % du total renouvelable. Et pourtant Afrique avec un potentiel nergtique important et vari, la consommation dnergie commerciale est modeste (0,3 tep/hab) et caractrise par la prdominance des produits ptroliers ; en effet les pays de la CEEAC (Rpublique Dmocratique du Congo, Congo, Gabon, Cameroun, Guine Equatoriale) disposent des ressources hydrolectriques considrables avec un potentiel hydraulique reprsentant 60% de celui du Continent africain (CEEAC, 2009). Les systmes lectriques en Afrique sont caractriss par la prdominance de la production hydraulique et lun des pays concern est le Cameroun. Notamment avec le soutien des institutions internationales le Cameroun a adopt sa stratgie de croissance et de lemploi en 2009. Dans cette stratgie, une analyse a t effectue pour faire sortir le secteur nergtique comme moyen de dveloppement. Avec des ressources naturelles assez importantes (leau, les forts, rserve de gaz et ptrole), le Cameroun suit de nouvelles politiques pour amliorer et dvelopper ses sources dnergie. Ces principales sources dnergie incluent le bois de chauffage, le ptrole et llectricit. En parlant de llectricit, la demande pour cette source

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dnergie au Cameroun se fait de plus en plus croissante, en effet la croissance de la demande dlectricit est estime 8% par an (BAD, 2006). Malheureusement la production dlectricit au Cameroun assure par AES SONEL connait jusqu prsent des limites dans le dveloppement du secteur de lnergie lectrique. Les problmes dans ce secteur sont lis linsuffisance des capacits de production imputable au retard dans les investissements, la vtust, la saturation et la faible disponibilit des quipements de production, de transport et de distribution. Dans loptique de rsoudre ces problmes dnergie lectrique et bnficier pleinement du potentiel hydrolectrique quip, les principales centrales (Barrage dEda et Song loulou) doivent tre rhabilites. Toujours dans cette optique, plusieurs projets de production sont identifis ou en cours de prparation notamment la construction de deux centrales thermiques (turbine gaz de 120 MW et centrale au fioul de 80 MW) et des centrales hydrolectriques de Nachtigal (225 MW), MemveEle (201 MW) et du barrage rservoir de Lom Pangar (52 MW). Concernant le milieu rural, ltat Camerounais sest dot dune politique daccs aux services de llectrification rurale. Le Ministre de lnergie et de lEau a mis en place deux organismes : LAgence de Rgulation du Secteur de llectricit (ARSEL). Ses objectifs sont de veiller lquilibre financier du secteur, approuver les tarifs, instruire le dossier de licence et de concession, autoriser lexercice dactivit en zone rurale et de promouvoir la concurrence et la participation du secteur priv. LAgence dlectrification Rurale (AER) est charge dassurer la promotion de llectricit en accordant oprateurs et aux usagers lassistance technique et financire ncessaire au dveloppement de llectrification rurale, et dencadrer les populations rurales bnficiaires des installations lectriques. Ces deux organismes sont importants vu quil existe un accs ingal aux services dnergie lectrique en quantit et en qualit entre les populations des zones urbaines et celles des zones rurales. 5% seulement des populations rurales contre 50% des populations urbaines ont droit llectricit (Nkutchet, 2004). Et pourtant, lacquisition du paquet technologique pour les zones rurales Camerounaises pourrait conduire la mise en place des microcentrales hydrolectriques dont le potentiel au Cameroun permettrait de produire lquivalent du tiers de la consommation nationale actuelle (Ngnikam et Tanawa, 2006).

1.2. ProblmatiqueDepuis des annes, le Cameroun est tomb dans une crise nergtique qui sest traduite par des pnuries de gaz, la flambe des prix du carburant et surtout par des dlestages rguliers dlectricit. Cette situation a contribu la stagnation de lconomie et la perturbation de la vie sociale. En effet ces dlestages sont dus au fait que les infrastructures lectriques2

fonctionnent en dessous de leur capacit nominale cause de leur mauvais tat conscutif au manque dentretien. En effet le rseau lectrique est faiblement dvelopp se limitant la desserte des principales villes du pays. Et pourtant le secteur rural au Cameroun recle dimportantes potentialits parmi lesquelles on peut citer : la grande diversit climatique, lexistence dimportantes terres agricoles, de forts et de ressources hydrauliques, et un cadre naturel favorable la diversit des pratiques nergtiques. Mais seulement lexploitation de toutes ces opportunits est handicape par la faiblesse du rseau routier mais surtout par linsuffisance en qualit et en quantit de loffre dnergie pour les besoins de transformation industrielle. Pourtant le potentiel hydrolectrique naturel au Cameroun slve 15 milliards de kWh (EDF, 2004). Avec ce potentiel naturel, le Cameroun occupe le 2me rang en Afrique subsaharienne aprs la rpublique dmocratique du Congo et le 18me rang mondial (PNUD, 1993). Il est important de dire que seulement 4% de ce potentiel est utilis jusqu nos jours. Cependant, malgr limportance de cette ressource nergtique pour le pays, la crise continue frapper les zones connectes au rseau lectrique AES SONEL et cre une ombre sur le problme nergtique rel que le Cameroun affronte, celui de llectrification rurale. Cette crise se confirme par le fait que la puissance installe de la SONEL est estime 824 MW et seulement 723 MW en hydraulique (CEEAC, 2009). La production annuelle, estime 3200 GWh, ne suffit pas couvrir tous les besoins en raison de mauvais tat des centrales et de la dgradation des conditions hydrologiques dans le bassin de la Sanaga qui concentre 90% du parc hydrolectrique (Nkutchet, 2004). Et pourtant dans le milieu rural de louest Cameroun par exemple, il existe de nombreux cours deau et une topographie favorable lhydrolectricit. Toutefois le Cameroun est dot dintressantes technologies alternatives de production dlectricit comme lnergie solaire, lnergie olienne, lnergie gothermique et lhydrolectricit. De ce fait la question qui revient lesprit est de savoir comment rsoudre le problme dlectrification dans la rgion de louest Cameroun travers lhydrolectricit ?

1.3.

Objectifs de ltude

Lobjectif gnral de ltude est de contriber lamlioration de la production dlectricit au Cameroun et plus particulirement dans ses zones rurales. Plus spcifiquement, il sagit de :

Identifier les sources dapprovisionnement en nergie. Dterminer les besoins en nergie lectrique des populations. Evaluer le potentiel hydrolectrique des cours deau et2

Proposer un projet de microcentrale hydrolectrique dans la localit de Manjouom.

1.1.

Importance de ltude

Sur le plan acadmique, cette tude permettrait dorienter et dapprofondir les recherches sur la petite hydrolectricit. Ce travail pourrait stimuler les populations des zones rurales lexploitation de leur cours deau pour la production de lnergie lectrique afin de rduire le problme dlectrification rurale qui svit au Cameroun. Pour les communes rurales, ce travail est un stimulateur de la production dlectricit moindre cot et de ce fait permettrait daugmenter le nombre de personnes ayant accs llectricit. De cette faon les problmes dlectrification rurale et de dlestages rguliers pourront tre rduits.

1.2. Limite de ltude Le temps imparti ltude En effet les cinq mois impartis au stage se sont avrs trop courts pour effectuer tous les travaux prvus. Pendant ce temps nous devons organiser le travail, collecter les informations, analyser les donnes et rdiger le mmoire. Il nest donc pas vident quavec ce temps trs limit, tous les aspects se rapportant notre tude ne peuvent tre passs au peigne fin. La priode dexcution de ltude

Elle a t ralise pendant la saison de pluie, par consquent les donnes hydrologiques linstar des dbits moyens journaliers et quelques caractristiques dtiage et de crue sur le Nchi nont pas pu tre collect vu que le cours deau na t choisi que pendant cette priode

pour raliser ltude de faisabilit. Ce qui na pas donc contribu parfaire le document ainsi conu. Mais aussi labsence des services publics dans la zone dtude comme la dlgation dagriculture Manjouom qui ne nous a pas aider bien faire le travail dans la collecte des donnes.

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CHAPITRE 2 : REVUE DE LA LITTERATURE

2.1. Dfinitions de quelques conceptsAmnagement au fil de leau : centrales qui utilisent le dbit deau qui les alimente tel quil se prsente (pas de retenue deau). Canal damene : canal ouvert faible pente qui achemine leau depuis la prise deau de la rivire jusqu une chambre de mise en charge (sil existe des conduites forces) ou directement vers la centrale pour les amnagements de basse chute. Cavitation : phnomne de vaporisation de leau basse pression, caractris par la formation des bulles de vapeur qui clatent instantanment en provoquant des chocs contre la structure (aube de la turbine), entrainant des svres dgradations de matriaux. Chambre de mise en charge : bassin deau habituellement entre lextrmit aval du canal damene et le dbut de la conduite force qui mne la centrale et permettant dviter les intrusions dair dans les structures sous pression (conduites). Chute brute : diffrence daltitude entre le plan deau de la prise deau et de la sortie de laspirateur. Conduite force : conduite (habituellement en acier, fonte ou bton, occasionnellement en matire plastique) qui achemine leau sous pression dans le cas dune centrale hydrolectrique. Demande lectrique : somme des puissances lectriques instantanes demandes par lensemble des clients branchs au rseau. Dversoir : barrage lent tant conu pour fournir une profondeur en amont suffisante pour une prise deau tout en permettant leau de passer au dessus de son sommet. Energie lectrique : travail mesur en kilowattheure (kWh). Grille : structure constitue dune srie de barreaux en mtal parallles espacs de manire gale et permettant lintrusion dembcles dans la structure aval. Puissance installe : puissance totale maximum des units de production dune centrale hydrolectrique.

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Vitesse synchrone : vitesse de rotation du gnrateur permettant de produire un courant alternatif de frquence exactement identique celle du rseau recevant lnergie produite.

2.2. LlectricitHarvey (1993) dfinit llectricit comme un moyen convenable pour transporter lnergie. Il affirme qu la fin du processus de transport cette nergie est convertie en une forme utile, comme lclairage ou la chaleur et les axes rotatifs Llectricit est indispensable au dveloppement conomique. Son importance relative saccroit avec le progrs technique, lindustrialisation et le besoin du confort moderne. Laugmentation de sa production est synonyme de laugmentation de la qualit de vie et de la cration de richesse (Banque mondiale, 2003). Selon la Banque Mondiale (2003), le niveau de consommation de lnergie lectrique constitue un des indices dapprciation de lessor conomique. Il reste un atout majeur du dveloppement durable car il stimule, entre autres, linvestissement industriel, amliore la qualit de vie, et freine lexode rural. La chaine de valeur de llectricit couvre 4 principales activits que sont : la production, le transport, la distribution et la commercialisation. Paralllement, sur certains marchs, il peut intervenir des phases de ngoce entre production et commercialisation dans le cadre darbitrage entre les diffrents acteurs (Tchouat, 2003).

Figure 1 : Graphe de la chaine des valeurs de llectricit Source : Tchouat, 2003 2.2.1. Production de llectricit La production dlectricit rsulte de la transformation dune source dnergie transmise par la nature. Les renouvelable3

sources dnergie

peuvent

tre de type renouvelable ou non

La production d'lectricit se fait depuis la fin du XIXe sicle partir de diffrentes sources d'nergie primaires. Les premires centrales lectriques fonctionnaient au bois. Aujourd'hui, la production se fait partir du ptrole, du gaz naturel, du charbon, de l'nergie nuclaire, de l'nergie hydraulique, de l'nergie solaire, de l'nergie olienne et de l'nergie de la biomasse (AAVIM, 1981). 2.2.1.1. Energies non renouvelables Les sources dnergie non renouvelables (fossiles) sont essentiellement constitues du ptrole, du charbon, et du gaz naturel ; de ce fait on distingue les centrales base dnergie fossiles comme : Nuclaire

Une centrale nuclaire est un site industriel qui utilise la fission de noyaux atomiques pour produire de la chaleur, dont une partie est transforme en lectricit(entre 30 % et 40 % en fonction de la diffrence de temprature entre la source froide et chaude). C'est la principale mise en uvre de l'nergie nuclaire dans le domaine civil (AIE, 2006). Une centrale nuclaire est constitue d'un ou plusieurs racteurs nuclaires dont la puissance lectrique varie de quelques mgawatts plus de 1 500 mgawatts pour le racteur sovitique de grande puissance RBMK. Selon les promoteurs du futur racteur europen EPR, il devrait atteindre une puissance record de 1 600 mgawatts (AIE, 2006). Le racteur nuclaire est en amont d'une installation thermique qui produit de la vapeur transforme en nergie mcanique au moyen d'une turbine vapeur ; l'alternateur utilise ensuite cette nergie mcanique pour produire de l'lectricit (EDF et al. 2009)

Selon EDF et al en 2009, La diffrence essentielle entre une centrale nuclaire et une centrale thermique classique est matrialise par le remplacement d'un ensemble de chaudires consommant des combustibles fossiles par des racteurs nuclaires.

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Thermique

Une centrale thermique est une centrale lectrique qui produit de l'lectricit partir d'une source de chaleur. Cette source peut tre un combustible brl (tels gaz naturel, certaines huiles minrales, charbon, dchets industriels, dchets mnagers), la fission de noyaux d'uranium 235 ou de plutonium 239 La source de chaleur chauffe un fluide (souvent de l'eau) qui passe de l'tat liquide l'tat gazeux (vapeur par exemple), gaz qui entrane une turbine accouple un alternateur qui transforme l'nergie cintique de la turbine en nergie lectrique. Pour entraner la turbine, il faut que la pression soit plus faible sa sortie qu' l'entre. La baisse de pression la sortie de la turbine est obtenue en condensant le gaz, en aval de la turbine, l'aide d'une source froide (AIE, 2006). 2.2.1.2. Energies renouvelables ADEME en 2009 dfinit les nergies renouvelables comme rsultant de phnomnes naturels crant constamment et indfiniment de nouveaux potentiels nergtiques (nergie hydraulique, marmotrice, olienne, etc.). EDF et al., 2009 affirme que llectricit renouvelable provient de six sources distinctes. Lhydrolectricit est la principale dentre elles avec 86,3% du total renouvelable. La biomasse, qui rassemble la biomasse solide, la biomasse liquide, le biogaz et les dchets mnagers renouvelables, est la seconde source avec 5,9%, devanant de peu la filire olienne (5,7%). Suivent la gothermie (1,7%), le solaire qui rassemble les centrales thermiques et les centrales photovoltaques (0,3%) et les nergies marines (0,01%). La production dlectricit renouvelable a atteint 3762,6 TWh en 2008, soit 18,7 % de la production totale. Cette production a t obtenue parti de la contribution des diffrentes sources dnergie renouvelables comme indiqu dans le tableau 1.

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Tableau 1: Structure de production dlectricit dorigine renouvelable en 2008 dans le monde Source Hydraulique Biomasse Eolien Gothermie Solaire Energies Marines Total Source : EDF et al., 2009 Dans le domaine de l'nergie, le terme biomasse regroupe l'ensemble des matires organiques pouvant devenir des sources d'nergie. Ces matires organiques qui proviennent des plantes sont une forme de stockage de l'nergie solaire, capte et utilise par les plantes grce la chlorophylle. Elles peuvent tre utilises soit directement (bois nergie) soit aprs une mthanisation de la matire organique (biogaz) ou de nouvelles transformations chimiques (biocarburant) (AIE, 2006). Une autre forme dnergie renouvelable utilise pour la production de lnergie lectrique est la gothermie. En effet la gothermie est la science qui tudie les phnomnes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise l'exploiter. Son principe est simple car le magma terrestre tant chaud, la crote terrestre laisse filtrer cette chaleur. La plus grande partie de la chaleur interne de l'eau (87%), est produite par la radioactivit des roches qui constituent le manteau et la crote terrestre : Radioactivit produite par la dsintgration naturelle de l'uranium, du thorium et du potassium. Il existe dans la crote terrestre (paisse de 30 70 km en moyenne) un gradient de temprature : plus on creuse, plus la temprature augmente ; en moyenne de 3 C par 100 mtres (ADEME, 2009). Faisant toujours parti des nergies renouvelable, une olienne permet de transformer l'nergie cintique du vent en nergie lectrique ou mcanique. Elle se compose des lments suivants :

TWh en 2008 3247,3 223,5 215,7 63,4 12,1 0,54 3762,6

% 2008 86,3 5,9 5,7 1,7 0,3 0,01 100,0

Un mt qui permet de placer le rotor une hauteur lui permettant d'tre entran par un vent plus fort et rgulier par rapport au niveau du sol.6

Une nacelle monte au sommet du mt, abritant les composants mcaniques, pneumatiques, certains composants lectriques et lectroniques, ncessaires au fonctionnement de la machine. Un rotor, compos de plusieurs pales (en gnral trois) et du nez de l'olienne, fix la nacelle. Le rotor est entran par l'nergie du vent, il est branch directement ou indirectement (via un systme de boite de vitesse) au systme mcanique qui utilisera l'nergie recueillie (pompe, gnrateur lectrique...).

Une forme dnergie renouvelable servant produire llectricit est le solaire. Il sagit de mettre en place un systme photovoltaque constitu dune photopile solaire (matriau absorbant le rayonnement solaire) et dune structure capable de collecter les lectrons ainsi gnrs ; dans ce cas on parle de leffet photovoltaque qui est donc la conversion directe de la lumire en lectricit. Un matriau expos la lumire du soleil est bombard de photons qui arrachent les lectrons des couches suprieures. Dans les matriaux semi conducteurs, les lectrons peuvent circuler si lnergie y apporte est suffisante (EDF et al., 2009). La production lectrique en Afrique reste de loin domine par lAfrique Australe et Afrique du Nord. En 2004, les deux rgions ont produit prs de 90% de la production totale dlectricit en Afrique. Les trois autres rgions, lAfrique de lOuest, LAfrique Centrale et lAfrique de lEst restent en marge de cette forte production dynamique assurant respectivement seulement 7%, 3% et 2% (AIE, 2006).

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Figure 2: Graphe de rpartition de la production lectrique en Afrique en 2004 Source : AIE, 2006 2.2.2. Demande dnergie lectrique par les populations A ce niveau, Harvey (1993) crit quil est important deffectuer des enqutes sur le terrain en vu dtablir quelle quantit dnergie est demande pour quelles utilisations, quand et o cette nergie doit tre fournie. Par ailleurs, est ce que les consommateurs potentiels pourront disposer dassez de moyens pour la nouvelle nergie, quels points seront-ils mesure de payer pour elle ? Harvey insiste quil est question quau cours de lenqute sur les besoins en lectricit, que lon voit dabord comment les populations sorganisent pour sclairer (sources dnergie, utilisation et cots), pour moudre les grains, etc.

2.1.

Situation de llectrification rurale en Afrique subsaharienne

Llectrification rurale est gnralement perue comme lextension du rseau lectrique et ceci constitue en effet les moyens dapprovisionnement les plus connus et les plus sollicits (Banque Mondiale, 2003). En Afrique Subsaharienne, laccs aux nergies modernes demeure une quation complexe que semblent figer les multiples contraintes auxquelles les populations et les units conomiques sont confrontes : faibles revenus, dispersion de lhabitat, hausse des prix sur les marchs internationaux, faibles disponibilits en devise, etc. Le bois de feu demeure la source nergtique domestique par excellence (BAD, 2006).

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Banque Africaine de Dveloppement (2006) affirme quavec 35,5 % de la population lectrifie en 2002, lAfrique prsente les taux dlectrification les plus faibles du monde en dveloppement : 42,8% en Asie du sud, 89,2 % en Amrique Latine, 88,1% en Asie de lEst, et 91,8% au Moyen Orient. Selon linstitut de lnergie, de lenvironnement et de la Francophonie (AIE) en 2006, des disparits importantes existent entre lAfrique du Nord lectrifie 93,6% et lAfrique subsaharienne o 23,6% des mnages seulement sont lectrifis. De plus, lintrieur des tats de lAfrique Subsaharienne, des disparits sont particulirement affirmes entre le monde des villes et celui des villages, ce point que les taux dlectrification sont gnralement infrieur 5%. Ce manque dlectricit est un constat effectu dans un contexte historiquement marqu par :

Un oprateur national unique dans chaque pays, traditionnellement constitu par une socit capitaux publics concessionnaire de lensemble du service national de llectricit ;

Un faible intrt commercial pour loprateur national dans un contexte de prquation tarifaire qui ne reflte pas les couts rels de llectricit en milieu rural ;

Une source de financement unique des projets dlectrification rurale : LEtat dont les ressources financires sont limites ; Des choix techniques pratiquement rduits des solutions conventionnelles, en particulier lextension du rseau ;

Lensemble de ces problmatiques sont de nature faire balbutier le dveloppement de llectrification rurale en Afrique subsaharienne. Selon les estimations de la CEEAC en 2009, 20% tout au plus de la population de lAfrique, et dans certains pays 5% peine, a directement accs llectricit. Cette proportion nest que de 2% en milieu rural. La demande devrait augmenter denviron 5% par an au cours des 20 prochaines annes. Il est donc indispensable, estiment les experts, que lAfrique se dote dinfrastructures pour fournir de llectricit aux populations non desservies en particulier dans les zones rurales ou vit la majorit des Africains.

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2.1.

Hydrolectricit

EDF et al., (2009) dfinit lhydrolectricit comme une nergie lectrique obtenue par le mouvement des masses deaux coulant le long des pentes naturelles par l'amnagement d'un barrage de manire obtenir une hauteur de chute et un dbit suffisant pour installer une centrale. La production brute dlectricit renouvelable a augment de 967,6 TWh entre 1998 et 2008 (2794,9 TWh 3762,6 TWh), soit une croissance moyenne annuelle de 3 % ; cette augmentation de la part renouvelable sexplique par une contribution importante de lhydrolectricit (+ 559,2 TWh entre 2003 et 2008) (EDF et al., 2009). Selon AIE en 2006, si la production hydrolectrique devrait tre remplace par la

production thermolectrique classique, il faudrait bruler annuellement 1600 millions de tonnes de charbon supplmentaires, soit une augmentation de 10% des missions de gaz effet de serre. Harvey (1993) affirme que lhydrolectricit comprend la grande hydraulique ou la production issue dinstallation dont la puissance est comprise entre 12 et 15 GW. Ce potentiel est majoritairement rencontr en Asie, Amrique Latine et en Afrique ; et la petite hydraulique ou la production issue dinstallation dont la puissance est infrieure 10 MW. En fonction de la hauteur de chute nette (Hn), qui est la diffrence entre la hauteur de chute brute et les pertes de charge dans la conduite force, Lejeune (2000) distingue les amnagements hydrolectriques suivants :

Les amnagements de grande hauteur de chute (Hn> 200m) Les amnagements de moyenne hauteur de chute (50m < Hn< 200m) Les amnagements de faible hauteur de chute (Hn < 50m).

Il nexiste pas de consensus concernant la dfinition dune centrale hydrolectrique, toutefois la puissance installe peut tre un bon indicateur de la taille des centrales hydrolectriques mais ces puissances sont considrer comme des ordres de grandeurs car selon les pays ou rgions on cite des chiffres diffrents comme indiqu dans le tableau 2.

Tableau 2: Quelques classifications des centrales hydrolectriques10

Pays Etats-Unis Chine Italie

Micro (kW) < 100 < 500

Mini (kW) 100-1000

Petite (MW) 1-30 0,5-25