cours énergie solaire m1

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  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.duesseldorf.de/umweltamt/energie/grafik/pv_scholl2.jpg&imgrefurl=http://www.duesseldorf.de/umweltamt/energie/index.shtml&h=290&w=384&sz=29&hl=fr&start=9&tbnid=KVWCmSG_j2wGHM:&tbnh=93&tbnw=123&prev=/images%3Fq%3DENERGIE%26svnum%3D10%26hl%3Dfr%26lr%3D%26sa%3DN
  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Potentiel solaire en Algrie

    La dure dinsolation sur la quasi totalit du territoire national dpasse les

    2000 heures annuellement et peut atteindre les 3900 heures (hauts plateauxet Sahara).

    Lnergie reue quotidiennement sur une surface horizontale de 1m2est de

    l'ordre de 5 KWh sur la majeure partie du territoire national, soit prs de

    1700 KWh/m2/an au Nord et 2263 kwh/m2/an au Sud du pays.

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    Ce gisement solaire dpasse les 5 milliards de GWh

    Potentiel solaire en Algrie

    Rgions Rgionctire

    Hauts Plateaux Sahara

    Superficie (%) 4 10 86

    Dure moyennedensoleillement

    (Heures/an)

    2650 3000 3500

    Energie moyennereue (Kwh/m2/an)

    1700 1900 2650

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    Les avantages

    Cest une nergie renouvelable qui contrairement des ides reues

    peut tre utilise dans de nombreuses rgions. Lintrt de lnergiesolaire tient autant lensoleillement au m2qu la dure de son

    utilisation (priode de chauffage longue).

    Cest une nergie dont lutilisation ne pollue pas latmosphre. Elle

    permet de diminuer de faon significative les missions des gaz effetde serre

    Pour la production deau chaude sanitaire et pour le chauffage, les

    cots dinstallation ne sont pas trs levs.

    Energie solaire

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    Les avantages

    Aprs avoir recouvr les cots initiaux, lnergie manant

    du soleil est pratiquement gratuite.

    Selon la faon dont lnergie est utilise, les priodes de

    rcupration peuvent tre trs courtes lorsquon les compareau cot des sources dnergie gnralement

    utilises.

    Energie solaire

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    Energie solaire

    Les limites

    La nuit, la source dnergie nexiste plus, il faut donc

    prvoir des systmes de stockage.

    La production dlectricit partir du solaire est pour

    l'instant encore assez coteuse car les cellules

    photovoltaques sont chres fabriquer. La rentabilit

    conomique des projets dpend du prix de rachat de

    llectricit

    Personnel local former pour linstallation, les rparations

    et la maintenance du matriel

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    Energie solaire

    Les limites

    Le rendement des panneaux solaires nest pas trs

    bon. Il est actuellement compris entre 5 et 20%,

    selon le type de cellules de silicium utilises.

    Pour remplacer les nergies fossiles, lnergie

    solaire ncessite des surfaces gigantesques.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Types des capteur solaire

    PANNEAU SOLAIRE PHOTOVOLTAQUE

    LE SOLAIRE THERMIQUE

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    PANNEAU SOLAIRE PHOTOVOLTAQUE

    Solaire Photovoltaque:la transformation du rayonnement solaire en

    nergie lectrique par une cellule photovoltaque. Plusieurs cellules sontrelies dans des modules qui sont regroups pour former une installation

    solaire.

    Leffet photovoltaque est un processus dans lequel deux matriaux

    (type-n et type-p), qui sont troitement en contact, agissent comme une cellule

    lectrique une fois heurte par la lumire ou par toute autre nergie radiante.

    Une cellule photovoltaque est une diode optimise pour absorber des photons

    du soleil et les convertir en nergie lectrique.

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    ZONES ACTUELLES D UTILISATION

    Satellite Pour Lobservation dela Terre : SPOT

    SATELLITES ET STATIONS SPATIALES

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    20 villages dans le sud Algriens

    Pour une consommation par foyer estime entre un minimum denviron 1.5

    kwh/jour et un maximum de 2 kWh/jour reprsentant la consommation de :

    05 lampes

    01 rfrigrateur

    01 TV/radio

    01 ventilateur

    ZONES ACTUELLES D UTILISATION

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    PANNEAU SOLAIRE THERMIQUE

    Le solaire thermique : Consiste transformer le rayonnement solaire en

    nergie thermique. Elle peut tre utilise pour chauffer directement. Les

    rayons solaires sont concentrs dans un mme endroit .

    Lnergie solaireest rcupre pour fournir de la chaleurpour la

    production deau chaude, ou la climatisation.

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    capteur solaire thermique.

    EAU FROIDE

    EAU CHAUDE

    BALLON DE

    STOCKAGE

    CAPTEURS SOLAIRES

    Qu'est ce qu'un capteur solaire thermique?C'est un quipement qui permet de transformer le

    rayonnement solaire de courtes longueurs donde en chaleur.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Diffrents types des capteurs solairesthermiques.

    Le capteur tubes sous vide :

    Constitu dune srie de tubes transparents

    sous vide qui isolent labsorbeur

    Le vide amliore lisolation contre les pertes

    en convection.

    les capteurs tubes sous vide peuvent atteindre des

    tempratures extrmes de plus de 150C

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    Diffrents types des capteurs solairesthermiques.

    Le capteur plan non vitr:

    il est constitu dun absorbeur sans caisse

    ni vitrage, ce qui simplifie la fabrication et le

    cot de fabrication

    trs dpendant de la temprature de lair.

    performant lt, il prsente une grande sensibilitau vent froid lhiver par son absence de vitrage.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Diffrents types des capteurs solairesthermiques.

    Le capteur plan vitr :

    Il est constitu dune caisse isole couverte

    par un vitrage. A lintrieur est plac

    labsorbeur

    labsorbeur est protg contre les dperditions

    thermiques par un matriau isolant.

    La vitre est quant elle faite de verre tremp trs rsistant, trs

    transparente et spcialement conue pour prsenter un faible niveau de

    rflexion afin demmagasiner un maximum de chaleur

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    Les capteurs plans

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    Les capteurs solaire thermique

    En conclusion:

    Le capteur plan est efficace dans les rgions bien

    ensoleilles. Pour les pays froid, avec un ensoleillement

    faible lhiver, la technologie des tubes sous vide avec des

    rendements levs est conseiller.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Rendement dun capteur plan

    Les capteurs plans

    Elments de construction

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    Introduction

    Principalement utiliss pour la production deau

    chaude sanitaire (ECS) et le chauffage dhabitations.

    Elments fondamentaux dans la transformation de

    lnergie solaire en nergie thermique basse temprature .

    Flux dnergie sur une surface situe au niveau de la mer

    ne peut dpasser 1 kW/m2.

    Cette nergie ne permet pas datteindre des tempratures

    suprieures 100C .

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Surface absorbante

    Surface absorbante?

    Son rle est de transformer le

    rayonnement solaire de courtes

    longueurs donde en chaleur.

    La fraction du rayonnement solaire

    incident qui est absorb par lecapteur est appele facteur dabsorption

    solaire ade la surface.Absorptivit

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    Surface absorbante

    Le complment 1 de cette

    fraction correspond au facteur

    de rflexion solaire rRflectivit

    Dans la mesure o :

    Plaque opaque, la transmissivitt

    est nulle

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    Surface absorbante

    Absorbeur , en chauffant, rayonne dans linfrarouge.

    Facteur de transmission infrarouge ou missivit e

    Fraction dnergie effectivement rayonne sur lnergieque rayonnerait la surface considre comme un corpsnoir.

    Lmittance E dune surface la temprature T scrit :

    E = e s T4

    O s = 567 8W/m2.K4.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Les capteurs plans

    On appelle slectivit le rapport du facteur dabsorption

    solairea sur le facteur dmission infrarouge e

    dans les application du chauffage solaire on cherche

    obtenir une grande slectivit en augmentant la partie

    absorbe du rayonnement solaire incident et en diminuant la

    partie rflchie.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    SlectivitEtat de surface de diffrents matriaux a e a eCuivre poli 0,25 0,02 12,5

    Filmplastique recouvert dor 0,30 0,03 10

    Acier poli 0,63 0,09 7

    Nikel brillant 0,34 0,07 4,86

    Aluminium poli 0,10 0,04 2,5

    Peinture noire (silicate) 0,97 0,88 1,10

    Peinture aluminium 0,26 0,26 1

    Peinture blanche (silicate) 0,14 0,90 0,16

    OSR 0,11 0,83 0,13

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Fluide caloporteur

    Pour vacuer la chaleur emmagasine sur la surface de

    l absorbeur, on utilise :

    leau

    lair

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Fluide caloporteur

    Les avantages de lair par rapport leau :

    Pas de problme de gel lhiver ou dbullition lt.

    Pas de problme de corrosion. Toute fuite est sans consquence.

    Systme mettre en place est plus simple et plus

    fiable.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Fluide caloporteur

    Les inconvnients :

    Lair ne peut servir quau chauffage des locaux.

    Le produit Cp est faible : Cp = 1225 J/m3.K pour lair contre

    4,2. 106J/m3.K pour leau.

    Les conduites doivent avoir une forte section pour laisser

    passer un dbit suffisant compte tenu du point prcdent .

    Les transferts thermiques sont moins bon quavec leau.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Couverture transparente

    Permet daccrotre sensiblement le rendement du convertisseur

    par effet de serre.

    Schma dun capteur avec une couverture transparente

    Pour des tempratures suprieures 70C, on envisage

    dinstaller un double vitrage.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Matriau couverture transparente :

    La plupart sont en verre mais on peut trouver aussi des produits de

    synthse tel que :

    polycarbonate, polymthacrylate ou polyester arm

    Facteurs de transmission:

    Le coefficient de transmission t = ta. tr

    ta: Coefficient relatif labsorption dans le milieu transparent

    tr: Coefficient relatif la rflexion partielle du rayonnement

    incident

    Couverture transparente

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Couverture transparente

    Effet des multiples rflexions sur le facteur de transmission dune vitre

    Elle constitue une lame

    face parallles

    Donc deux interfaces

    lorigine de pertes par

    rflexion

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Pour un systme avec N couvertures, on aura :

    Coefficient de transmission due labsorption du milieu :

    ke: coefficient dextinctionl : longueur parcourue par le rayonnement dans le milieu.

    r

    r=t

    t

    1N21

    1

    l.kexpea

    =t

    Couverture transparente

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Effet de serre

    Un matriau transparent pour le rayonnement solaire

    peut tre opaque au rayonnement infrarouge

    rayonnement courtes longueurs donde, traverse le

    matriau, chauffe la plaque absorbante et rayonne

    dans les grandes longueurs donde(infrarouge).

    Couverture transparente

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Isolant

    Minimiser les pertes calorifiques du systme.

    En avant, une lame dair (isolant).Limiter les transferts par convection.

    Distance comprise entre 2 et 3 cm.

    Partie arrire du capteur, une ou plusieurs couches

    disolant, type laine de verre, polystyrne, mousse

    polyurthane.

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    Rendement dun capteur plan

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Bilan nergtique

    est lnergie solaire absorbe par le capteur. est lnergie emmagasine dans le fluide

    caloporteur (chauffage air chaud, ballon deauchaude).

    est lnergie transfre vers lenvironnement(par convection et rayonnement)

    est lnergie absorbe par le capteur

    ncessaire la mise en temprature dusystme.

    On a donc :

    .*Q

    .

    uQ

    .

    aQ

    .

    tQ

    t

    .

    a

    .

    u

    .*

    .

    QQQQ =

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  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Energie transfre vers lenvironnement (par

    convection et rayonnement)

    .a

    Q

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Puissance solaire absorbe par le capteur :

    : coefficient de transmission solaire de la couverture

    transparente calcul pour langledincidencedirect

    : coefficient dabsorptionsolaire de la plaque

    constituant la surface absorbante

    Remarque : est variable selon que lonsintresseauflux solaire direct S*ou bien au flux solaire diffus D*

    *

    p

    *

    c

    *

    *.

    ..GQ at=

    *

    ct

    *

    pa

    *

    ct

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Nous ngligeons lnergie solaire absorbe par la vitre.

    En fait, cette nergie nest pas nulle, on peut crire :

    Rayonnement tombant sur une vitre est soit rflchi

    soit absorb , soit transmis

    Pour le rayonnement solaire de courte longueur donde, lafraction est trs faible (terme nglig)

    1*c

    *

    c

    *

    c =tar

    *

    cr

    *

    ca

    *

    ct

    *

    ca

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Schma donnant les tempratures des diffrents lmentsintervenant dans la dtermination du rendement dun

    capteur plan

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Analogie lectrique

    Le flux thermique perdu avec lenvironnement peut tre

    dtermin par une analogie lectrique

    a

    .

    Q

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    R1 Rsistance thermique entre la surface absorbante Tp

    et la vitre Tc

    Soit hc1et hr1: coefficients dchange relatifs respectivement

    la convection et au rayonnement.

    On a :

    R2 Rsistance thermique entre la vitre et lextrieur Ta

    On a :

    R1 et R2tant en srie, la rsistance thermique vers lavant

    du capteur

    1r1c

    1

    hh

    1R

    =

    2r2c

    2

    hh

    1R

    =

    21av RRR =

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    R1: Rsistance thermique de lisolant

    li : Conductivit de lisolant

    R2 : Rsistance thermique entre la face

    externe de lisolant et lair ambiantEn gnral, cette rsistance peut tre

    nglige.

    La rsistance thermique arrire Rarscrit :

    i

    i'

    1

    eR

    l=

    '

    2

    '

    1ar RRR =

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    La similitude lectrique permet dcrire :

    En utilisant les conductances thermiques :

    Avec : et

    R2 0

    '

    2

    '

    121arav RR

    1

    RR

    1

    R

    1

    R

    1

    R

    1

    ==

    arav KKK =

    21

    av

    RR

    1K

    =

    '

    1

    '

    2

    '

    1

    ar

    R

    1

    RR

    1K

    =

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    46/68

    Le rendement instantan

    Le rendement instantan scrit :

    : Energie utile =: Eclairement solaire reu par le capteur

    Le rendement optique du capteur :

    *

    u

    .

    G

    Q=

    u

    .

    Q a.*.

    QQ

    *G

    *a

    .

    *

    p

    *

    c*

    a

    .*.

    *

    u

    .

    G

    Q.G

    QQ

    G

    Q

    at=

    ==

    *

    p

    *

    c

    * .at=

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    Le rendement instantan en rgime permanent

    du capteur plan

    K : conductance globale

    *

    ap*

    G

    TTK

    =

    Le rendement instantan

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    48/68

    Energie solaire

    Energie oliennegothermie biomasse

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    LES NERGIES NON-RENOUVELABLES.

    Leurs sources dnergie sont limites dans laplante, elles ne se renouvellent pas assez rapidementvoire ne se renouvellent plus.

    nergienuclaire

    CharbonPtroleGaz Naturel

    Elles sont bien implantes et permettentdes tarifs bas, mais renforcent leffet deserre

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    LES NERGIES RENOUVELABLES.

    Leurs sources dnergie se renouvellent assez rapidement.

    nergiegothermique(gothermie)

    nergiehydraulique

    nergieolienne

    nergiesolaire

    Ces nergies ont leurs sources dans des phnomnes

    naturels rguliers. Les moyens pour les capter sont chers

    Elles sont considres comme inpuisables lchelle de lhomme.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    51/68

    DATES D EPUISEMENT DES RSERVESDES NERGIES NON RENOUVELABLES.

    (par rapport lvolution actuelle de la consommation)

    2045

    2075

    2085

    +2200

    2000 2050 2100 2150 2200 2250

    PETROLE

    URANIUM

    GAZ NATUREL

    CHARBON

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    52/68

    O en sommes-nous aujourdhui ?

    NUCLEAIRE

    20%

    AUTRES

    ENERGIES

    RENOUVELABLES

    1%HYDRAULIQUE

    18%

    THERMIQUE

    61%

    Rpartition de la production mondiale d lectricit

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    53/68

    AVANTAGESet INCONVENIENTSde cesNOUVELLES NERGIES

    nergies indpendantes des ressources fossiles

    pas de rejet de substances polluantes

    possibilit davoir de llectricit en site isol

    production dlectricit pour matriel embarqu

    cot du kW.h encore trop lev, rendement faible

    habitude des sources d nergies traditionnelles

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

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    NERGIE HYDRAULIQUE

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    55/68

    Energie rsultant du dplacement ou de laccumulation

    dun fluide incompressible comme leau

    Elle ne produit pas de polluants mais pour lexploiter il

    faut investir une quantit considrable dargent

    Elle est issue du cycle de leau.

    NERGIE HYDRAULIQUE

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    56/68

    Ce dplacement produit un travail mcanique ( est

    transforme en nergie mcanique) qui est soit:

    Directement utilis sous forme dnergiemcanique (moulins eau)

    Converti en nergie hydrolectrique (utilis pour

    produire de lnergie lectrique)

    Elle reprsente le 3% de la production nationaledlectricit

    NERGIE HYDRAULIQUE

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    57/68

    Potentiel de lhydrolectricit

    Quantits globales tombant sur le territoire algrien

    sont importantes et estimes 65 milliards de m3,

    Finalement profitent peu au pays :

    nombre rduit de jours de prcipitation.

    Concentration sur des espaces limits.

    forte vaporation.

    Evacuation rapide vers la mer.

  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    58/68

    NERGIE EOLIENNE

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Campo_de_Criptana_Molinos_de_Viento_1.jpg
  • 8/13/2019 Cours nergie solaire M1

    59/68

    Energie du vent et plus spcifiquement, l'nergie tire du

    vent au moyen d'un dispositif arognrateur comme une

    olienne ou un moulin vent.

    Actuellement, la puissance olienne totale installeen Algrie est insignifiante

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Campo_de_Criptana_Molinos_de_Viento_1.jpg
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    LAlgrie a un rgime de vent modr (2 6 m/s).

    Ce potentiel nergtique convient parfaitement

    pour le pompage de leauparticulirement sur les

    Hauts Plateaux.

    Potentiel olien

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    ENERGIE GEOTHERMIQUE

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    Energie issue de la chaleur du sous-sol de la Terre produite par la

    prsence du magma endessous de la crote terrestre.

    La gothermie est la rcupration de cette chaleur dans le sol.

    Il y a 3 types de gothermie:

    A haute nergie (150-400): production dlectricit.

    A basse nergie(70-150): production de chaleur.

    A trs basse nergie(20-50): production de chaleur.

    Cest une nergie renouvelable condition que leau chaude

    souterraine soit exploite avec modration, car elle ne se rchauffe

    que lentement.entement.

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    Potentiel de lnergie gothermique

    Plus de deux cent (200) sources chaudes ont t inventories

    dans la partie Nord du Pays.

    Un tiers environ (33%) dentre elles ont des tempratures

    suprieures 45C. Il existe des sources hautes tempraturespouvant atteindre 118C Biskra.

    Des tudes sur le gradient thermique ont permis didentifier trois

    zones dont le gradient dpasse les 5C/100m

    Zone de Relizane et Mascara

    Zone de Ane Boucif et Sidi Assa

    Zone de Guelma et Djebel El Onk

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    LA BIOMASSE

    La biomasse (ensemble de la matire vgtale) est

    une vritable rserve dnergie, capte partir du

    soleil grce la photosynthse.

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    Electricit ou chauffagepar combustion directe.

    Biogaz obtenu par fermentation.

    Alcool ou biocarburant ( partir de canne sucre,crales, betteraves etc.).

    LA BIOMASSE

    on peut obtenir de lnergie sous diffrentes formes :

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    Le potentiel de la biomasse

    Le potentiel actuel est valu environ 37 Millions de TEP (Tonnes

    quivalent ptrole).

    Le potentiel rcuprable est de l'ordre 3,7 Millions de TEP. Le taux de

    rcupration actuel est de l'ordre de 10%.

    Potentiel de la fort

    5 millions de tonnes de dchets urbains et agricoles ne sont

    pas recycls. Ce potentiel reprsente un gisement de l'ordre de

    1.33 millions de Tep/an

    Potentiel nergtique des dchets urbains et agricoles

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    LA CHASSE AU GASPILLAGE

    Quelle est lnergie la plus renouvelable, la

    moins chre et la moins polluante ?

    Lnergie quon ne

    consomme pas !!!