etude pour la mise en place du systeme de pompage solaire

Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 50. 49. 28.

00 - Fax : (+226) 50. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org

ETUDE POUR LA MISE EN PLACE DU SYSTEME DE POMPAGE SOLAIRE D’UN CHAMP DE NEUF HECTARE POUR UNE IRRIGATION GOUTTE A GOUTTE A SEHEBA AU TCHAD

.

Mémoire pour l’obtention du

MASTER SPECIALISE EN GENIE ELECTRIQUE, ENERGETIQUE ET

ENERGIES RENOUVELABLES………..

OPTION : ENERGIES RENOUVELABLES.....................

Présenté par :

LARY LIGRING

Travaux dirigés par : Prénom NOM

HENRI KOTTIN : Enseignant, Maitre de mémoire

UTER : GENIE ENERGETIQUE ET INDUSTRIEL

NICOLAS BAKARGUE KOUMAKOYE , Ing Energies Renouvelables,

directeur de GEC-TCHAD, maitre de stage.

Jury d’évaluation du stage :

Membres et correcteurs: Dr. Sayon Sidibé

Moussa Kadri SANI

Promotion d’octobre [2011/2012]

i



CITATIONS

.

Pour assurer le

Développement nous avons

besoins de l’énergie, mais

pour assurer le

développement, faire

reculer les frontières de la

pauvreté et laisser en

héritage un environnement

viable aux générations

futures, nous avons

besoins de promouvoir

les énergies

renouvelables.

ii



DEDICACE

A mon très cher et regretté papa, Ligring Deidjang Salomon, je dédie ce mémoire.

iii



REMERCIEMENTS

Par le présent canal, j’ai le plaisir de dire un sincère merci, à tous ceux qui ont contribué sous

une forme quelconque à la réussite de ma formation et à la réalisation de ce mémoire.

En particulier j’exprime ici, ma profonde gratitude à l’endroit de mon maître de mémoire,

Henri KOTTIN Ingénieur Génie Energétique, Enseignant au 2iE, pour son accompagnement,

ainsi qu’à mon maître de stage Nicolas Bakargué Koumakoy, Ingénieur Energéticien,

Directeur de GEC-TCHAD pour sa disponibilité sans faille tout au long du processus

d’élaboration de ce document.

Je voudrais aussi, remercier :

- Les responsables pédagogiques de la formation : Messieurs Yao AZOUMAH et Yézouma

COULIBALY , Enseignants au 2iE ;

- Les responsables et coordonnateurs de la formation à distance au 2iE, particulièrement

Messieurs Koné TOFANGUY et Madame Ouédraogo Sylvie respectivement Chef du

Service de la formation à distance et Coordonnateur de la filière du Master spécialisé M2

GEER ;

- Les enseignants du 2iE pour leur tutorat très apprécié et leur esprit pédagogique ;

- Aux camarades de la première promotion du Master II Spécialisé GEER, notamment

Messieurs Dokaldé Francis et Kemnda Allarekingar pour leur assistance et

encouragement ;

- A tous mes amis et à toutes mes amies qui m’ont soutenu de diverses manières ;

- Mon épouse Nine Clémentine pour son esprit d’écoute et d’attention, mes enfants

Koumabeng Bienvenue, Labe Béatrice et Koumassen Dorcas, ma mère Mouri

MARTHE , ainsi que mes frères et sœurs.

iv



RESUME

La disponibilité d’une source importante d’énergie solaire et la situation géographique

de notre pays peut rendre l’application du pompage de l’eau par l’intermédiaire des pompes

solaires photovoltaïques comme une solution très séduisante pour l’irrigation des surfaces

agricoles et pour l’alimentation en eau potable en sites isolés. Le travail que nous présentons

dans ce mémoire fait l’objet d’une étude d’un système de pompage photovoltaïque qui peut

être utilisé pour l’irrigation goutte à goutte dans une région sahélienne.

Le choix d’un système énergétique doit obéir et respecter certaines règles. Le système

énergétique choisi doit démontrer au préalable sa compétitivité vis-à-vis d’autres systèmes

pour le même service rendu. Sa crédibilité doit reposer sur des bases économiques et

techniques. Le présent travail se propose l’analyse de la rentabilité économique d’une

installation de pompage photovoltaïque par la méthode de la valeur actuelle nette (VAN) et du

taux de rendement interne (TRI). Cette étude a permis de dimensionner, pour le site de

Seheba, des modules photovoltaïques (26 modules de 265W et 12V), une pompe centrifuge

PS4000 C-SJ17-4 de puissance 3.5KW et un château de stockage d’eau de capacité 90m�.

De cette analyse, découlera le choix sur l’investissement à effectuer, car l’analyse des

coûts et de la rentabilité est un préalable incontournable avant toute décision d’investissement

sur des équipements énergétiques que ce soit en énergie solaire ou en une autre énergie

conventionnelle (diesel ou autres).

L’opportunité de ce travail est double. Il permet d’avoir une idée précise sur les coûts

d’investissement en connaissant les besoins de l’usager et le site d’implantation d’une part, et

d’autre part optimiser l’installation photovoltaïque en fonction des divers éléments.

Mots Clés : Energie solaire photovoltaïque, Pompage d’eau, Irrigation goutte à goutte, Analyse

économique et Rentabilité.

v



ABSTRACT

The availability of an important solar energy and the geographic situation of our

country, offer the solution to supply water for irrigation and drinking in remote region. The

object of this work is to study a photovoltaic system, of water pumping for irrigation in arid

region.

The choice of an energy system must obey and comply with certain rules. The selected

energy system must show as a preliminary its competitiveness with respect to other systems

for the same rendered service. Its credibility must rest on economic and technical bases. This

work proposes the analysis of the economic profitability of a photovoltaic pumping plant by

the method of Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR). The study allowed

to design for the Seheba site, photovoltaic modules (26 modules of 12V, 265W), a centrifugal

pump PS4000 C-SJ17-4 of 3.5KW and a storage tank of 90 m� capacity.

From this analysis, will rise the choice on the investment to carry out, because the

analysis of the costs and profitability is a precondition impossible to circumvent before any

decision of investment on energy equipment that is in solar energy or another conventional

energy (diesel or different).

This work appropriateness is double. It makes it possible to have a precise idea on the

capital costs by knowing the needs for the user and the site of establishment, and on the other

hand to optimize the photovoltaic installation according to the various elements.

Key words: Solar energy photovoltaic, Water pumping, Drip irrigation, Economic analysis and

Profitability.

vi



LISTE DES ABREVIATIONS

GEC Global Engineering Company

CF Cash-flow

HMT Hauteur Manométrique Totale

kW Kilo Watt

kWh Kilo Watt heure.

M2GEER Master 2 en Génie Energétique

TRI Taux de Rentabilité Interne

VAN Valeur Actuelle Nette

W Watt

2iE Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement

KVa kilo volt ampère

I Intensité du courant.

A Ampère

m� Mètre cube.

Km kilomètre.

mm millimètre.

Vcc Volt courant continu.

Wm�� Watt par mètre carré.

V Volt.

U-I Tension-Courant.

Ng Nombre de goutteurs par rampe.

Lr Longueur de la rampe.

Eg Espace entre les goutteurs.

Dg Débit des goutteurs.

Dr Débit d’une rampe.

vii



Ds Débit d̓un secteur.

Ha hectares.

Er Ecartement entre rampes.

ls largeur dʼun secteur.

Nrpr Nombre de rampe par porte rampe.

Nprpr Nombre paire de rampe par porte rampe.

Np Nombre de porte rampe par secteur.

Ntr Nombre total de rampe par secteur.

Ltr Longueur total d̓une rampe.

Ntg Nombre total de goutteurs pas secteur.

Ps Pluviométrie d̓un secteur.

Ds Débit d̓un secteur.

Ss Superficie d̓un secteur.

Dt Débit total de la superficie.

Dtj Débit total journalier.

Dth Débit total horaire.

m�

h� Mètre cube par heure.

Pc Puissance crête.

Pc module Puissance crête du module.

Dc Direct Courant (Courant Continu).

PU Prix Unitaire.

FCFA Francs CFA.

viii



TABLES DES MATIERES

CITATIONS ....................................................................................................................................... i

DEDICACE ....................................................................................................................................... ii

REMERCIEMENTS ....................................................................................................................... iii

RESUME .......................................................................................................................................... iv

ABSTRACT ....................................................................................................................................... v

LISTE DES ABREVIATIONS ....................................................................................................... vi

TABLES DES MATIERES ........................................................................................................... viii

LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................................. x

LISTE DES FIGURES .................................................................................................................... xi

I. INTRODUCTION .................................................................................................................... 1

II. OBJECTIFS DU TRAVAIL ................................................................................................... 4

1. Objectif général. ................................................................................................................................... 4

2. Objectifs spécifiques. ........................................................................................................................... 4

III. METHODES ET OUTILS. ................................................................................................. 5

3. Présentation du site. ............................................................................................................................. 5

4. Données collectées sur le site. .............................................................................................................. 7

5. Etude de faisabilité financière du projet. ............................................................................................ 11

IV. ETUDES TECHNICO-ECONOMIQUE. ........................................................................ 13

1. ETUDES TECHNIQUES .................................................................................................................. 13

A. SCHEMAS ET DESCRIPTION DU PRINCIPE. ......................................................................... 13

a) DEFINITION GENERALE DU SYSTEME DE POMPAGE D’eau. ...................................... 14

b) DEFINITION GENERALE DUNE IRRIGATION « GOUTTE-A-GOUTTE ». .................... 19

c) DEFINITION GENERALE D’UN GENERATEUR PHOTOVOLTAIQUE. ......................... 20

d) PRESENTATION DE LA METHODE DE DIMENSIONNEMENT. .................................... 22

ix



B. DETERMINATION DES BESOINS EN EAU. ........................................................................... 24

e) BESOINS EN EAU DES PLANTES A IRRIGUER ............................................................... 24

f) ETUDE DU STOCKAGE DE L̓EAU ..................................................................................... 28

g) DIMENSIONNEMENT DE LA CAPACITE DE STOCKAGE DE L’EAU .......................... 29

C. CHOIX ET DIMENSIONNEMENT DE LA MOTO-POMPE. .................................................... 30

h) CHOIX DE LA MOTOPOMPE (méthode graphique) ............................................................. 30

i) DIMENSIONNEMENT DE LA MOTOPOMPE (METHODE ANALYTIQUE). .................. 31

D. DIMENSIONNEMENT DU CHAMP PHOTOVOLTAIQUE. .................................................... 33

E. INSTALLATION .......................................................................................................................... 36

F. MAINTENANCE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES .................................................... 38

2. ETUDES ECONOMIQUES .............................................................................................................. 40

G. COUT D̓ INVESTISSEMENT (voir tableau ci-dessous). ............................................................ 40

H. DEPENSES D̓EXPLOITATION. ................................................................................................ 41

I. ESTIMATION DES RECETTES ................................................................................................. 41

J. RENTABILITE FINANCIERE DU PROJET. ............................................................................. 41

V. RECOMMANDATIONS - PERSPECTIVES ..................................................................... 46

VI. BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................. 48

x



LISTE DES TABLEAUX

Table 1: Moyennes mensuelles interannuelles de l’évaporation sur bac classe A (1984-1990).

............................................................................................................................................. 26

Table 2: Cout d’investissement. ............................................................................................ 40

Table 3: Calcul de la VAN au taux d’actualisation de 10%. .................................................. 42

Table 4: Calcul de la VAN aux taux d’actualisation de 32%. ................................................ 44

Table 5: Calcul de la VAN au taux d’actualisation de 33%. .................................................. 45

Table 6: Caractéristiques du projet. ....................................................................................... 45

xi



LISTE DES FIGURES

Figure 1: Site du projet. ..........................................................................................................6

Figure 2: Site du projet. ..........................................................................................................6

Figure 3: Site du projet et village SEHEBA. ...........................................................................7

Figure 4: Générateur triphasé synchrone de 18.75KVA. .........................................................8

Figure 5: Forage de 42m de profondeur. .................................................................................9

Figure 6: château d’eau de 90m3de capacité en construction. ..................................................9

Figure 7: Plaque métallique pour la construction du château d’eau. ...................................... 10

Figure 8: Coordonnées géographiques et précipitation du site ............................................... 11

Figure 9: Installation Type .................................................................................................... 14

Figure 10: Schéma de principe du système de pompage d’eau. ............................................. 14

Figure 11: Caractéristiques du débit pour le pompage au fil du soleil et avec batterie. ........... 16

Figure 12: Pompe volumétrique. ........................................................................................... 17

Figure 13: Pompe submersible centrifuge à étages multiples. ................................................ 18

Figure 14: Choix d’une pompe selon la HMT et le débit demandé. ....................................... 19

Figure 15: Schéma de principe d’une irrigation goutte à goutte. ............................................ 20

Figure 16: Schéma de principe du générateur photovoltaïque. ............................................... 21

Figure 17: Caractéristique U-I d’un générateur photovoltaïque. ............................................ 22

Figure 18: Processus de transformation d’énergie. ................................................................ 23

Figure 19: Cycle d’évapotranspiration. ................................................................................. 24

Figure 20: Evaporation moyenne de N’Djamena Rg (Fort Lamy). ........................................ 25

xii



Figure 21: Plan parcellaire du site. ........................................................................................ 27

Figure 22: Graphe de la pompe choisie. ................................................................................ 31

Figure 23: Fonctionnement d’une motopompe en fonction de la variation de l’ensoleillement.

............................................................................................................................................. 32

Figure 24: Schéma de branchement. ..................................................................................... 34

Figure 25: Rendement quotidien en mois moyen du system. ................................................. 35

Figure 26: Installation type. .................................................................................................. 36

Figure 27: distances minimales Est, Ouest, Nord et Sud. ....................................................... 37

Figure 28: Piquet de mise à la terre. ...................................................................................... 38

Figure 29: Signification et utilisation du TRI. ....................................................................... 46

1



I. INTRODUCTION

L’économie tchadienne est basée essentiellement sur l’agriculture, l’élevage et le

secteur pétrolier qui vient d’être développé ces 10 dernières années par le gouvernement et ses

partenaires pétroliers. Cette économie est caractérisée entre autres par un faible taux de

croissance (passant de 14.3 % en 2010 à 2.8 % en 2011 mais sur la période 2012-2013 elle

pourrait atteindre 5.1 % grâce à l’industrie pétrolière) ; et une balance commerciale largement

déficitaire. Le taux de pauvreté est estimé à 55 % et monte à 87 % en milieu rural.

Le Tchad est un pays à vocation agricole qui dispose d’une large étendue de terre

cultivable. Le pays possède plus de 19 millions d’hectares de terres arables dont, 5.6 millions

d’hectares sont irrigables. Seulement 10% de ce potentiel est actuellement cultivé. En dépit de

cet important potentiel agricole, la production agricole nationale reste soumise à plusieurs

contraintes : La majorité des agriculteurs tchadiens est constituée des petits producteurs

travaillant le plus souvent uniquement avec des outils manuels. Le système de production

agricole au Tchad est peu productif, car il est basé sur l’utilisation de la main-d’œuvre

familiale et de moyens et techniques de production rudimentaires (houe, machette, charrue,

etc.). En dehors de la filière cotonnière, il n’existe pas de filière intrants organisés. Les

rendements moyens des cultures vivrières et de rente sont, plus faibles que ceux des pays

voisins. Le secteur agricole est largement dépendant des aléas climatiques, faute d’une bonne

maîtrise de la gestion de l’eau. Le pays a un climat de type sahélien avec un gradient

pluviométrique qui augmente progressivement du Nord vers le Sud. La moyenne

pluviométrique annuelle varie de 900 à plus 1 100 mm pour les régions les plus arrosées du

Sud et à moins de 500 mm pour la bande sahélienne. Le sud du pays reçoit entre 600 et 1 200

mm de pluie par an, permettant le développement d’une végétation qui va de la savane à la

forêt tropicale. La zone sahélienne, au centre du pays reçoit des précipitations annuelles allant

de 300 à 600 mm, favorisant le développement d’une végétation qui varie entre la steppe et la

savane. Le nord du Tchad, sa zone saharienne, est arrosé annuellement par une quantité de

pluie inférieure à 300 mm

2



Le pays ne dispose pas suffisamment d’infrastructures socio-économiques, capables

d’impulser une croissance forte, durable et harmonieuse. Les infrastructures de base en

matière d’énergie (centrales électriques), d’eau potable, de transport (routes, ponts, ports et

aéroports, voies ferroviaires, gares routières), d’équipements sanitaires et hôteliers, y sont peu

développées. Cette situation compromet la capacité productive et la compétitivité de

l’économie nationale dont le niveau de performance est loin de générer des richesses

substantielles à même d’améliorer le niveau de vie des populations laborieuses.

En effet, sur le plan énergétique, la situation du pays est marquée par :

- une prédominance des utilisations de la biomasse traditionnelle (bois de feu et

charbon de bois), qui engendre un accroissement rapide de la demande en bois – énergie, du

fait de la croissance démographique.

- une faible capacité de production interne d’énergie électrique.

Vue la faible production agricole pour une population tchadienne estimée à 11.2

million d’habitant, il y’a donc nécessité de mener des actions clés dans ce domaine. La

question de la modernisation de l’agriculture et l’utilisation efficace des différentes sources

d’énergies pour optimiser la production agricole est une priorité du gouvernement tchadien

ainsi que celle de ma structure d’accueil. La structure où j’ai effectué mon stage (GEC-LTD)

de fin d’étude est dans la recherche continuelle afin d’apporter des améliorations relatives à

cette question. Raison pour laquelle, ce projet est une contribution considérable au travail qui

est en train d’être fait et aidera à une augmentation de la production agricole dans l’optique

d’assurer la satisfaction équitable des besoins de la population tant en milieu urbain que rural.

Etant un pays du sahel et parcouru par le désert du Sahara, le Tchad se situe dans la

zone d’ensoleillement supérieur de l’Afrique. Le nombre d’heures de cet ensoleillement par

année varie de 2850 heures au sud à 3750 heures au nord du pays. L’intensité du rayonnement

global varie en moyenne de 4,5 à 6,5 kWh/m2/j. Vu ce potentiel énergétique solaire, Le

pompage solaire pour une utilisation goutte à goutte s’avère une solution adéquate pour

augmenter la production agricole du pays. Cependant, il est à constater que le pompage d’eau

3



au Tchad se fait généralement dans le but de satisfaire les besoins des populations et du bétail

en eau potable dans les régions ou aucun réseau de distribution d’eau n’est prévu ou parvenu.

Pour ce faire un choix judicieux se porte sur les pompes manuelles.

La présente étude dont le thème est « Etude pour la mise en place du système de

pompage solaire d’un champ de neuf hectares pour une irrigation goutte à goutte à Seheba au

Tchad» vise à proposer une solution économiquement viable pour augmenter la production

agricole. L’étude vise également à partir de cet exemple pour analyser la possibilité de

généraliser cette alternative de production agricole, puis de proposer une analyse

institutionnelle pour la mise en œuvre d’une telle politique de production.

Pour atteindre ce but, il sera nécessaire de recenser toutes les données techniques

permettant d’évaluer le potentiel énergétique et le potentiel de production en eau (eau de

surface, nappe souterraine) sur le site. Enfin, cette étude procédera à une analyse des

possibilités de généralisation d’une forme d’irrigation d’appoint pour compenser les

mauvaises saisons, pas plus pour rallonger la période de culture et multiplier le nombre de

récoltes, en contraste avec les pays du nord dont le pourcentage des récoltes apportées par

l’irrigation est très important (voir encadré 1).

Dans le monde, 277 millions d’hectares sont irrigues (année 2002, source FAO) sur 1.4 milliard

d’hectares de terre arables au total. Ils fournissent environ 1/3 de la production alimentaire

mondiale.

Trois pays (Inde, Chine, Etats Unis) représentent 50% des surfaces irriguées totales. 80% de la

nourriture produite au Pakistan provient de terres irriguées, 70% pour la chine mais moins de 2%

pour le Ghana, le Mozambique ou le Malawi.

En France en 2000, 2.63 millions d’hectares de terres agricoles étaient irriguées.

Encadré 1 : Contribution de l’irrigation au niveau mondial.

4



Pour le Tchad, une forme d’irrigation avec pompage solaire à moindre coût s’impose,

l’énergie solaire n’étant pas gratuite ! Tout système de récupération d’énergie solaire a un

coût d’installation, des frais de surveillance, de maintenance et de renouvellement.

Des études théoriques et expérimentales ont prouvé que le pompage d’eau solaire pour une

irrigation «goutte à goutte» est le meilleur compromis pour développer l’agriculture dans les

pays du sahel, du fait de l’économie d’eau que ce système d’irrigation apporte.

Cependant, du fait qu’un système de pompage d’eau est constitué d’une multiplicité d’organes

de fonctionnement, un dimensionnement correct de chacun des éléments constitutifs

s’impose : définition des besoins réels en énergie, choix judicieux de la pompe, forme et

capacité de stockage de l’énergie, dimensionnement et installation appropriés des cellules

photovoltaïques, etc.

II. OBJECTIFS DU TRAVAIL

1. Objectif général.

Valoriser les périmètres agricoles du Tchad par la mise en place d’un système de

pompage solaire pour une irrigation goutte à goutte, en vue d’améliorer la production agricole

du pays.

2. Objectifs spécifiques.

2.2.1. Un site a été Identifié pour l’étude et la réalisation du collecte des données ;

2.2.2. Faire l’étude de faisabilité technique et financière du système de pompage

solaire pour une irrigation goutte à goutte;

2.2.3. Faire l’analyse des possibilités de généralisation de cette méthode de production

agricole ;

5



III. METHODES ET OUTILS.

L’approche méthodologique consiste à visiter le site d’exploitation agricole du village

SEHEBA situé à 35 km à la sortie sud de N’Djamena. On procédera à la collecte des données

du site et on discutera avec les responsables en vue d’identifier les besoins complémentaires

du site. Ce site servira de cadre pour la réalisation de l’étude de faisabilité technique et

financière, et on procédera au dimensionnement des unités de production d’eau et à la

vérification de sa capacité de stockage. Selon les résultats de cette étude qui reste spécifique

au site du village de SEHEBA, des recommandations et perspectives seront faites pour la

généralisation du projet dans tout le pays.

Les grandes étapes de la méthodologie se présentent comme suit :

- Visite du site de production agricole du village SEHEBA

- Collecte de données et évaluation des demandes en eau;

- Vérification de la capacité de stockage d’eau ;

- Identification des technologies appropriées pour la production d’eau sur le site;

- Dimensionnement des unités de production ;

- Etude technico-financière ;

- Recommandations et perspectives pour tout le Tchad.

De façon plus détaillée l’étude se fera suivant les étapes ci-après:

3. Présentation du site.

Le site est à proximité du village de SEHEBA situé à 35 Km au sud de NDJAMENA. C’est

une étendue de terre plate cultivable de 9 hectares sans obstacle majeur, appartenant à

LA COOPÉRATIVE AGRO PASTORALE DE BERE. La coopérative veut transformer cette

étendue en verger et faire la culture maraîchère tout ceci à l'aide du pompage solaire et de

l'irrigation goutte à goutte.

6



Le village de SEHEBA est un village des éleveurs de bœufs, moutons et chèvres. Ce village

regorge un potentiel inestimable de fumier qui peut être utilisé comme engrais.

Figure 1: Site du projet.

Figure 2: Site du projet.

7



Figure 3: Site du projet et village SEHEBA.

4. Données collectées sur le site.

Elle est faite à travers des visites du site d’une part, pour collecter les données nécessaires au

dimensionnement des équipements et d’autre part, pour échanger avec les responsables du site

sur les perspectives de développement.

Les données collectées se présentent comme suit :

- Historique de la production agricole du site :

C’est un nouveau site qui n’a pas encore produit. Par contre 1040 goyaviers ont été plantés à

une distance de 6m l’un de l’autre. Ces plantes sont arrosées à l’aide des arrosoirs manuels.

8



- Besoins en eau du site

Le site a besoin d’une quantité importante d’eau en vue d’arroser les différentes plantes :

goyaviers, citronniers, manguiers, cultures maraîchères et les besoins domestiques.

Il existe sur ce site un forage de 42 m de profondeur équipé d’une pompe électrique opérée

par un générateur triphasé synchrone de 18.75 KVa et un château de 90m� de capacité en

construction.

Figure 4: Générateur triphasé synchrone de 18.75KVA.

9



Figure 5: Forage de 42m de profondeur.

Figure 6: château d’eau de 90m3de capacité en construction.

10



Figure 7: Plaque métallique pour la construction du château d’eau.

Le forage et le château d’eau sont situés au milieu du site, à une distance de 21 m l’un de

l’autre.

- Besoins énergétiques du site et perspectives en termes d’extension des activités;

Le site n’étant pas actuellement électrifiée, il n’existe pas d’expériences en termes

d’utilisation d’équipements électriques qui pourraient donner de façon indicatives la demande

actuelle en électricité de la ferme. On se réfèrera donc aux besoins exprimés par les

responsables du site.

Il yʼa par contre une perspective d’extension du site dans le future de 9 hectares.

- Coordonnées géographique du site ;

Le site du projet est situé à 35km de N’Djamena qui est dans la partie du sahel africain

appelée le sahel des sédentaires qui reçoit des précipitations suffisamment abondantes pour

permettre la mise en culture des terres. Les précipitations sont nulles pendant 5 mois de

l'année de novembre à mars tandis que les mois de juillet et août sont bien arrosées avec

respectivement 144 mm et 175 mm

11



Figure 8: Coordonnées géographiques et précipitation du site

5. Etude de faisabilité financière du projet.

Il s’agit de collecter les coûts unitaires des équipements à acheter dans le cadre de ce projet et

de calculer la VAN et le TRI afin d’apprécier la rentabilité financière du projet.

Les données techniques suivantes sont utilisées :

- Durée de vie des équipements ;

- Le taux d’actualisation admis sur le marché (10%) ;

- Les investissements à consentir sur l’ensemble de la durée de vie de l’unité de production et

évaluée par année ;

- Les recettes annuelles ;

- Les dépenses d’exploitation par année.

Formule

12



VAN = −� +��

(1 + �)�+

��(1 + �)�

+��

(1 + �)�+⋯+

��(1 + �)�

Où :

(i): taux d’actualisation

(n) : durée de vie de l’investissement

CF� : Cash-flow à l’année j

La VAN donne une première orientation sur la rentabilité de l’investissement.

Le deuxième critère d’évaluation utilisé est le taux de rentabilité interne du projet (TRI).

Le TRI est la valeur du taux d’actualisation pour laquelle la VAN est nulle.

Il est le taux d’actualisation pour lequel l’Investissement C est égal à la somme des cash-flows

actualisés générés par cet investissement.

On le calcule par la formule suivante:

En posant TRI=i, on a : −C + CF�(1 + i)�� + CF�(1 + i)

�� +⋯+ CF�(1 + i)�� = 0

Soit -C+∑ CF�(1 + i)�� = 0�

� � . Dans la pratique on le détermine par interpolation linéaire

entre les correspondants à une VAN négative et une VAN positive.

13



IV. ETUDES TECHNICO-ECONOMIQUE.

1. ETUDES TECHNIQUES

A. SCHEMAS ET DESCRIPTION DU PRINCIPE.

Les panneaux solaires photovoltaïques (1) produisent l’énergie électrique sous forme

d’un courant continu qui est converti à travers un convertisseur statique (3) pour alimenter un

groupe motopompe immergé ou flottant (4). Le groupe motopompe est compose d’un moteur

a courant alternatif mono, bi ou triphasé ou à courant continu a commutation électronique qui

est couplé à une pompe centrifuge à étages multiples ou à une pompe volumétrique ou autre

suivant le débit recherché.

La pompe centrifuge transmet l’énergie cinétique du moteur au fluide par un

mouvement de rotation de roues à aubes alors que la pompe volumétrique transmet l’énergie

du moteur par un mouvement hélicoïdale qui permet littéralement de propulser l’eau à la

surface. Les systèmes proposés sont composés de modules photovoltaïques montes sur un

châssis de support(2) incliné suivant la latitude du site afin d’optimiser la production

photovoltaïque, ou rotatif suivant la course du soleil. Le dispositif est complété par le

convertisseur statique (3) monté en surface et qui permet la conversion du courant continu

produit par le champ solaire en courant alternatif ou continu pour alimenter le moteur couplé a

la pompe (Fig2).

14



Figure 9: Installation Type

Source : bibliographie 4.

a) DEFINITION GENERALE DU SYSTEME DE POMPAGE D’eau.

La différence entre un système de pompage solaire et un système de pompage

classique est l’utilisation de panneaux photovoltaïques (14), d’un convertisseur (15) et d’une

pompe adéquate (2) (voir fig3). Les pompes utilisées peuvent être de surfaces ou immergées

selon la condition d’utilisation :

Figure 10: Schéma de principe du système de pompage d’eau.

15



Source : bibliographie 4. Le pompage photovoltaïque se présente fondamentalement de deux façons selon qu’elle

fonctionne avec ou sans batterie. Alors que cette première utilise une batterie pour stocker

l’électricité produite par les modules, le pompage sans batterie, plus communément appelée

« pompage au fil du soleil », utilise un réservoir pour stocker l’eau jusqu’au moment de son

utilisation.

Le pompage avec batterie permet de s’affranchir des aléas du soleil et des problèmes

d’adaptation entre générateur photovoltaïque et motopompe. L’utilisation de batteries

comporte davantage de composants qui influent sur la fiabilité et le coût global du système.

Les batteries sont fragiles et sont souvent les premiers éléments qui auront besoin d’être

changés. Elles nécessitent en outre un entretien constant et un contrôle rigoureux de leur

charge et décharge. Les contrôleurs utilisés pour régulariser la charge et la décharge des

batteries vieillissent rapidement et peuvent s’avérer non fiables. Les batteries introduisent

également un certain degré de perte de rendement d’environ 20% à 30 % de la production

d’énergie.

Le pompage au fil du soleil permet d’avoir un système photovoltaïque plus simple, plus fiable

et moins coûteux qu’un système avec batterie. Le stockage se fait de manière hydraulique,

l’eau étant pompée, lorsqu’il y a suffisamment d’ensoleillement, dans un réservoir au-dessus

du sol. Elle est ensuite distribuée par gravité au besoin. Le réservoir peut souvent être

construit localement et la capacité de stockage peut varier d’un à plusieurs jours. Ce réservoir

ne requiert pas un entretien complexe et est facile à réparer localement.

16



Figure 11: Caractéristiques du débit pour le pompage au fil du soleil et avec batterie.


Compte tenu du coût additionnel du système avec batterie, des problèmes de maintenance des

batteries et de l’obligation de les remplacer après 3 à 5 ans d’usage, la solution au fil du soleil

est présentement préférée. Néanmoins, celle-ci présente certains inconvénients qu’il ne faut

pas négliger :

• Il est impossible de pomper au-dessous d’un certain niveau d’éclairement, la pompe ne

pouvant être amorcée sous une certaine puissance fournie. Il y a donc perte d’énergie au début

et à la fin de la journée.

• Parce que le rendement des pompes diminue en dehors de leur puissance nominale de

fonctionnement, le système nécessitera l’utilisation d’un adaptateur de charge. Ceci est

particulièrement nécessaire pour les pompes volumétriques.

• Le débit de la pompe ne sera pas constant et le rabattement du puits ou du forage peut être

trop élevé durant certaines périodes de la journée.

17



LES TYPES DE POMPES

Les pompes à eau sont habituellement classées selon leur principe de fonctionnement, soit de

type volumétrique ou centrifuge.

La pompe volumétrique: transmet l’énergie cinétique du moteur en mouvement de va-et-

vient permettant au fluide de vaincre la gravité par variations successives d’un volume

raccordé alternativement à l’orifice d’aspiration et à l’orifice de refoulement. Les pompes

volumétriques incluent les pompes à vis, les pompes à palettes, les pompes à piston et les

pompes à diaphragme. Les deux derniers types sont utilisés dans les puits ou les forages

profonds (plus de 100 mètres).

L’entraînement est habituellement assuré par un arbre de transmission très long, à partir d’un

moteur électrique monté en surface.

Figure 12: Pompe volumétrique.

Source : bibliographie 3. La pompe centrifuge : transmet l’énergie cinétique du moteur au fluide par un mouvement

de rotation de roues à aubes ou d’ailettes. L’eau entre au centre de la pompe et est poussée

vers l’extérieur et vers le haut grâce à la force centrifuge des aubages. Afin d’augmenter la

pression, donc la hauteur de refoulement, plusieurs étages d’aubages peuvent être juxtaposés

18



sur le même arbre de transmission. Chaque étage fait passer l’eau à l’étage suivant en relevant

la pression jusqu’à l’étage final, délivrant un volume d’eau à pression élevée (voir figure 6).

Ces pompes incluent les pompes submersibles avec moteur de surface ou submergé, les

pompes flottantes et les pompes rotatives à aspiration.

Figure 13: Pompe submersible centrifuge à étages multiples.


Comparaisons entre les pompes centrifuges et les pompes volumétriques Le choix d’une pompe se portera sur sa capacité à répondre aux conditions variables

du site. Le débit d’une pompe volumétrique est moins affecté par la variation de la HMT alors

que la pompe centrifuge verra son débit diminuer rapidement à mesure que la HMT

augmente. La hauteur de refoulement d’une pompe centrifuge est fonction du carré de la

19



vitesse du moteur. À mesure que la HMT augmente, le rendement de la pompe diminue très

rapidement ; le moteur devrait tourner beaucoup plus rapidement pour fournir un même débit.

Figure 14: Choix d’une pompe selon la HMT et le débit demandé.


b) DEFINITION GENERALE DUNE IRRIGATION « GOUTTE-A-GOUT TE ».

L’irrigation «goutte à goutte» est appelée aussi «irrigation localisée ou micro-

irrigation». On l’appelle irrigation par «infiltration» lorsqu’elle est réalisée au moyen de

tuyaux filtrants enterrés. L’irrigation goutte à goutte se développe de plus en plus dans le but

de palier a la rareté de l’eau. Elle se caractérise par un apport d’eau localisée, fréquent et

continu utilisant des débits réduits à des faibles pressions. Seule la fraction du sol exploitée

par les racines est continuellement humectée. Cela permet une réduction de l’évaporation, une

meilleure conservation de la structure du sol et une réduction des mauvaises herbes. Ce

20



système permet aussi d’exploiter des champs à topographie et configuration irrégulières, des

sols lourds qui se fissurent en été, ou des sols légers filtrants. La fréquence élevée des

arrosages permet une dilution des sels présents dans la solution du sol sous le distributeur et

un maintien des sels à la périphérie du bulbe humecté.

Figure 15: Schéma de principe d’une irrigation goutte à goutte.

c) DEFINITION GENERALE D’UN GENERATEUR PHOTOVOLTAIQUE.

Un générateur photovoltaïque (PV) produit de l’électricité à partir du rayonnement

solaire. Les cellules PV sont réalisées la plupart du temps dans un matériau semi-conducteur

(le silicium, par exemple). Ce sont les photons de la lumière qui, en frappant la cellule,

déplacent les électrons dans le matériau et génèrent ainsi une circulation continue des

électrons : c’est le courant électrique (fig16).

21



Dans la plage habituelle d’utilisation (plage à courant quasiment constante), une cellule PV

peut être considérée comme un générateur de courant. Le courant généré dépend

essentiellement de l’éclairement (W/m�) et de la température dʼéquilibre de la cellule PV

(fonction de la température extérieure et de la vitesse de l’air ambiant). La tension est fonction

des matériaux constitutifs de la cellule.

Figure 16: Schéma de principe du générateur photovoltaïque.

Source : bibliographie 4. Le fonctionnement d’une cellule peut être représenté par un réseau de courbes, qui

indique l’évolution du courant généré par la cellule en fonction de la tension aux bornes de la

cellule (fig10). Chaque courbe est fonction notamment de l’éclairement et de la température

(extérieur ou de la cellule).

Un panneau solaire est l’assemblage en série et en parallèle des cellules PV. Cet assemblage

permet d’obtenir les tensions et les intensités souhaitées (par exemple, des panneaux de 12

Vcc, 24 Vcc ou plus). A titre indicatif, 72 cellules de 10.2 mm en silicium poly-cristallin

assemblées en 8 séries parallèles de 14 cellules, constitueront un panneau capable de produire

environ 120 W/m�, soit environ 24V, 5 A. Ceci pour un éclairement solaire de 1000 W/m�,

une temperature ambiante de 25˚C et un spectre solaire de 1.5.

22



Figure 17: Caractéristique U-I d’un générateur photovoltaïque.


d) PRESENTATION DE LA METHODE DE DIMENSIONNEMENT.

Deux principaux objectifs sont visés en ce qui concerne le dimensionnement de notre

système solaire ici étudié: l’économie d’eau, et l’économie financière. Autrement dit, un

système photovoltaïque, pour le pompage d’eau pour une irrigation «goutte à goutte» bien

dimensionné doit pouvoir combler les besoins en quantité d’énergie qu’on en attend, tout en

étant le moins couteux tant au moment de son installation que dans sa phase de production, et

doit fonctionner pendant une période raisonnable garantissant son amortissement.

C’est pourquoi, trois (3) phases ont été détectées pour parvenir a un dimensionnement

optimal :

Phase 1: Détermination des besoins en eau du champ à irriguer.

23



Cette phase nécessite une connaissance du types de plantes à irriguer, de la nature des sols, du

type d’irrigation goutte à goutte choisi et des conditions atmosphériques (vents, humidité,

etc.) ; à cela, on associera toutes les pertes d’eau dues à l’évaporation lorsque le bassin de

rétention est ouvert. Un choix sur l’autonomie recherchée doit être fait pour définir une

capacité de stockage d’eau. Le débit recherché au niveau des goutteurs peut conditionner la

hauteur de stockage.

Phase 2 : Dimensionnement et choix du type de motopompe.

Cela est fonction de la profondeur du forage, de la hauteur de stockage, du débit de pompage

recherché, de son alimentation électrique en continu ou alternatif mono ou triphasé, etc.

Phase 3 : Dimensionnement et montage du système PV.

Ce dimensionnement tient compte (en gros) de la puissance nominale de la pompe majorée

des différentes pertes (conversion de tension, régulation, etc.) et de l’ensoleillement du site.

Son montage (orientation) dépend de sa position géographique (longitude).

Figure 18: Processus de transformation d’énergie.


24



B. DETERMINATION DES BESOINS EN EAU.

e) BESOINS EN EAU DES PLANTES A IRRIGUER

Pour une irrigation goutte à goutte, l’eau est déversée sur la plante le plus

fréquemment possible ou en continu, et quotidiennement. Quant à la détermination de la

quantité d’eau à apporter, on doit irriguer de sorte à compenser les pertes par évaporation et à

prévenir la salinisation de la rhizosphère.

Figure 19: Cycle d’évapotranspiration.


Les pertes par évapotranspiration dépendent des conditions météorologiques qui

varient au fil du temps. Pour les déterminer, on peut observer les variables météorologiques

25



pertinentes (température, vent, humidité atmosphérique et ensoleillement), puis appliquer

l’une des équations fonctionnelles ou formules permettant de calculer l’évapotranspiration

potentielle. La formule de base utilisée pour déterminer le besoin en eau est l’équation de

Penman donnant l’évapotranspiration de référenceET$.

ET$ = C%WXR� + (1 −W)Xf(u)X(e, − e-).

Dans le cas de notre étude, nous avons choisie utilisée les données

d’évapotranspiration de la zone de N’Djamena (Fort Lamy) de 1964 et de l’évaporation sur

bac classe A (1984-1990) disponible au centre de recherches tchadiennes qui donne la

moyenne de l’évaporation à environ 9mm/jour.

Figure 20: Evaporation moyenne de N’Djamena Rg (Fort Lamy).

26



Table 1: Moyennes mensuelles interannuelles de l’évaporation sur bac classe A (1984-1990).

27



EXIGENCES DE LA CULTURE

La superficie de l’exploitation a été divisée en 8 secteurs d’arrosage comme l’indique le plan parcellaire ci-dessous.

Figure 21: Plan parcellaire du site.

28



La superficie de l’exploitation est de 10.57ha. Sa longueur est de 340 m et sa largeur de

320m. L’étude a défini un nombre de secteur d’arrosage (Ns) de 8. Chaque secteur a une

superficie de 1.2948ha dont la longueur L0=156m et la largeur l0=83m.

Chaque ligne de plante sera irriguée a partir d’une rampe de longueur L2=39m portant des

gouteurs espacés de 3m (E3) et ayant un débit de 2 l/h à une pression de 1 bar.

Le nombre de goutteurs par rampe N3=L2/E3=39/3=13.

Le débit de la rampe D2=N3 × D3= 13 × 2= 26 l/h.

L’écartement entre rampes E2=3m. Les rampes sont places de part et dʼautre de chaque porte

rampes. La largeur du secteur l0 =83m. Le nombre paire de rampe par porte rampes

N5252=l0/E2=83/3=27.666=28 et le nombre de rampe par porte rampe N252= N5252X 2= 28 X

2= 56. Le nombre de porte rampe par secteur est N5=2. Le nombre total de rampes par secteur

N62=N5252X N5== 56 X 2= 112.

La longueur total de rampe par secteur d’arrosage est de L62=N62 x L2= 112 X 39= 4368m. Le

nombre total de goutteurs par secteur N63= N62 x N3= 112 X 13=1456.

Le débit horaire d’un secteur D0= N63X D3= 1456 x 2= 2912 l/h=291.2 m�/h

La pluviométrie horaire d’un secteur P0= D0/S0 =2912/12948= 0.225l/h=0.225mm/h.

Ou S0=12948 m� la superficie d̓un secteur.

Le débit horaire de la superficie de l’exploitation est D6 = D0XN0 = 2912X8 = 23296l/h

f) ETUDE DU STOCKAGE DE L ʼEAU

Le stockage de l’eau dans le cadre d’une irrigation «goutte à goutte» est quasi

obligatoire du fait des impératifs que cette forme d’irrigation suscite. Il permet un décalage

entre la disponibilité de l'énergie solaire (midi) et les besoins en eau (matin, soir, nuit). On

distingue de ce fait trois (3) principales raisons :

1-Lorsqu̓on opte pour une irrigation «goutte à goutte», c’est que l’on a pour premier

souci de réguler l’eau en évitant le gaspillage. Cela ne peut se faire que sʼil y a une rétention

29



préalable de l’eau pompée au fil du soleil, suivie d’un contrôle de son versement au pied de la

plante.

2- La plupart des pompes délivrent un débit variable en fonction de l’ensoleillement.

La présence d’un dispositif de rapport au niveau du sol, un contrôle plus ou moins précis du

débit que l’on souhaite avoir au niveau des goutteurs. Par ailleurs, un compromis est à

trouver concernant la dite hauteur de la cuve de stockage, car plus la cuve est haute, plus il va

falloir utiliser une pompe de grande puissance pour tirer l’eau du forage jusqu’à elle.

3-Un dispositif de rétention est finalement nécessaire pour les périodes

d’ensoleillement insuffisant. Une quantité d’eau supplémentaire doit être étudiée en fonction

de l’autonomie recherchée.

Le volume de stockage est souvent dimensionné entre 60% et 100% du volume moyen

journalier de l'eau pompée. Mais les dimensions peuvent varier en fonction des situations. Le

coût du réservoir peut être élevé (réservoir surélevé, tuyauterie). Les matériaux et les

méthodes utilisés pour construire les réservoirs varient selon les qualifications locales et les

matériaux disponibles. Les principaux matériaux utilisés dans la construction des réservoirs

de stockage sont :

- le ferrociment,

- la maçonnerie ou les blocs de béton,

- le béton renforcé avec du bambou,

- le plastique,

- le fer ou la tôle galvanisé.

g) DIMENSIONNEMENT DE LA CAPACITE DE STOCKAGE DE L’EAU

L’étude précédente a permis de déterminer le débit total horaire de l’exploitation qui est

de D6? = D0XN0 = 2912X8 = 23296l/h.

30



Nous estimons que la pompe solaire qui sera choisie pour cette application fonctionnera de 9h

à 16h avec son pompage maximal à 12h, ce qui nous donne 7h de fonctionnement par jour.

Le débit total journalier de l’exploitation sera donc :

de D6� = D6?X7 =��ABC

?X7h = 163072l = 163,072m�

Dans notre cas présent, le réservoir a été dimensionné à 5m de hauteur et à une capacité de 90

m� qui est approximativement 60% de la capacité journalière calculée à 163m�.

C. CHOIX ET DIMENSIONNEMENT DE LA MOTO-POMPE.

Le dimensionnement de la motopompe peut se faire par les méthodes suivantes : graphiques

(utilisée pour choisir la pompe) et analytiques(en se basant sur les calculs).

h) CHOIX DE LA MOTOPOMPE (méthode graphique)

Les études précédentes nous ont permis de déterminer un débit horaire de l’exploitation qui

est Q=23,296m�/h. Une pompe d’un débit de 24m�/h s̓ impose pour cette exploitation. La

pompe sera donc immergée à une profondeur de 20m, avec un ensoleillement de 800W m�⁄

(qui est celui du Tchad) pour alimenter un château de 90m�.

Plusieurs méthodes existent pour le choix de la pompe, nous avons utilisé celle des abaques

pour choisir la pompe PS4000 C-SJ17-4 1 pce Système de pompe immergée comprenant

contrôleur, moteur et extrémité de pompe sur le site www.lorentz.de.

31



Figure 22: Graphe de la pompe choisie.

Source : www.lorentz.de

i) DIMENSIONNEMENT DE LA MOTOPOMPE (METHODE ANALYTIQUE ).

La courbe qui caractérise le fonctionnement d’une motopompe en fonction de

la variation de l’ensoleillement peut se rapprocher de la courbe ci-dessous : l’axe des

ordonnées est gradué à droite en W et à gauche en %. L’amplitude du débit de la

motopompe est indiquée à droite.

32



Figure 23: Fonctionnement d’une motopompe en fonction de la variation de l’ensoleillement.


La motopompe commence à débiter à partir d’une certaine puissance fournie par les modules

solaires (ici sur le graphe environ 250 Watts). Le débit de la pompe, quasiment nul à cette

puissance, augmentera proportionnellement avec l’ensoleillement pour atteindre le maximum

à midi solaire. Remarquer l’influence des saisons ou de la météo. Le démarrage du

fonctionnement de la motopompe est fonction du type de celle-ci, et de la profondeur de

pompage.

Etape 1 : Les calculs vont être effectués pour un système de pompage au fil du soleil avec une

pompe centrifuge équipées d`un moteur a courant continu dont le rendement est ηF=0.85 et

d’une pompe centrifuge de 164V et η5=0.55 en fonctionnement optimal.

Etape 2 : Le débit horaire maximale de la pompe sera le débit horaire de l’exploitation qui est

QH,I= 24m�/h.

33



Etape 3 : Calcul Puissance hydraulique : Ph (kW) = 2,725 10�� xQH,Ix H

H= 20m + 5m= 25m hauteur manométrique.

Ph= 2,725 10�� X 24 X 25 =1,635 KW

Etape 4 : Calcul de la Puissance mécanique : Pm = Ph / η5

Pm= 1.635/0.55= 2.972 KW.

Etape 5 : Calcul de la puissance électrique du moteur : Pe = Pm / ηF

Pe= 2.972/0.85= 3.497 KW.

Nous aurons donc a installé une pompe de puissance électrique égale à 3.497 KW, ce qui

correspond bien à la pompe PS4000 C-SJ17-4 choisie précédemment.

D. DIMENSIONNEMENT DU CHAMP PHOTOVOLTAIQUE.

Comme nous l’avons vu dans le chapitre précédent, le dimensionnement proprement dit,

c’est-à-dire l’agencement série-parallèle des panneaux solaires se détermine conjointement

avec le choix de la pompe pour qu’il yʼait compatibilité entre l’offre et la demande d’énergie.

En effet, nous avons vu que la caractéristique tension et courant des modules photovoltaïques

et de la pompe doivent être en corrélation. Si la corrélation n’est pas respectée, des éléments

peuvent se retrouver en panne.

Etape 6 : Calcul Puissance du générateur a 800 W/m2 compte tenu des pertes : Pg = Pe /

0,9= 3.497 / 0.9 = 3.885 KW.

Etape 7 : Calcul Puissance crête du générateur : Pc = Pg / 0,8

Pc = Pg / 0,8 = 3.885 / 0.8 = 4.857 KW

Etape 8 : Choix de la tension nominale imposée par la charge

La tension de la pompe qui constitue ici la seule charge est V=164V

Etape 9 : Calcul ns et n// et Pc installée

Calcul de ns

ns= 164/12= 13.66 qui peut être arrondi à 13.

Calcul de n//

34



n//= JK

JKLMNOPQX

�

�R= STUV

�BUX

�

��.BB=1.341 qui peut être arrondi à 2.

Le générateur photovoltaïque à être installé sera constitué de 26 modules de 265W et 12V

dont deux branchements de 13 modules en série connecté en parallèles.

Figure 24: Schéma de branchement.


35



Rendement quotidien en mois moyen du system de pompage

Figure 25: Rendement quotidien en mois moyen du system.


36



E. INSTALLATION

Les travaux d'installation doivent être exécutés avec soin pour assurer le bon fonctionnement

des systèmes et leur pérennité.

Figure 26: Installation type.


� L'orientation des panneaux et modules

Le panneau doit être positionné de telle sorte que le rayonnement solaire soit utilisé au

maximum, c'est à dire que les modules doivent être orientés vers l'équateur.

Pour notre site, l’orientation des modules sera de 15° ce qui correspond aux coordonnées

géographiques du site (12° Nord, 15° Est).

� Les ombres portées

Le positionnement des panneaux sur le site doit être tel qu'aucune ombre n'atteigne les

modules quel que soit la période de l'année (Végétation, maison, etc.). L'occultation d'une

série de modules peut provenir de l'installation des panneaux (cas de plusieurs rangées). Les

ombres portées doivent être évitées entre 9 h et 15 h solaire. La figure suivante indique les

37



distances minimales à respecter pour un ensemble d'obstacles au Nord, au Sud, à l'Est et à

l'ouest du générateur solaire.

Figure 27: distances minimales Est, Ouest, Nord et Sud.


� Installation électrique

Pendant l'exécution des raccordements électriques, les modules doivent être couverts à l'aide

d'une toile, d'une bâche ou autre. On respectera la désignation des bornes et leur polarité.

Après le montage des modules sur la structure, on procède au câblage des modules

conformément aux notices d'installation du fournisseur. Il est important d'effectuer un bon

serrage des câbles et des presse-étoupes et de s'assurer de la bonne étanchéité aux différents

points d'entrée de câbles. Il est indispensable d'installer une mise à la terre pour le système

photovoltaïque afin de le protéger contre toute surtension que pourrait occasionner la foudre.

Eventuellement, il faudrait prévoir un paratonnerre pour les installations de forte puissance.

38



Toutes les parties métalliques devront être reliées entre elles et un seul point sera relié à un

piquet de mise à terre.

Figure 28: Piquet de mise à la terre.


F. MAINTENANCE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES

La maintenance est l'ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien dans

un état clairement spécifié ; bien maintenir c'est assurer ces opérations à un coût global

minimal. Les principales activités de la maintenance sont

- la prévention : visites, contrôles.

- l'introduction : révisions, réparations.

- l'amélioration : rénovations, modernisations.

Il existe deux types de maintenance :

* la maintenance préventive (systématique ou conditionnelle),

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* la maintenance corrective (palliative : le dépannage ou curative : la réparation).

Cette phase essentielle doit être intimement associée à l'exploitation des systèmes

photovoltaïques. Un suivi est parfois mis en place pour assurer la garantie de bon

fonctionnement et la garantie de résultat. Les systèmes de mesure ou comptage automatiques

permettent un suivi à distance par transmission des données soit par téléphone, soit par

satellite à des coûts abordables. On peut ainsi suivre des niveaux permettant de déclencher

une intervention humaine sur place, ou une télécommande pour les systèmes les plus

sophistiqués. Les systèmes photovoltaïques demandent un entretien et une maintenance très

réduites.

� Au niveau des modules

* Les modules doivent être nettoyés régulièrement (le soir ou tôt le matin au moins

une fois par mois) à cause de la poussière.

* Vérifier que le panneau solaire n'est pas à l'ombre même partiellement.

* Si un module est défectueux, on procède à son remplacement par un module

identique.

� Au niveau du convertisseur DC-DC

* Il est bon de s'assurer de son bon fonctionnement de temps en temps (par exemple

tous les 3 mois).

* On effectue un échange standard si le régulateur est en panne, en attente d'une

remise en état.

� Au niveau des récepteurs

Parmi les récepteurs, c'est la pompe d'un système de pompage qui demande un peu

plus d'entretien. Sa durée de vie est plus faible que pour les autres composants du système.

* Un nettoyage régulier de la pompe est nécessaire.

* En cas de panne il est préférable d'effectuer si possible un échange standard en attente d'une

remise en état.

40



2. ETUDES ECONOMIQUES

L’analyse économique des solutions photovoltaïques prend de plus en plus de l'importance

maintenant que cette technique atteint un stade de maturité suffisant pour aborder la

compétition avec les solutions classiques (réseau interconnecté, diesel) et éprouvées

d'électrification en zones rurales et isolées. Cette analyse économique est ainsi indispensable

pour prendre des décisions d'investissement en toute connaissance de cause, pour pouvoir

comparer les prévisions et la réalité des projets et programmes, pour pouvoir quantifier la

rentabilité des services rendus par l'électricité photovoltaïque pour la collectivité et l'usager et

donc, in fine, pour pouvoir motiver les décideurs et les utilisateurs potentiels. Il faut toutefois

noter que dans cette analyse, il est difficile de prendre en compte tous les coûts :

* Coûts sociaux : exode rural...

* Coûts pour l’environnement: pollution...

G. COUT DʼINVESTISSEMENT (voir tableau ci-dessous).

N DESIGNATION Unité Qté P,U P,TOTAL

1 Fourniture des Panneaux de 185W, 36V, 5.5A U 26 385,000 10,010,000

2 Régulateur 30A U 1 130,000 130,000 3 Câbles 3x2.5mm2 (rouleau 100m) U 3 75,000 225,000 4 Châssis pour panneau FF 1 35,000 35,000 5 Boites de dérivations U 12 3,500 42,000 6 Château de stockage d`eau FF 1 4,000,000 4,000,000 7 Tuyauterie FF 1 5,000,000 5,000,000 8 Gouteurs FF 11648 500 5,824,000 9 Pompes FF 1 2,500,000 2,500,000

10 Forage FF 1 700,000 700,000 11 Achat du chant FF 1 3,000,000 3,000,000 12 Main d`aeuvre FF 1 1,000,000 1,000,000 13 Achat des plantes FF 11648 500 5,824,000

TOTAL

38,290,000 Table 2: Cout d’investissement.

41



H. DEPENSES D̓EXPLOITATION.

Salaire du technicien qui sera recruté pour la gestion quotidienne de l’équipement :

80000 FCFA/mois. Ce qui fait une dépense totale de 960000 FCFA/an.

Salaire du technicien qui sera recruté pour l’entretien des plantes: 80000 FCFA/mois.

Ce qui fait une dépense totale de 960000 FCFA/an.

Achat de fumiers : 500000FCFA/an.

Nous estimons une dépense annuelle de 960 000 X 2 + 500 000= 2 420 000 FCFA/an.

Cette dépense sera majorée de 500 000 FCFA/an à cause de la nécessite de transport pour

livrer la production au marché de N’Djamena. Ce qui équivaut à une dépense annuelle de

2 920 000 FCFA/an à partir de la troisième année.

I. ESTIMATION DES RECETTES

Nous avons au total 11648 plantes qui commenceront à produire à partir de lʼan 3 et nous

estimons une production minimale de 100 fruits par plantes. Ce qui nous donne une

production de 100 X 11648 = 1164800.

Une enquête sur la vente de fruits ici goyaviers, manguiers et citronniers a été mené au

marché de Ndjamena pour déterminer avec exactitude le prix de vente moyen qui est de 25

FCFA par fruits.

Ce qui nous donnera une recette annuelle de 25 FCFA X 1164800 = 29.120.000 FCFA/an.

J. RENTABILITE FINANCIERE DU PROJET.

Données de base:

Investissement initial 38 290 000 FCFA.

Dépenses d’exploitation pour les deux premières années : 2 420 000 FCFA/an.

Dépenses d’exploitation à partir de la troisième année : 2 920 000 FCFA/an.

Recettes à partir de la troisième année : 29 120 000 FCFA.

42



Taux d’actualisation de 10%.

Durée de vie de 10 ans.

Calcul de la Valeur actuelle nette (VAN).

L’évaluation d’un investissement par la valeur actuelle (VA) consiste à calculer les revenus

futurs, c'est-à-dire les flux de trésorerie, attendus de cet investissement et à en faire la

sommation.

La valeur actuelle nette est l’un des principaux critères de choix des investissements. Elle

permet de déduire des flux de revenus actualisés générés par l’investissement, les montants

actualisés des investissements réalisés. Elle est donc la somme des flux nets de liquidité (ou

flux nets de trésorerie) actualisés générés par cet investissement durant sa durée de vie. Elle

est la richesse que génère cet investissement durant sa durée de vie ; c’est la rentabilité finale

qu’il dégage au profit de son promoteur au-delà de la rentabilité que traduit le taux

d’actualisation.

Taux d’actualisation 0.1

ANS

COUT INVESTI(FCFA)

RECETTES (FCFA)

DEPENSES (FCFA)

CASH-FLOWS

ACTUALISATION 10%

CASH-FLOWS ACTUALISES

0 38290000 -38290000 1.000 -38290000 1 2420000 -2420000 0.909 -2200000 2 2420000 -2420000 0.826 -2000000 3 29120000 2920000 26200000 0.751 19684447.78 4 29120000 2920000 26200000 0.683 17894952.53 5 29120000 2920000 26200000 0.621 16268138.66 6 29120000 2920000 26200000 0.564 14789216.97 7 29120000 2920000 26200000 0.513 13444742.7 8 29120000 2920000 26200000 0.467 12222493.36 9 29120000 2920000 26200000 0.424 11111357.6

10 29120000 2920000 26200000 0.386 10101234.18 VAN 73026583.79

Table 3: Calcul de la VAN au taux d’actualisation de 10%.

43



La règle de la VAN permet de sélectionner des investissements qui offrent à priori une

rentabilité au moins égale à celle du marché. La relation entre la rentabilité d’un

investissement et celle du marché est la suivante : une VAN positive correspond à un projet

dont le taux de rentabilité est supérieur à celui du marché et la VAN est le surplus de résultat

par rapport à la rentabilité attendue par les investisseurs ; en d’autre terme, il est plus

profitable pour le détenteur du capital d’investir dans ce projet que de placer son argent au

taux d’intérêt du marché financier. Ce projet enrichit son promoteur et son acceptation

d’investissement est donc recommandée.

Le Taux Interne de Rendement (TRI)

Le Taux de Rendement Interne (TRI) ou Taux de Rentabilité Interne est le taux

d’actualisation pour lequel la dépense d’investissement est égale à la somme des cash-flows

générés par l’investissement. C’est le taux d’actualisation pour lequel la valeur actuelle nette

est nulle.

TRI = i tel que I0 = CF1(1+i)-1 + CF2(1+i)-2 +………+ CFn(1+i)-n

TRI = I tel que VAN = 0

TRI = i tel que VAN = 0

TRI = i tel que - I0 + CFk(1+i)-k = 0

Le TRI est donc la solution à l’équation :

- I0 + CF1(1+i)-1 + CF2(1+i)-2 +…+ CFk(1+i)-k +…+ CFn(1+i)-n = 0

La résolution d’une telle équation est très délicate Pour calculer le TRI d’un investissement,

quatre méthodes sont utilisées :

- calcul par essais successifs

- calcul par interprétation graphique

- calcul par interpolation linéaire

- utilisation de la calculette programmable

Nous optons pour le calcul par essais successifs et interpolation linéaire.

44



Essais successifs

La méthode consiste à choisir un taux d’actualisation et à calculer la VAN

correspondante. Si la VAN est positive, on choisit un taux plus élevé et de nouveau on calcul

la VAN. On obtient une VAN inférieure à la première. On continue ainsi jusqu’à avoir une

VAN positive proche de zéro, puis une VAN négative proche de zéro. On procède alors soit à

une interprétation graphique soit à une interpolation linéaire.

Calcul de la VAN à un taux d`actualisation de 32%


ANS

COUT INVESTI(FCFA)

RECETTES (FCFA)

DEPENSES (FCFA)

CASH-FLOWS

ACTUALISATION 32%


0 38290000 -38290000 1.000 -38290000

1 2420000 -2420000 0.758 -

1833333.333

2 2420000 -2420000 0.574 -

1388888.889 3 29120000 2920000 26200000 0.435 11391462.84 4 29120000 2920000 26200000 0.329 8629896.089 5 29120000 2920000 26200000 0.250 6537800.068 6 29120000 2920000 26200000 0.189 4952878.839 7 29120000 2920000 26200000 0.143 3752180.939 8 29120000 2920000 26200000 0.108 2842561.317 9 29120000 2920000 26200000 0.082 2153455.543

10 29120000 2920000 26200000 0.062 1631405.715 VAN 379419.1252

Table 4: Calcul de la VAN aux taux d’actualisation de 32%.

45



Calcul de la VAN aux taux d`actualisation de 33%


ANS COUT INVESTI(FCFA)

RECETTES (FCFA)

DEPENSES (FCFA)

CASH-FLOWS

ACTUALISATION 33%


0 38290000 -38290000 1.000 -38290000 1 2420000 -2420000 0.752 -1819548.872 2 2420000 -2420000 0.565 -1368081.859 3 29120000 2920000 26200000 0.425 11136439.66 4 29120000 2920000 26200000 0.320 8373262.905 5 29120000 2920000 26200000 0.240 6295686.395 6 29120000 2920000 26200000 0.181 4733598.793 7 29120000 2920000 26200000 0.136 3559096.837 8 29120000 2920000 26200000 0.102 2676012.659 9 29120000 2920000 26200000 0.077 2012039.593

10 29120000 2920000 26200000 0.058 1512811.724 VAN -1178682.162

Table 5: Calcul de la VAN au taux d’actualisation de 33%.

Interpolation pour la détermination du TRI

Taux VAN 32% 379419.1252 33% (1178682.162) 1% (1558101.287)

Table 6: Caractéristiques du projet.

∆taux= 33%-32%=1% ce qui donne ∆VAN=1558101.287.

Pour ∆VAN=379419.1252 ∆taux= ?

�X�VAS�A.��U�

�UUT�Y�.�T= 0.2435

Donc TRI= 32%+0.2435= 32.2435%.

TRI= 32.2435%

Signification et utilisation du TRI

Le TRI établit pour un projet (un investissement donné) une distinction entre 2 catégories de

taux :

les taux d’actualisation inférieurs au TRI pour lesquels la VAN du projet est positive,

les taux d’actualisation supérieurs au TRI pour lesquels la VAN est négative

46



Figure 29: Signification et utilisation du TRI.

Nos calculs précédents donnent une VAN positive et un TRI supérieur au taux d’actualisation.

Ce projet économiquement enrichi son investisseur.

V. RECOMMANDATIONS - PERSPECTIVES

Cette étude nous a permis d’analyser et de dimensionner les éléments constitutifs d’un

système de pompage solaire PV d’un champ de neuf hectare pour une irrigation goutte à

goutte à Seheba au Tchad. L’étude a conduit :

A recenser les équipements et les travaux déjà existant sur le site,

A calculer les besoins en eau du site,

A choisir une pompe solaire et à dimensionner le générateur photovoltaïque,

Et enfin à faire l’analyse économique du projet.

L’étude montre que sur le plan technique, la production agricole par un système de

pompage solaire pour une irrigation goutte à goutte est possible au Tchad. La rentabilité

financière de ce projet au taux de 10% enrichit son investisseur, il sera nécessaire de mettre en

47



place des mesures d’accompagnement afin d’inciter de potentiels porteurs de projets à s’y

investir.

Un projet de cette nature présente donc un intérêt économique pour l’Etat tchadien,

dans la mesure où non seulement il peut permettre de satisfaire les besoins en électricité car

les panneaux peuvent aussi être dimensionné pour l’éclairage, mais aussi permet de faire

accroître le taux d’accès à l’eau potable notamment en milieu rural et d’augmenter de façon

substantielle la production agricole nationale grâce au développement de petites superficies

agricoles irriguées. Il est donc opportun pour l’Etat tchadien de mettre en place les conditions

nécessaires pour favoriser la rentabilité de ces projets et de susciter par conséquent l’intérêt du

secteur privé à s’investir dans des projets de production agricole avec pompage solaire pour

une irrigation goutte à goutte.

Pour le détenteur de ce projet, les recommandations suivantes sont à respecter :

Contrôler et entretenir régulièrement le système pour éviter le problème de colmatage.

Maintenir l’eau d’irrigation propre en réalisant une bonne filtration.

Superviser le système PV et la conduite du goutte à goutte par un technicien

expérimenté.

Apporter des quantités d’eau et de fertilisants qui répondent aux besoins de la plante en vue

d’obtenir une augmentation de la production et de sa qualité.

Le repérage et l’élimination des goutteurs obstrués sont lents et onéreux, c’est pourquoi il

convient d’éliminer les causes d’obstructions par une filtration soignée, un traitement

chimique préventif et un contrôle et un nettoyage régulier des filtres et du réseau.

Pour l’état tchadien et les investisseurs privés, les recommandations suivantes sont à

respecter :

La promotion sur le plan national d’un tel projet pourrait permettre d’augmenter de manière

conséquente la production agricole nationale en vue d’atteindre l’autosuffisance alimentaire.

La subvention des prix de tous les équipements solaires en vue de les rendre disponible et

accessible à to

48



VI. BIBLIOGRAPHIE

[1] Note de cours Solaire Photovoltaïque : 2010 Zacharie KOALAGA.

[2] Bulletins Climatologiques Tchadien.

[3] Fondation Energie pour le monde et peuples solidaires, «ENERGIE SOLAIRE

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[12] Hassan ELATTIR, Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II, -«LA CONDUITE ET LE

PILOTAGE DE LʼIRRIGATION GOUTTE A GOUTTE EN MARAICHAGE». Mensuel MADRPM/DERD

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[13] CIP-CSP, « LE POMPAGE AU FIL DU SOLEIL : Constitution dʼun système de pompage

photovoltaïque»

49



[14] A. Ibrahima, A. Schmitt, A. Guillerminet, EIER Ouaga, A Mermoud, EPFL –Lausanne, « BILANS

HYDRIQUES SUR SOLS LATERITIQUES DU PLATEAU MOSSI : Etude comparée dʼun sol sous

culture non labouré et labouré à billons cloisonnés» Ed. AUPELF-UREF-John Libbey Eurotext,

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[15] Ludovic Oudin, «RECHERCHE D’UN MODELE DʼEVAPOTRANSPIRATION POTENTIEL COMME

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www.lorentz.de

etude pour la mise en place du systeme de pompage solaire

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