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Issat Gabès
REPUBLIQUE TUNISIENNE
Ministère de l’Enseignement Supérieur,
de la Recherche Scientifique
Université de Gabès
RAPPORT DE STAGE DE FIN D’ETUDES
MASTERE PROFESSIONNEL EN ELECTROMECANIQUE
Préparé par :
BEN BELGACEM Roukaya
BENHADEF Nour
Etude et dimensionnement d’une installation
photovoltaïque en site isolé
Encadré par :
Mr. BEN SALAH Mohieddine
Mr. BOUSNINA Mohamed
Soutenu le : 23/06/2023, devant le jury :
Mr. BEN SLAMA Romdhane Président
Mr. FARHAT Yassine Rapporteur
Mr. BEN SALAH Mohieddine Encadreur
Mr. BOUSNINA Mohamed Encadreur
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Gabès
Mastère Professionnel
En Electromécanique
Code : 14/23
Issat Gabès
Remerciement
Au terme de ce travail, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à notre cher professeur et
encadrant Mr. Ben Salah Mohieddine pour son suivi et pour son énorme soutien, qu’il n’a
cessé de nous prodiguer tout au long de la période du projet.
Je tiens à remercier également mon encadrant Mr. Bousnina Mohamed pour le temps qu’il a
consacré et pour les précieuses informations qu’il m’a prodiguées avec intérêt et
compréhension.
J’adresse aussi mes vifs remerciements aux membres des jurys pour avoir bien voulu
examiner et juger ce travail. Mes remerciements vont à tout le personnel que j’ai contacté
durant mon stage au sein de la Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz (STEG), auprès
desquelles j’ai trouvé l’accueil chaleureux, l’aide et l’assistance dont j’ai besoin.
Je ne laisserai pas cette occasion passer, sans remercier tous les enseignants et le personnel
de l’Institut Supérieur des Sciences Appliquées et particulièrement ceux de la section
électromécanique pour leur aide et leurs précieux conseils.
A tous ce qui furent à un moment ou à un autre et à tout instant partie prenante de ce travail.
Nos plus chaleureux remerciements à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la
réalisation de ce mémoire
Issat Gabès
Dédicaces
A mon très cher père Amer
Tu as toujours été à mes côtés pour me soutenir et m’encourager.
Que ce travail traduit ma gratitude et mon affection.
A ma très chère mère Hania
Quoi que je fasse ou que je dise, je ne saurai point te remercier
Comme il se doit. Ton affection me couvre, ta bienveillance me
Guide et ta présence à mes côtés a toujours été ma source de force
Pour affronter les différents obstacles.
À me sœur Khawla, Najeh, Houda, Soumaia,et mon frère Abdelwaheb
Je leur offre ce travail en témoignage de ma gratitude pour son Encouragement,
Ses prières et son amour.
A mon fiancé Wajdi Qui m’a aidé et supporté dans les moments Difficiles
Mes amis intimes,
Qui m’ont toujours encouragé, et à qui je souhaite plus de succès.
A ma chère amie Feriel
Pour m’aider et me supporter dans le moment difficile
A mon cher binôme Nour
Pour son entente et sa sympathie.
A toute ma famille
A tous ceux que j’aime.
Merci
Roukaya.
Issat Gabès
Dédicaces :
A mes chers parents, pour tous leurs sacrifices, leur amour, leur tendresse, leur soutien et
leurs prières tout au long de mes études.
Ma mère « Fatma » qui a été à mes côtés et ma soutenu durant toute ma vie, et mon
père « Bachir » qui a
sacrifié toute sa vie afin de me voir devenir ce que je suis, merci
beaucoup mes parents. Au lien fidèle que je trouve sans avoir à appeler.
A ma chère sœur « Abir »pour leurs encouragements permanents, et leur soutien moral.
A mes chers frères, « Wael et Mohamed » pour leur appui et leur encouragement.
Au lien fidèle que je trouve sans avoir à appeler.
A mon cher binôme Roukia
Pour son entente et sa sympathie.
A toute ma famille pour leur soutien tout au long de mon parcours universitaire.
Que ce travail soit l’accomplissement de vos vœux tant allégués, et le fuit de votre soutien
infaillible.
Merci d’être toujours là pour moi.
Nour.
Issat Gabès
Sommaire
INTRODUCTION GENERALE : ............................................................................................................................................... 1
............................................................................................................................................................................................. 2
Chapitre 1:Présentation de la société STEG............................................................................................................................ 2
1. Introduction :............................................................................................................................................................... 3
2. L’historique de gaz naturel :........................................................................................................................................ 4
2.1. L’historique de gaz naturel en Tunisie :.................................................................................................................. 5
2.2. Réseau national du gaz naturel :.............................................................................................................................. 6
3. Base de transport gaz sud :.......................................................................................................................................... 7
3.1. Division transport gaz Gabes : ................................................................................................................................ 8
3.2. Service transport Gaz Gabès : ................................................................................................................................. 9
3.3. L’organigramme :.................................................................................................................................................. 10
........................................................................................................................................................................................... 10
4. Conclusion :............................................................................................................................................................... 10
Chapitre 2 : Protection cathodique....................................................................................................................................... 11
........................................................................................................................................................................................... 11
1. Introduction :............................................................................................................................................................. 12
2. La corrosion :............................................................................................................................................................. 12
2.1. Généralité :............................................................................................................................................................ 12
2.2. Classement de la corrosion : ................................................................................................................................ 12
2.3. Principe de la corrosion électrochimique :........................................................................................................... 12
2.4. Les facteurs de la corrosion :................................................................................................................................. 13
3. Protection cathodique :............................................................................................................................................. 13
3.1. Protection passive :............................................................................................................................................... 13
3.1.1. Procédés de protection passive : ...................................................................................................................... 13
3.1.2. Les différents types de revêtements :............................................................................................................... 14
3.2. Protection active (protection cathodique) :.......................................................................................................... 14
3.2.1. Principe de la protection cathodique :.............................................................................................................. 14
3.2.2. Facteurs affectant la protection cathodique :................................................................................................... 15
3.2.3. Type de protection cathodique :....................................................................................................................... 16
3.2.3.1. Protection par anodes sacrificielles : ............................................................................................................ 16
3.2.3.1.1. Principe de fonctionnement :........................................................................................................................ 16
Issat Gabès
3.2.3.1.2. Choix des anodes sacrificielles : .................................................................................................................... 16
3.2.3.2. Protection par courant imposé : ................................................................................................................... 18
3.2.3.2.1. Principe de fonctionnement :........................................................................................................................ 18
3.2.3.2.2. Domaines de potentiels de protection préconisés : ..................................................................................... 19
3.2.3.2.3. Domaines d’application :............................................................................................................................... 19
3.2.4. Les différences entre les types des systèmes protection cathodique : ............................................................ 20
4. Conclusion :............................................................................................................................................................... 20
Chapitre 3: les installations photovoltaïques et ses composants ........................................................................................... 21
1. Introduction :............................................................................................................................................................. 22
2. Le gisement solaire :.................................................................................................................................................. 22
2.1. L’éclairement (rayonnement) : ............................................................................................................................. 22
2.2. Irradiation :............................................................................................................................................................ 23
2.3. Latitude : ............................................................................................................................................................... 23
2.4. Longitude :............................................................................................................................................................. 23
2.5. L’azimut horaire : .................................................................................................................................................. 24
2.6. Temps solaire vrai (TSV) :...................................................................................................................................... 24
2.7. L’angle horaire :..................................................................................................................................................... 24
3. l’énergie solaire photovoltaïque : ............................................................................................................................. 24
3.1. Cellule photovoltaïque :........................................................................................................................................ 25
3.2. Structure de cellule photovoltaïque :.................................................................................................................... 25
3.3. Les différents types de cellules photovoltaïques :................................................................................................ 25
3.3.1. Les cellules à base de silicium monocristallin : ................................................................................................. 25
3.3.2. Les cellules à base de silicium poly cristallin :................................................................................................... 26
3.3.3. Les cellules à base de silicium amorphe :.......................................................................................................... 27
3.3.4. Cellule photovoltaïque organique et plastiques : ............................................................................................. 27
3.3.5. Technologie couche mince :.............................................................................................................................. 28
3.3.6. Les cellules multi-jonctions à haut rendement :............................................................................................... 28
3.3.7. Cellules flexibles :.............................................................................................................................................. 29
3.4. Principe de fonctionnement de cellule photovoltaïque : ..................................................................................... 30
3.5. Générateur photovoltaïque : ................................................................................................................................ 30
3.5.1. Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque :................................................ 30
3.5.2. Type de raccordement des panneaux solaires :................................................................................................ 31
4. Les composants de système photovoltaïque :.......................................................................................................... 32
4.1. Le panneau photovoltaïque : ................................................................................................................................ 32
Issat Gabès
4.2. La batterie : ........................................................................................................................................................... 33
4.2.1. Rôle d’une batterie :.......................................................................................................................................... 33
4.2.2. Les caractéristiques des batteries :................................................................................................................... 33
4.2.3. Types de batterie :............................................................................................................................................. 34
4.2.4. Regroupement des batteries :........................................................................................................................... 34
4.3. Onduleur :.............................................................................................................................................................. 35
4.3.1. La caractéristique d’un onduleur : .................................................................................................................... 35
4.3.2. Diffèrent types topologies :............................................................................................................................... 35
4.4. Régulateur :........................................................................................................................................................... 36
4.4.1. Principe de fonctionnement d’un régulateur :.................................................................................................. 36
4.4.2. Les caractéristiques du régulateur :.................................................................................................................. 37
4.4.3. Type de régulateurs :......................................................................................................................................... 37
5. Différentes configuration d’une installation photovoltaïque : ................................................................................. 37
5.1. le système solaire photovoltaïque en site raccordé : ........................................................................................... 37
5.1.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site raccordé :........................................ 38
5.2. Le système solaire photovoltaïque en site isolé : ................................................................................................. 39
5.2.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site isolé :............................................... 39
5.2.2. Types de Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé :................................................................................. 39
6. Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque : ...................................................................................... 40
7. Conclusion :............................................................................................................................................................... 40
Chapitre 4 : Etude et dimensionnement de nouveau poste..................................................................................................... 41
1. Introduction :............................................................................................................................................................. 42
2. Dimensionnement d’ancien système photovoltaïque :............................................................................................ 42
2.1. Calcul de la puissance crête des panneaux PV :.................................................................................................... 42
2.2. Dimensionnement et calcul du nombre de batterie :........................................................................................... 44
2.3. Dimensionnement du régulateur et de l’onduleur :............................................................................................. 44
2.3.1. Onduleur :.......................................................................................................................................................... 44
2.3.2. Régulateur :....................................................................................................................................................... 44
3. Problématique :......................................................................................................................................................... 45
4. Le dimensionnement du nouveau système photovoltaïque :................................................................................... 45
4.1. Détermination d’irradiation du site pour le dimensionnement : ......................................................................... 45
4.1.1. Période de l’ensoleillement............................................................................................................................... 45
4.1.2. Orientation et angle d’inclinaison des modules PV : ........................................................................................ 46
4.1.2.1. Orientation des modules PV: ........................................................................................................................ 46
Issat Gabès
4.1.2.2. Angle d’inclinaison des modules PV.............................................................................................................. 47
4.1.3. Irradiation moyenne dans l’année (logiciel PVsyst7.3):.................................................................................... 47
4.2. Dimensionnement d’installation photovoltaïque :............................................................................................... 48
4.2.1. Détermination de la puissance crête des panneaux :....................................................................................... 48
4.2.2. Dimensionnement et calcul du nombre de batterie :....................................................................................... 50
4.2.2.1. Calcul de la capacité de batterie : ................................................................................................................. 50
4.2.2.2. Nombre de batteries :................................................................................................................................... 51
4.2.2.3. Energie stockée totale :................................................................................................................................. 51
4.2.3. Dimensionnement de l’onduleur : .................................................................................................................... 52
4.2.3.1. La tension CC................................................................................................................................................. 52
4.2.3.2. Puissance nominale :..................................................................................................................................... 52
4.2.4. Dimensionnement du régulateur :.................................................................................................................... 52
4.2.5. Calcul de la section des câbles : ........................................................................................................................ 53
4.2.5.1. Section calculée :........................................................................................................................................... 53
4.2.5.2. Chute de tension ε calculée : ........................................................................................................................ 56
4.2.6. Dimensionnement et choix des disjoncteurs de protection :........................................................................... 57
4.2.6.1. Protection DC : .............................................................................................................................................. 58
4.2.6.2. Protection AC :............................................................................................................................................... 59
5. Simulation PVSYST :................................................................................................................................................... 59
5.1. Présentation du logiciel de simulation PVSYST :................................................................................................... 59
5.2. Procédure pour les systèmes autonomes :........................................................................................................... 60
6. Conclusion :............................................................................................................................................................... 70
CONCLUSION GENERALE :................................................................................................................................................. 71
Issat Gabès
Liste de figures :
Figure 1:repartition du réseau de gaz sur tout le territoire tunisien.............................................................7
Figure 2:Organigramme de base transport gaz de gabes.............................................................................10
Figure 3:principe de protection cathodique (anode sacrificielle et courant imposé).................................15
Figure 4:Protection cathodique par anode sacrificielle................................................................................16
Figure 5:Protection cathodique par courant imposée. .................................................................................19
Figure 6:Différents rayonnements solaires....................................................................................................22
Figure 7:Schéma explicatif de la latitude.......................................................................................................23
Figure 8:Schéma explicatif de la longitude....................................................................................................24
Figure 9:Structure d’une cellule photovoltaïque...........................................................................................25
Figure 10:Cellule Silicium monocristallin. ....................................................................................................26
Figure 11:Cellule Silicium poly cristallin.......................................................................................................27
Figure 12:Cellule Silicium amorphe...............................................................................................................27
Figure 13:Cellule photovoltaïque organique. ................................................................................................28
Figure 14:Cellule photovoltaïque en couche mince.......................................................................................28
Figure 15:Les cellules multi-jonctions............................................................................................................29
Figure 16:Principe de la cellule à multi-jonction. .........................................................................................29
Figure 17:Cellules flexibles..............................................................................................................................30
Figure 18:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de la cellule..................................................30
Figure 19:Panneaux en parallèle. ...................................................................................................................31
Figure 20:Panneaux en série. ..........................................................................................................................32
Figure 21:Panneaux en mixte..........................................................................................................................32
Figure 22: Raccordement des batteries solaire (série, parallèle ou mixte). ................................................35
Figure 23: classification des onduleurs PV connectés au réseau .................................................................36
Figure 24:Structure de système solaire photovoltaïque en site raccordé....................................................38
Figure 25:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site
raccordé.............................................................................................................................................................38
Figure 26: Système PV autonome sans batteries...........................................................................................39
Figure 27:Système PV autonome avec batteries............................................................................................40
Figure 28 : Regroupement de panneaux en ancien poste .............................................................................43
Figure 29 : Regroupement de batteries en ancien poste...............................................................................44
Figure 30:l’ensoleillement................................................................................................................................46
Figure 31:Définition de l'orientation d'un panneau photovoltaïque...........................................................46
Figure 32: définir un système..........................................................................................................................60
Figure 33:l'optimisation de l'orientation........................................................................................................61
Figure 34:Estimation de consommation.........................................................................................................61
Figure 35: caractéristique techniques de la batterie utilisée dans le système.............................................62
Figure 36: Configuration d’un système..........................................................................................................63
Figure 37: Paramètres de simulation de l’installation PV (technologie silicium monocristallin).............64
Figure 38: Énergie utile produite par le PV. .................................................................................................65
Figure 39: Diagramme des pertes...................................................................................................................67
Figure 40: Energie incidente de référence dans le plan capteurs. ...............................................................68
Figure 41: Température du champ par rapport l’irradiation effective......................................................68
Figure 42: Energie journalière à la sortie du champ....................................................................................69
Figure 43: Diagramme d’entrée/sortie journalier.........................................................................................69
Figure 44: Trajectoire de soleil .......................................................................................................................70
Issat Gabès
Liste de tableaux :
Tableau 1: principales caractéristique des anodes les plus utilisées[3].......................................................17
Tableau 2:Domaines de potentiels de protection préconisés [3]. .................................................................19
Tableau 3:comparaison entre les deux systèmes protection [5]...................................................................20
Tableau 4:Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque.............................30
Tableau 5: Rendement des panneaux solaires en fonction des différentes inclinaisons et orientations. .47
Tableau 6: Irradiation globale (KWh/m2/jour).............................................................................................47
Tableau 7:Caractéristique de l’onduleur.......................................................................................................52
Tableau 8:Critère de dimensionnement et choix d’un régulateur...............................................................53
Issat Gabès
Roukaya & Nour 1
INTRODUCTION GENERALE :
Le monde de l’industrie souffre de la corrosion. Les statistiques révèlent que la corrosion détruit un
quart de la production annuelle d'acier, soit 5 tonnes par seconde. Ce redoutable phénomène trouve
sa favorable proie dans la majorité des canalisations industriels notamment dans celles de transport de
pétrole, de gaz, et des produits pétroliers sont de grande importance pour l'économie des pays
producteurs des hydrocarbures.
A cet effet, et pour lutter contre la corrosion, deux méthodes sont utilisées, à savoir une protection
passive par revêtement et une protection active dite la protection cathodique. Cette dernière consiste à
maintenir le potentiel des conduites à une valeur d’immunité, de manière à éliminer le transfert de
matière qui est la corrosion.
Et dans ce contexte Nous allons donner une solution pour alimenter le redresseur qui assure la
protection cathodique pour lutter contre la corrosion dans les pipelines de transfert de gaz qui se trouve
dans la station Ain Sbaat dans le désert de DOUZ. Notre mémoire sous-titre :
« Etude d’un installation photovoltaïque en site isolé».
Pour ce faire, notre manuscrit se décompose de la manière suivante :
Tout d’abord nous commençons par un premier chapitre, une présentation générale de l’entreprise
ou nous avons effectué notre stage.
Le deuxième chapitre, nous détaillerons la protection cathodique par courant imposé vu que c’est ce
qui rentre dans le cadre de ce travail.
Le troisième chapitre nous décrivons les notions essentielles sur le gisement solaire à savoir les
coordonnées terrestre et horaires, les mesures du rayonnement solaire, l’énergie solaire
photovoltaïque, leur principes, leur caractéristiques et les diffèrent types.
Le quatrième chapitre nous présentons le dimensionnement des solutions technologiques pour les
déférentes parties de notre étude.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 2
Chapitre 1:Présentation de
la société STEG
Issat Gabès
Roukaya & Nour 3
1. Introduction :
La Société tunisienne de l'électricité et du gaz (STEG) est une société tunisienne de droit public à
caractère non administratif. Créée en 1962, elle a pour mission la production et la distribution de
l'électricité et du gaz naturel sur le territoire tunisien.
La structure de la STEG est composée de trois parties à savoir : les organes dirigeants, les services
centraux des directions techniques opérationnelles et les unités fonctionnelles de soutien technique.
Les directions techniques opérationnelles
Elles ont la charge des unités de base de la STEG ; elles constituent des centres de décision,
d’orientation et de gestion, chacune dans son domaine. On y trouve :
La direction de la production et du transport d’électricité
La direction de la distribution
La direction de la production et du transport gaz
Les unités fonctionnelles de soutien technique
Elles se composent de dix directions ou logistique à savoir la DEP (étude et planification), la
DEQ (équipement), la DCG (contrôle de gestion), la DFI (finance, comptabilité), la DAU (les audits),
la DOSI (organisation et système d’information), la DRHAJ (ressources humaines et juridique), la D.I
(informatique), la DC (direction commerciale) et la DAG (affaires générales : achats communs, stock,
bâtiments, assurance, téléphonie et radio).
La direction de la production et du transport gaz dont on fait partie, est chargée d’élaborer les
prévisions des disponibilités et de la demande du gaz, de planifier le développement des ouvrages de
traitement et de transport gaz, d’élaborer les études des ouvrages de traitement du gaz, de production
des dérivés et du transport du gaz et en assurer la réalisation, de participer à la conclusion des contrats
d’achat du gaz pour le compte de la STEG, de gérer les contrats d’achats du gaz et d’assurer la
maintenance et la conduite des ouvrages de traitement et de transport gaz, avec pour objectif d’assurer
la continuité de la fourniture du gaz aux clients internes et externes.
Afin de remplir ces charges, cette direction est composée de deux sous directions : la direction
équipement gaz et la direction exploitation gaz et de deux départements : le département maîtrise de la
qualité et de la technologie et le département logistique gaz.
La direction équipement gaz est chargée de superviser et de coordonner les études détaillées et la
réalisation des projets de traitement, de compression, et de transport du gaz et de production
d’effluents dérivés du gaz.
Cette direction renferme trois départements et qui sont le département étude équipement gaz, le
département génie civil et le département réalisation des projets.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 4
La direction exploitation gaz est chargé de superviser l’élaboration des prévisions de consommation et
d’approvisionnement gaz à court et moyen termes, de gérer les contrats d’achats du gaz, d’optimiser
le fonctionnement du réseau transport et des ouvrages de production et de traitement gaz et d’assurer
la maintenance des ouvrages gaz de production, de traitement et de transport gaz.
Cette direction est composée de trois départements : le département production et traitement gaz, le
département mouvement gaz, le département transport gaz
Le département production et traitement gaz assure l’entretien, la maintenance et l’exploitation des
unités de production et de traitement du gaz et qui sont la station de compression et de traitement El-
Borma et l’usine GPL de Gabès.
Le département mouvement gaz s’occupe de l’élaboration des prévisions à court et moyen termes de
consommation et d’approvisionnement en gaz, de la gérance des contrats d’achats du gaz, de
l’optimisation du fonctionnement du réseau de transport à travers le centre de commande et de la
programmation et l’autorisation de toute intervention et consignation sur le réseau.
Le département transport gaz a pour mission de réceptionner les prélèvements gaz à partir des sources
d’approvisionnement et d’en assurer le transport jusqu’à l’entrée des réseaux de distribution et des
unités de production d’électricité.
2. L’historique de gaz naturel :
Le gaz naturel a été découvert au Moyen-Orient au cours de l'antiquité. Il y a de cela quelques milliers
d'années, l'apparition soudaine de gaz naturel s'enflammant brutalement était assimilée à des sources
ardentes. En Perse, en Grèce ou en Inde, les Hommes ont érigé des temples autour de ces feux pour
leurs pratiques religieuses. Cependant ils n'évaluèrent pas immédiatement l'importance de cette
découverte. C'est la Chine qui comprit l'importance de ce produit autour de 900 avant Jésus-Christ et
fora le premier puit aux alentours de 211 avant Jésus Christ.
En Europe, il fallut attendre jusqu'en 1659 pour que la Grande-Bretagne découvre le gaz naturel et le
commercialise à partir de 1790. En 1821, à Fredonia (Etats-Unis), les habitants ont découvert le gaz
naturel dans une crique par l'observation de bulles de gaz qui remontaient à la surface. William Hart
est considéré comme le "père du gaz naturel". C'est lui qui creusa le premier puit nord-américain.
Au cours du XIXème siècle, le gaz naturel a presque exclusivement été utilisé comme source de
lumière. Sa consommation demeurait très localisée en raison du manque d'infrastructures de transport
qui rendait difficile l'acheminement de grandes quantités de gaz naturel sur de longues distances. En
1890, un changement important intervint avec l'invention des joints à l'épreuve des fuites. Cependant,
les techniques existantes ne permettaient pas de transporter le gaz naturel sur plus de 160 kilomètres
et ce produit a été gaspillé pendant des années car brûlé sur place. Le transport du gaz naturel sur de
Issat Gabès
Roukaya & Nour 5
longues distances s'est généralisé au cours des années 1920, grâce aux progrès technologiques apportés
aux gazoducs. Après la seconde guerre mondiale, la consommation de gaz naturel s'est développée
rapidement en raison de l'essor des réseaux de canalisation et des systèmes de stockage.
L'industrie du gaz naturel a été fortement régulée pendant de nombreuses années car elle était
considérée comme un monopole d'Etat. Au cours des 30 dernières années, un mouvement vers une
plus grande libéralisation des marchés du gaz naturel et une forte dérèglementation des prix de ce
produit ont débuté. Cette tendance eut pour conséquence d'ouvrir le marché à une plus grande
concurrence et de rendre l'industrie du gaz naturel plus dynamique et plus innovante. En outre, grâce à
de nombreux progrès technologiques, la découverte, l'extraction et le transport du gaz naturel vers les
consommateurs peuvent se faire de manière plus aisée. Ces innovations ont également permis
d'améliorer les applications existantes et d'en imaginer de nouvelles. Le gaz naturel est de plus en plus
utilisé pour la production d'électricité.
2.1. L’historique de gaz naturel en Tunisie :
❖ NAISSANCE DE L’ACTIVITE DE TRANSPORT GAZ :
1956 : Naissance de l’activité de transport du gaz naturel en Tunisie avec l’alimentation de la ville de
TUNIS par le gaz de Djebel Abderrahmane au Cap Bon.
Gazoduc : 60 km, Ø4’’
❖ GAZ EL BORMA :
1972 : Alimentation de la zone industrielle et des centrales de production électrique de GABES par le gaz
associé d’EL BORMA.
Gazoduc : 300 km, Ø10’’
❖ GAZ ALGERIEN :
1983 et 1994 : Réalisation de deux gazoducs intercontinentaux de diamètre Ø48’’ reliant l’Algérie et
l’Europe via un parcours de 370 km dans le territoire Tunisien.
1984 : Alimentation en gaz Algérien des centrales électriques, industriels et résidentiels des régions de :
KASSERINE: 120 km, Ø8’’
GRAND TUNIS: 55 km, Ø20’’
SAHEL:70 km, Ø20’’
NABEUL:10 km, Ø10’’
❖ PRODUCTION GPL :
1987 : Construction d’un Oléoduc (300 km, Ø6’’) pour le transport du condensat récupéré du gisement EL
BORMA et Mise en service de l’USINE GPL-1 de Gabès.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 6
2007 : Mise en service de l’USINE GPL- 2 de Gabès.
❖ GAZ DU GOLFE DE GABES :
1994 : Réalisation de l’interconnexion M’Saken-Gabès pour transporter le gaz algérien vers le Sud et
récupérer les gaz offshores au Golfe de Gabès. Alimentation des industriels de la ville SFAX.
Gazoducs :
M’SAKEN-SFAX: 105 km, Ø24’’
SFAX-GABES : 135 km, Ø20’’
1996 : Récupération du plus grand gisement de gaz MISKAR. Gazoduc : 16 km, Ø20’’ 2008 :
Récupération du gaz CHARGUI. 2009 : Récupération du gaz HASDRUBAL
❖ GAZ DES GISEMENTS MARGINAU :
1998 : Récupération du gaz associé de la région du Chott Djérid.
2000 : Récupération du gaz associé de la région du Sud-Est.
2010 : Récupération du gaz associé du Golfe de Hammamet.
❖ PROJETS DE RENFORCEMENT RESEAU :
1999 : Secours du Grand Tunis. Gazoduc : 45 km, Ø24"
2003 : Installation d’une station de compression à Gabès (3 X 25 000 Nm3/h).
2014 : Installation d’une station de compression à M’saken (3 X 100 000 Nm3/h).
En cours : Installation de deux stations de compression à :
Zriba: 3 X 200 000 Nm3/h.
AînTurkia: 3 X 200 000 Nm3/h.
❖ PROJETS DE DEVELOPPEMENT RESEAU :
2011 : Alimentation de la ville de KAIROUAN Gazoduc : 30 km, Ø8’’ En cours : Alimentation de :
-la zone touristique de DJERBA et ZARZIS et de la ville de MEDENINE Gazoduc : 150 km, Ø12"
-bassin minier de GAFSA Gazoduc : 100 km, Ø20"
2.2. Réseau national du gaz naturel :
Le réseau national principal de transport gaz se compose de 1700 Km de conduite en acier de différents
diamètres. Il est constitué essentiellement de :
• Canalisations enterrées de tubes en aciers.
• Postes de lignes (postes de sectionnement et poste de coupures) constitués des tuyauteries
aériennes, de vannes.
• Poste de détente (poste de pré-détente et poste de livraison) constitués de tuyauteries aériennes, de
robinet, de détendeurs, de filtres, d’organes de sécurité et de comptage.
• Des stations de compression.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 7
La figure ci-dessous montre la répartition du réseau de gaz et de condensat sur tout le territoire
tunisien avec les différents diamètres en pouces.
Figure 1: répartition du réseau de gaz sur tout le territoire tunisien
3. Base de transport gaz sud :
Pour assurer le mouvement du gaz et la protection du réseau, sept bases sont installées sur le territoire
Tunisien à savoir :
❖ Base de Transport Tunis 1.
❖ Base de Transport Tunis 2.
❖ Base de Transport Béja.
❖ Base de Transport Sousse.
❖ Base de Transport Sfax.
❖ Base de Transport Kasserine.
❖ Base de Transport Gabès.
La base de transport gaz Gabes dont ont fait partie est constituée de six divisions et de trois services :
❖ Division station de compression.
❖ Division transport gaz Gabes.
❖ Division transport gaz Djerba.
❖ Division transport gaz Tataouine.
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Roukaya & Nour 8
❖ Division travaux gaz.
❖ Division prélèvement et comptage.
❖ Service sécurité et gardiennage.
❖ Service affaire générale.
❖ Service ressources humaines.
3.1.Division transport gaz Gabes :
Le service de transport de gaz de Gabès commence de poste de prélèvement d’El Borma jusqu’àu
terminal arrivée de Gabès. Le gaz étant injecté dans un gazoduc de 10 vers Kammour (à 112 Km d’El
Borma). La station de compression de Kammour comprime le gaz de nouveau et l’envoie vers la
station de Gabes. Au niveau d’Om Chiah, à 65 Km de Gabès, le gaz se mélange avec le gaz associé
récupéré à partir des gisements de baguel, franig et Tarfa.
En raison de sécurité et d’application des normes, quatrespostes de sectionnement ont été insérées au
réseau qui est sous charge de service de gabès à savoir : PS Jebbès, PS KassarGhilan, PS Om Chiah et
PS El Hamma. Cinq autres postes de sectionnement mais qui sont insérés au gazoduc nord de 20: PS
Ghannouch, PS Laouinet, PS lamarat, PS Bou Said et PS FondocChibani.
Le service de transport a pour rôle d’assurer l’alimentation des :
▪ Clients STEG: TG Bouchemma (TG1, TG2, TG3, TG4, TG5), TG Ghannouch, Centale cycle
combine Ghannouch, GPL.
▪ Client industriels : Cimenterie, Amonitrate, ICM (1,2,3), ICF, Alkimia, Timab,Sudbitûmes,
poste de détente livraison El Hamma pour l’alimentation de briqueterie.
En outre Le service transport gaz de Gabes veuille à la disponibilité continue du réseau de transport de
condensa d’El Borma vers l’unité GPL (gaz pétrole liquéfié) pour le traitement. Cet Oléoduc de 6’’ et
de longueur 300 Km étant parallèle du gazoduc de 10’’ provenant aussi d’El Borma en direction vers
terminal arrivée Gabès.
Le service transport gaz de Gabès a pour mission de soutirer les prélèvements de gaz provenant de :
▪ La station de traitement et de compression gaz El BORMA (gaz sud) : gaz SITEP,
SONATRACH, AGIP
▪ La station de traitement OUM-CHIAH : gaz BAGUEL, FRANIG et TARFA
▪ L’usine GPL (gaz pétrole liquéfié) : gaz retour traité
▪ La station de traitement BRITISH-GAZ (gaz nord) : gaz MISKAR
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Roukaya & Nour 9
Un débit de l’ordre de 43000 Nm 3 /h du gaz sud est transporté à une pression de 35 bar jusqu'à
l’entrée de l’usine GPL c’est le gaz de charge. Après traitement par fractionnement à l’usine GPL, le
gaz retourne au terminal arrivé c’est le gaz retour.
Le gaz retour de GPL à une pression de 25 bars alimente ainsi le réseau de distribution de gaz de la
zone industrielle de Gabes et les centrales électriques du milieu.
En cas où la demande en gaz industriel n’est pas satisfaisante, un appoint par le gaz MISKAR est
nécessaire. Une rampe avec deux détendeurs est prévue dans le poste nord dans le premier détendeur
entre en fonctionnement à 24,5 bars et le deuxième détendeur à 24 bars si le premier est en
disfonctionnement. Le clapet anti retour au refoulement du gaz nord assure la direction de mouvement
du gaz vers un seul sens c’est celui du nord vers gaz mélange.
Le TA étant alimenté en gaz par deux postes d’arrivées celle de sud et celle du nord. Elle comporte en
outre :
▪ Poste de détente gaz de charge GPL (gaz sud) de 76 bars à 35 bars.
▪ Poste de détente gaz du nord (Miskar) de 76 bars à 25 bars.
▪ Poste de détente gaz industriel 25 bars à 15 bars.
▪ Poste de comptage gaz de charge GPL
▪ Poste de comptage gaz retour GPL
▪ Poste de comptage gaz du nord (MISKAR)
▪ Poste de comptage gaz by-pass.
Pour assurer sa fonction le service transport gaz sud se divise en deux sections à savoir la section de
maintenance pipe et la section de comptage et entretien postes de livraison gaz.
Parmi les équipements qui font l’objet de suivi et de maintenance de service de transport on cite :
3.2. Service transport Gaz Gabès :
❖ Service administrative :
-Gestion des affaires administratives, sociales, médicales des agents de la BTGS.
❖ Division contrôle technique et prélèvement gaz :
-Il s’occupe principalement du contrôle des quantités et de la qualité du gaz prélevé à partir de point de
livraison de la société PERENCO à Gabès.
-Il assure le comptage de l’énergie consommée par les différents clients reliés au réseau Gaz de la
région de Gabès l’opération de facturation se fait par le service comptabilité du district de Gabès.
❖ Service BDM :
Assure la gestion de la maintenance préventive et curative.
Issat Gabès
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❖ Service sécurité :
-Le responsable de la section sécurité veille à ce que les travaux d’entretien, de maintenance et
d’exploitation réseau se fassent dans les normes de sécurité.
-Assure le contrôle périodique des extincteurs de la BTGS.
-Assure le contrôle règlementaire des moyens de levage affectés à BTGS.
-planifie des stages de formation en sécurité matériel et humaine pour les agents de la BTGS.
3.3. L’organigramme :
Figure 2: Organigramme de base transport gaz de gabes.
4. Conclusion :
Cette étude nous a permis de connaitre l’environnement du travail et de poser la problématique. Pour
résoudre cette dernière, nous avons commencé par l’étude détaillée de protection cathodique, ainsi que
l’étude de l'installation de photovoltaïque. Dans le chapitre suivant, on traite l’analyse détaillée de
corrosion, et la solution de ce problème.
SECRETERIAT
DIVISION
TRANSPORT
GAZ GABES
DIVISION
INTERVENTION
RAPIDE
SERVICE
AFFAIRES
GENERALES
SERVICE
GESTION DE
PERSONNEL
SERVICE
BDM
SERVICE
DISPATCHING
DIVISION
QUALITE ET
PRELEVEMENT
DIVISION
STATION DE
COMPRESSION
SERVICE
SECURITE
CHEF DE BASE
TRANSPORT GAZ
SUD
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Roukaya & Nour 11
Chapitre 2 : Protection
cathodique
Issat Gabès
Roukaya & Nour 12
1. Introduction :
Nombre de structures métalliques sont par nécessité enterrées ou immergées et s’y trouvent abandonnées
pour de nombreuses années. Dans ces environnements, l’élément métallique tend naturellement par des
processus de corrosion à retourner à son état originel de minerai ou de rouille. Pour se prémunir de cette
dégradation "sournoise" et éviter des conséquences brutales (rupture d’ouvrages sous pression…) et
pénalisantes (arrêt d’exploitation, réparations…), des moyens de protection sont couramment utilisés :
• Le revêtement à la surface du métal constitue une barrière protectrice isolante dont l’efficacité est
limitée par toute dégradation due aux imperfections, blessures et vieillissement dans
l’environnement
• La protection cathodique protège en permanence le métal exposé au milieu conducteur. Elle est
utilisée en complément ou non de l’application d’un revêtement.
2. La corrosion :
2.1. Généralité :
La corrosion est une destruction relative lente et progressive qui résulte d’une attaque chimique à basse
température (t<100°C) effectuée par les agents atmosphériques, par l’eau ou sa vapeur ou par les divers
produits chimiques.
La corrosion se traduit généralement par les effets suivants : diminution de poids, altération de la surface et
affaiblissement des propriétés mécaniques [1].
2.2. Classement de la corrosion :
Les phénomènes de corrosion sont généralement classés en deux grandes catégories [1]:
• la corrosion électrochimique (en milieu marin)
• la corrosion chimique (la corrosion sèche oxydante à haute température).
2.3. Principe de la corrosion électrochimique :
C'est le phénomène de corrosion le plus important et elle se manifeste lorsque l'électrolyte est un liquide ou
lorsqu’il existe une hétérogénéité soit dans le métal ou dans le réactif, présentant une dissymétrie
décomposition. L'existence de ces hétérogénéités détermine la formation d'une pile, alors un courant
électrique circule entre anodes et cathodes dans le réactif et les zones qui constituent les anodes sont
attaquées (corrodées) [2].
Pour une corrosion électrochimique on a :
A solide + B liquide AB solide
Issat Gabès
Roukaya & Nour 13
On peut trouver deux types de corrosion électrochimique :
• La corrosion uniforme
• La corrosion localisée.
2.4. Les facteurs de la corrosion :
Les phénomènes de corrosion dépendent de plusieurs facteurs sont :
• Nature du métal ou de l’alliage.
• Présence d’inclusion ou d’autres corps étrangers à la surface du métal.
• Homogénéité de la surface métallique.
• Nature du milieu corrosif.
• Les couches des oxydes.
• Présence de dépôts sur la surface.
• Défauts de surface et possibilité de la présence de corrosion crevasse.
Pour aborder le problématique de corrosion électrochimique, on peut utiliser la protection cathodique peut
être efficace [3].
3. Protection cathodique :
Les moyens de lutte contre la corrosion des ouvrages métalliques enterrés ou immergés peuvent être classés
en deux types qui sont complémentaires : la protection active, protection passive.
3.1. Protection passive :
La protection de la surface extérieure de la conduite métallique par un type de revêtement approprié a pour
but de former une barrière qui l’isole de son milieu environnant. Ce type de revêtement ne fournit pas de
protection absolue et définitive en raison des défectuosités susceptibles de se produire lors de la pose ou au
cours de la vie de l'ouvrage. Afin d’être performant, le revêtement appliqué doit répondre à certaines
spécifications dont, entre autres, l’adhérence, la bonne résistance à l'impact, le bon isolement électrique et
aussi une stabilité durable de sa composition chimique [4].
3.1.1. Procédés de protection passive :
La protection par revêtement extérieurs vise à isoler le plus parfaitement possible, le métal du milieu
ambiant pour prévenir le mécanisme de la corrosion.
Le principe de protection passive repose sur l’imperméabilité élevée du revêtement. Celui-ci doit adhérer
parfaitement à la surface métallique, et être étanche à l’eau et à l’air. En autre, il doit avoir une résistivité et
une rigidité diélectrique suffisantes et conserves toutes ces propriétés dans le temps. Ce système est
Issat Gabès
Roukaya & Nour 14
généralement employé sur les structures enterrées. Il est complété d’une façon systématique par la
protection cathodique pour pallier les risques de corrosion là où le revêtement est dégradé [4].
3.1.2. Les différents types de revêtements :
On distingue trois grandes catégories de revêtements pour les conduites de transport [4]:
• Revêtement à base de produits hydrocarbonés.
• Revêtements thermoplastiques.
• Revêtement à base de produits thermodurcissable.
3.2. Protection active (protection cathodique) :
La protection cathodique consiste à amener par des moyens extérieurs et artificiels l'ensemble de la surface
extérieure du métal à un potentiel suffisamment négatif pour rendre le métal entièrement cathodique et
supprimer ainsi tout risque de corrosion.
3.2.1. Principe de la protection cathodique :
La Protection Cathodique d’un ouvrage métallique en contact avec un électrolyte consiste à placer cet
ouvrage à un potentiel électrique négatif tel que la corrosion devienne thermodynamiquement impossible.
Comme valeur de potentiel, au-dessous duquel l’acier ne peut se corroder dans un milieu ayant un pH
compris entre 4 et 9, on admet le critère de -850mV, mesuré par rapport à l’électrode impolarisable au
sulfate de cuivre en solution saturée. Le principe de la Protection Cathodique trouve son application dans la
pile élémentaire ou l’une des électrodes (anode) est toujours corrodée alors que l’autre ne l’est pas. Deux
méthodes sont utilisées pour rendre un ouvrage cathodique par rapport à une anode extérieure [4]:
 Le soutirage de courant ou dispositif à courant imposé (B).
 L’anode sacrificielle appelée encore anode réactive (A).
Issat Gabès
Roukaya & Nour 15
-A-
-B-
Figure 3: Principe de protection cathodique (anode sacrificielle et courant imposé).
3.2.2. Facteurs affectant la protection cathodique :
Atténuée par L’efficacité d’un système de protection cathodique appliquée sur une conduite donnée peut
être certains facteurs mécaniques, physiques et environnementaux qui se manifestent sous différentes
formes [5]:
Issat Gabès
Roukaya & Nour 16
• Insuffisance de continuité électrique.
• Perte d'adhérence des revêtements sur la conduite à protéger.
• Influence des structures adjacentes.
• Influence des courants vagabonds (courant continu et courant alternatif).
3.2.3. Type de protection cathodique :
3.2.3.1. Protection par anodes sacrificielles :
3.2.3.1.1. Principe de fonctionnement :
La protection cathodique par anodes sacrificielles a pour but de mettre à profit l’effet du couple galvanique
(pile) crée par l'association, dans un même électrolyte de deux métaux différents : le métal à protéger et un
métal moins noble qui constitue l’anode.
Dans ce type de protection, l'anode se consomme par dissolution en portant la surface du métal à protéger
au-delà de son potentiel d'immunité.
Figure 4: Protection cathodique par anode sacrificielle.
Pour que la protection existe, il faut
• Que la pile débite, donc que l'anode soit reliée électriquement au métal
• Que la surface à protéger et l'anode soient plongées toutes dans le même milieu électrolytique
• Que l’installation soit adaptée à la surface à protéger (dimensions, nombre répartition des anodes).
La protection par anodes sacrificielles n'a pas une durée indéfinie. Elle s'arrête avec la disparition du
matériau sacrificiel. L'évaluation de sa durée de vie est estimée par calcul du dimensionnement des anodes
et par retour d'expérience, généralement une quinzaine d'années [2].
3.2.3.1.2. Choix des anodes sacrificielles :
Il existe plusieurs types d’anodes dont les caractéristiques et les applications sont différentes. Le tableau
suivant résume les principales caractéristiques des anodes les plus utilisées.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 17
Tableau 1: principales caractéristique des anodes les plus utilisées[3].
Type anode
Caractéristiques
Anode à base de zinc Anode à base
d’aluminium à l’indium
Anode à base de
magnésium
Potentiel en
charge (V)
-1 à –1,05 en eau
de mer
-1,10 à terre
-1,05 -1,4 à –1,5 (type
standard)
-1,6 à –1,7 (type haut potentiel)
Capacité
pratique (Ah/kg)
780 en eau de mer
740 à terre
2600 1100 (type standard)
1230 (type HP)
Consommation
Pratique (kg/A.an)
11,2 en eau de mer
11,9 en terre
3,4 6,5 à 8
Rendement
Electrochimique (%)
95 en eau de mer
90 à terre
87 55
Domaine d’application -Conduites enterrées
de faible longueur
- Ouvrages immergés
- Capacités
métalliques (intérieur
ou extérieur)
- Réservoirs sous
talus
-Plates-formes offshore
-Conduite offshore
chaude
-Capacité métalliques
(intérieur)
-Conduites enterrées sur de
faibles longueurs
- Conduites offshore sur
plusieurs Km à partir
des plates-formes
-Pré polarisation d'ouvrages
offshore
permettant de réduire la quantité
d'anodes
d'aluminium devant prendre le
Relais
-Réservoirs sous talus
Avantages -Potentiel bien adapté à la
protection des structures
compactes en eau de mer
- Comportement sûr dans
les conditions diverses de
fonctionnement (sol, eau
de mer, vase, milieux
confinés)
-Excellent rendement
- Peu sensibles aux
salissures Marines
-Coût de l'A/an le plus
faible (forte capacité
pratique)
- Potentiel bien adapté à
la
protection des structures
complexes en eau de mer
-Utilisation possible dans
les
citernes des tankers (pas
d'étincelle en cas de
chute)
- Reste active aux
températures élevées avec
-Portée élevée (fort
potentiel)
- Polarisation rapide de
la structure
(précipitation du dépôt calco-
magnésien en eau de mer)
-Faible poids
spécifique
Issat Gabès
Roukaya & Nour 18
toutefois une chute du
rendement
Inconvénients -Portée limitée
(faible potentiel)
-Température d'utilisation
limitée à 60 °C
-Coût A/an
-Poids spécifique élevé
-Moins adaptée dans les
milieux faiblement
renouvelés (chute de
rendement en cas
d'acidification du milieu)
- Vulnérable aux
salissures
marines
-Déconseillé pour la
protection des ouvrages
entièrement peints car
il y a risque de
passivation si l'anode
n'est que faiblement
sollicitée
-Force électromotrice
parfois surabondante pour la
protection en eau salée
(surconsommation, risque de
cloquage de la peinture)
-Faible durée de vie
(remplacement fréquents
nécessaires)
-Rendement médiocre en eau de
mer
-Coût de l'A/an le plus élevé
3.2.3.2. Protection par courant imposé :
Dans certaines situations de protection, les anodes sacrificielles ne peuvent pas délivrer suffisamment de
courant pour une protection idéale. Cette situation est souvent rencontrée dans les cas de longues conduites
ayant un grand diamètre et de conduites présentant un problème d’isolation. De même, certaines conditions
environnementales peuvent parfois être à l’origine de ce genre de problèmes. Devant des circonstances
pareilles, les ingénieurs de design favorisent l’application de la protection par courant imposé.
3.2.3.2.1. Principe de fonctionnement :
La protection cathodique par courant imposé (par soutirage de courant) utilise une source d’énergie
électrique en courant continu qui débite dans un circuit comprenant :
• Un déversoir (masse anodique) ;
• L’électrolyte (sol ou eau) ;
• Structure à protéger (conduite de transport).
Le pôle positif de la source d’énergie est relié au déversoir alors que le pôle négatif est relié à la conduite,
le courant venant du déversoir traverse l’électrolyte, puis entre dans la conduite créant ainsi un abaissement
de potentiel recherché correspondant à l’immunité de métal qui est l’acier [3].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 19
Figure 5: Protection cathodique par courant imposée.
3.2.3.2.2. Domaines de potentiels de protection préconisés :
Le tableau suivant donne les domaines de potentiel généralement recommandés, pour différents métaux
dans différents milieux :
Tableau 2: Domaines de potentiels de protection préconisés [3].
Métal Domaines de protection préconisés
Dans les sols
Electrode (Cu/CuSO4)
En eau de mer
Electrode (Ag/AgCl)
Acier et carbone
1) environnement aérobie
2) environnement
anaérobie
<-085 V
<-095 V
<-080 V
<-090 V
Alliage cuivreux < –0,50 V à –0,65 V < –0,45 V à –0,60 V
Aluminium Entre –0,95 V et –1,20 V Entre –0,90 V et –1,15 V
Plomb Entre –0,60 V et –1,50 V Entre –0,55 V et –1,45 V
3.2.3.2.3. Domaines d’application :
La protection cathodique par courant imposé s’emploi chaque fois que l’intensité nécessaire à la protection
est importante ou que la portée demandée est élevée [3] :
• Conduites enterrées ou immergées, revêtues ou nues.
• Casings de forage.
• Structures marines importantes.
• Réservoirs de stockage de grandes dimensions.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 20
• Ouvrages concentrés (station de pompage ou de compression …).
3.2.4. Les différences entre les types des systèmes protection cathodique :
Tableau 3: Comparaison entre les deux systèmes protection [5].
Anode galvanique ou
sacrificielle Système à courant imposé
Complexité de l’installation Simple Complexe
Source d’énergie Non nécessaire Nécessaire
Distribution du courant sur la
Structure
Homogène Souvent hétérogène
Poids de la structure
Importante surcharge en
poids pour les longues
durées de vie
Peu d’accroisement
Influence de la résistivité du
milieu
Non envisageable si la
résistivité du milieu est trop
grande
Pas de difficulté
Débit par anode Faible Elevé
Nombre d’anode Important Faible
Facilité d’adapter le courant
consommé en fonction de la
demande
Adaptation possible à
travers une liaison
résistance
Adaptation facile
Risque de surprotection Pratiquement aucune Possible
Interférence avec d’autres
structures
Non Possible
Risques humains Non Possible (Poste de soutirage)
Surveillance Aisée et occasionnelle
Surveillance fréquente requise
par un spécialiste
4. Conclusion :
On a vu dans ce chapitre les notions de base de la protection cathodique en générale puis on a détaillé dans
ces deux principales méthodes (protection par anodes sacrificielles et par courant imposé), avec ces
principes, constitution et conception.
Dans le prochain chapitre on va proposer l'installation photovoltaïque comme solution pour alimenter la
protection cathodique.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 21
Chapitre 3: les installations
photovoltaïques et ses
composants
Issat Gabès
Roukaya & Nour 22
1. Introduction :
Aujourd’hui, l’exploitation des énergies renouvelables est devenue possible garce aux nouvelles
technologies, Ces énergie sont des énergies disponibles en quantités illimitées sur la terre avec des
différentes sources comme : l’hydroélectrique, la biomasse, l’éolienne, le soleil et la géothermie. L’énergie
solaire, c’est une énergie disponible partout, non polluante et qui ne s’épuise jamais. Grâce au
développement des semi-conducteurs, la production de l’électricité à partir de cette source est probablement
faisable pour plusieurs et différentes applications.
2. Le gisement solaire :
Le gisement solaire est un ensemble de données décrivant l’évolution de rayonnement solaire disponible au
cours d’une période donné, il est utilisé dans des domaines aussi varié que l’agriculture, la métrologie, les
applications énergétiques et la sécurité publique.
Dans les systèmes d’exploitation de l’énergie solaire, le besoin de données d’insolation est d’une
importance capitale, aussi bien dans la conception et le développement de ces systèmes que dans
l’évaluation de leur performance.
2.1. L’éclairement (rayonnement) :
L’irradiance ou éclairement énergétique est un terme utilisé en radiométrie pour quantifier la puissance d'un
rayonnement électromagnétique par unité de surface, dans le système international d'unités, elle est
exprimée en watt par mètre carré (W/m2
ou Wm-2
).
L'éclairement qualifie communément la puissance du flux lumineux délivré par unité de surface [6].
Figure 6: Différents rayonnements solaires.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 23
2.2.Irradiation :
L’irradiation (Ensoleillement ou éclairement) est définie comme une puissance reçue par une surface. Il
s'exprime en W/ m2
(watt par mètre carré).
L'irradiation ou rayonnement est l'énergie reçue par une surface. Elle s'exprime en (J.m2) (Joule par
mètre carré).
D'autres unités plus courantes sont le Wh/ m2(wattheure par mètre carré) Signalons que, l’irradiation
solaire dépend de [7] :
• l’orientation et l’inclinaison du panneau solaire.
• la latitude du lieu et son degré de pollution.
• la période de l’année.
• l’instant considéré dans la journée.
• la nature des couches nuageuses.
2.3. Latitude :
La latitude φ permet de localiser la distance angulaire d’un point arbitraire par rapport à l’équateur. Elle
change de 0 ° à l’équateur à 90 ° au pôle Nord [6].
Figure 7: Schéma explicatif de la latitude.
2.4. Longitude :
Un point à la surface de la terre est localisé par deux coordonnées angulaires : la latitude φ et la longitude λ.
C’est la mesure de l’angle entre le méridien du lieu et la méridienne origine des longitudes (Greenwich en
Angleterre). Les régions qui sont situées à l’Est sont comptées avec le signe +. Le grand arc de cercle qui
joint le pôle Nord, Greenwich et le pôle Sud s’appelle méridien origine. Il y a 23 méridiens séparés de 15°
donnante naissance aux 24 fuseaux horaires.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 24
On a décidé de fixer la ligne de modification de date sur le méridien n° 12 au beau milieu du pacifique.
Quand il est midi le jour J à Greenwich, il est minuit du même jour sur la bordure Ouest de la ligne de
changement de date et minuit du jour J-1 sur bordure Est. Pour le comprendre, il suffit de montrer
mentalement la projection cylindrique de la sphère terrestre. Par convection, bien que le méridien de
Greenwich passe par Bordeaux, la France est avec l’Europe continentale dans le fuseau horaire 1 [6].
Figure 8: Schéma explicatif de la longitude.
2.5.L’azimut horaire :
C’est l’angle a compris entre le méridien du lieu et le plan vertical passant par le soleil.
La connaissance de l’azimut est indispensable pour le calcul de l’angle d’incidence des rayons sur une
surface non horizontale. L’origine des azimuts correspond à la direction du Sud dans l’hémisphère Nord.
L’angle d’azimut est compté positivement vers l’Ouest [6].
2.6. Temps solaire vrai (TSV) :
Le temps solaire vrai est une mesure du temps basée sur le déplacement apparent du Soleil au cours de la
journée. Le temps solaire vrai en un lieu et à un moment donnés est l'angle horaire du soleil en ce lieu et à ce
moment. En découle la définition du midi solaire : c'est l'instant où le Soleil atteint son point de culmination,
en un endroit donné de la Terre ; à cet instant, son angle horaire est égal à zéro [6].
2.7. L’angle horaire :
L’angle horaire (ω) mesure le mouvement du soleil à l’instant où le soleil passe au plan méridien du lieu
zénith. Donc la valeur ω = 0° lorsque le soleil passe au plan méridien d'un lieu : il est alors midi vrai au
soleil.
3. l’énergie solaire photovoltaïque :
L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du
rayonnement solaire dans une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles et forment
Issat Gabès
Roukaya & Nour 25
un panneau solaire (ou module photovoltaïque). Plusieurs modules regroupés forment un champ
photovoltaïque [7].
3.1. Cellule photovoltaïque :
La cellule photovoltaïque (photopile) forme l’élément de base du générateur photovoltaïque, c’est une
méthode optoélectronique de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique. Elle est réalisée à base
de matériaux semi-conducteurs.
3.2. Structure de cellule photovoltaïque :
Une cellule photovoltaïque est constituée de plusieurs couches. On trouve au centre de cette cellule, une
couche avec porteurs de charges libres négative (N) en contact avec une autre couche avec porteurs de
charges libres positives (P). De part et autre du cœur de la cellule, on a une couche conductrice (K)
autrement dit une grille métallique, puisqu'il faut que cette couche soit conductrice et ne subisse pas des
phénomènes de corrosion. On a donc une couche qui sert de cathode (pôle +) recouvrant la couche semi-
conductrice dopée N et une couche qui joue le rôle de l'anode (pôle -) en dessous la couche semi-
conductrice P. Aussi le silicium est très réflecteur, on place donc un revêtement anti-réflexion sur le dessus
de la cellule. Enfin on trouve une couche de verra qui protège la cellule. Ces couvertures de protections sont
indispensables car la cellule est très fragile. L’épaisseur totale de la cellule est de l'ordre du millimètre. Pour
finir, on relie les cellules entre elles, constituant alors le panneau solaire, afin d'obtenir une puissance
suffisante [8].
Figure 9:Structure d’une cellule photovoltaïque.
3.3. Les différents types de cellules photovoltaïques :
Il existe différents types cellules photovoltaïques, répartie à base de leurs technologies de fabrication,
généralement les technologies les plus répondus sont à base de silicium, notamment d’autre matériaux sont
aussi utilisés, comme les matières organiques.
3.3.1. Les cellules à base de silicium monocristallin :
Les cellules en silicium monocristallin représentent la première génération des Générateurs
photovoltaïques. Pour les fabriquant, on fond du silicium en forme de barreau. Lors d’un
Issat Gabès
Roukaya & Nour 26
refroidissement lent et maîtrisé, le silicium se solidifie en ne formant qu'un seul cristal de grande
dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en
général d'un bleu uniforme. Durée de vie 20 à 30 ans [7].
• Avantage :
➢ bon rendement, de 15% à 22%.
➢ nombre de fabricants élevé.
• Inconvénients :
➢ coût élevé.
➢ rendement faible sous un faible éclairement.
Figure 10: Cellule Silicium monocristallin.
3.3.2. Les cellules à base de silicium poly cristallin :
Pendant le refroidissement du silicium dans une lingotière, il se forme plusieurs cristaux, Cette
cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les
différents cristaux. Ce sont les cellules les plus utilisées pour la production électrique (meilleur rapport
qualité-prix). Durée de vie 20 à 30 ans [7].
• Avantages
➢ cellule carrée (à coins arrondis dans le cas du Si monocristallin) permettant un meilleur
foisonnement dans un module.
➢ moins cher qu’une cellule monocristalline.
• inconvénients
➢ moins bon rendement qu’une cellule monocristalline 10à 13%.
➢ rendement faible sous un faible éclairement.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 27
Figure 11: Cellule Silicium poly cristallin.
3.3.3. Les cellules à base de silicium amorphe :
Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projeté sur une feuille de verre. La cellule
est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires" [7].
• avantages
➢ fonctionne avec un éclairement faible ou diffus (même par temps couvert).
➢ un peu moins chère que les autres technologies.
➢ intégration sur supports souples ou rigides.
• inconvénients
➢ rendement faible en plein soleil, de 5% à 10%.
➢ performances qui diminuent avec le temps (environ 7%).
Figure 12: Cellule Silicium amorphe.
3.3.4. Cellule photovoltaïque organique et plastiques :
Ils sont composées d’une bicouche de molécules évaporées sous vides, attient 0 .95% de rendement de
conversion, ces cellules comprennent deux voie des cellules « humide » et la voie des cellules polymère
organique dite aussi cellules « plastiques ».Le progrès de ces technologies sont très rapide, des records de
rendement sont très fréquemment battus (actuellement près de 6%).Elles ouvrent également la voie aux
applications légères, nomades et souples [9].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 28
Figure 13: Cellule photovoltaïque organique.
3.3.5. Technologie couche mince :
Les cellules PV dites couche mince (Thin-film) constituent ce que certains appellent les cellules de seconde
génération car elles font historiquement suite aux cellules en silicium cristallin relativement épaisses.
L’intérêt de la technologie couche mince vient de la faible quantité de matériaux nécessaire à la fabrication
d’une cellule comparativement aux cellules classiques. Contrairement aux cellules silicium cristallin de
première génération, on ne dépose que la quantité de matériau photosensible efficace pour absorber
l’essentiel du rayonnement solaire (quelques microns d’épaisseurs suffisent). Par ailleurs, on utilise des
méthodes de fabrication moins coûteuses des cellules qui permettent une intégration totale.
Dans le cas de "couches minces", le semi-conducteur est directement déposé par vaporisation sur un
matériau support (du verre par exemple). Le silicium amorphe (a-Si) (silicium non cristallisé de couleur gris
foncé), le tellurure de cadmium (CdTe), le di sélénium de cuivre indium (CIS) font notamment partie de
cette génération. Ce sont des cellules de cette technologie que l’on retrouve dans les montres, calculatrices
[10].
Figure 14: Cellule photovoltaïque en couche mince.
3.3.6. Les cellules multi-jonctions à haut rendement :
Aujourd'hui, la plupart des cellules photovoltaïques inorganiques sont constituées d’une simple jonction
PN. Dans cette jonction, seuls les photons dont l'énergie est égale ou supérieure à la bande interdite du
matériau (notée Eg en eV) sont capables de créer des paires électron-trou. En d'autres termes, la réponse
photovoltaïque d’une cellule simple jonction est limitée à l’énergie du photon. Seule la proportion du
Issat Gabès
Roukaya & Nour 29
spectre solaire dont l’énergie des photons est supérieure au gap d’absorption du matériau est utile, l’énergie
des photons plus faible n’est donc pas utilisable. D’autre part, même si l’énergie des photons est suffisante,
la probabilité de rencontrer un électron est faible. Ainsi, la plupart des photons traversent le matériau sans
avoir transférer leur énergie. Une première réponse pour limiter les pertes est connue de longue date du
point de vue technologique, il suffit d’utiliser des systèmes à plusieurs niveaux, en empilant des jonctions
possédant des gaps décroissants, Ainsi il est possible d’exploiter le spectre solaire dans sa quasi-totalité
avec des rendements de conversion très importants [11].
Figure 15:Les cellules multi-jonctions.
Figure 16: Principe de la cellule à multi-jonction.
3.3.7. Cellules flexibles :
Basées sur un processus de production similaire à celui des couches minces, ces cellules sont constituées
d’un dépôt de matière active sur un plastique fin, rendant le tout flexible. Cela ouvre la voie à une série
d’applications, en particulier pour l’intégration aux bâtiments (toiture) et pour les applications domestiques
[11].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 30
Figure 17: Cellules flexibles.
3.4. Principe de fonctionnement de cellule photovoltaïque :
Une cellule photovoltaïque est un dispositif semi-conducteur généralement à base silicium. Elle est réalisée
à partir de deux couches, une dopée P et l’autre dopée N créant ainsi une jonction PN avec une barrière de
potentiel. Lorsque les photons sont absorbés par le semi-conducteur, ils transmettent leur énergie aux
atomes de la jonction PN de telle sorte que les électrons de ces atomes se libèrent et créent des électrons
(charges N) et des trous (charges P). Ceci crée alors une différence de potentiel entre les deux couches.
Cette différence de potentiel est mesurable entre les connexions des bornes positives et négatives de la
cellule [12].
Figure 18:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de la cellule
3.5. Générateur photovoltaïque :
3.5.1. Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque :
Tableau 4: Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque.
Définition Images
Cellule
photovoltaïque:
est l’unité de base
qui permet de
convertir l’énergie
lumineuse en
énergie électrique.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 31
Panneau
photovoltaïque:
est formé d’un
assemblage de
cellules
photovoltaïques.
Parfois, les
panneaux sont aussi
appelés modules
photovoltaïques.
Générateur
photovoltaïque
Lorsqu’on regroupe
plusieurs panneaux
sur un même site,
on obtient cellule
panneau champ.
3.5.2. Type de raccordement des panneaux solaires :
Le module est un assemblage des cellules solaires qui transforme l'énergie solaire en énergie électrique. Un
module PV contient généralement 33 à 72 cellules photovoltaïques.
• Association en parallèle :
Le montage des panneaux photovoltaïques en parallèle additionne les intensités tandis que la tension reste
identique. Ce type de raccordement influe donc sur l’ampérage et non sur le voltage. Les bornes positives
de chaque panneau sont reliées entre elles, de même que les bornes négatives. On choisit ce type de
branchement lorsque l’on souhaite une forte intensité. Afin d’éviter les risques de surtension et de court-
circuit, on relie entre eux des panneaux de même voltage. On peut par contre utiliser des panneaux
d’intensité différente afin d’atteindre l’ampérage désiré [13].
Figure 19: Panneaux en parallèle.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 32
• Association en série :
Le montage de panneaux photovoltaïques en série est l’option à retenir lorsque l’on souhaite additionner les
voltages de chaque panneau en préservant un ampérage identique. On relie les pôles positifs d’un panneau
aux pôles négatifs d’un autre panneau. Ce type de branchement s’effectue avec des panneaux de même
ampérage. En effet si l’on relie deux panneaux d’ampérage différent, l’ensemble s’aligne sur l’ampérage le
plus faible [13].
Figure 20: Panneaux en série.
• Association mixte (série -parallèle) :
Dans ce mode le courant et la tension augmentent.
Figure 21: Panneaux en mixte.
4. Les composants de système photovoltaïque :
Un système PV est un ensemble complet d’équipements PV pour transformer la lumière du soleil en
électricité, généralement il se compose de quatre éléments principaux : le générateur PV, la batterie, le
régulateur, l’onduleur.
4.1. Le panneau photovoltaïque :
L’ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles constitue le module ou le panneau PV, ce dernier
est chargé de capter les rayons solaires et les convertir en électricité [16].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 33
4.2. La batterie :
Les batteries solaires stockent l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques afin d’assurer
l'alimentation électrique en toutes circonstances (jour ou nuit, ciel dégagé ou couvert).
4.2.1. Rôle d’une batterie :
Dans un système photovoltaïque, la batterie remplit trois fonctions importantes :
• Autonomie : une batterie permet de répondre aux besoins de la charge en tout temps, même la nuit ou
par temps nuageux, sans être rechargée ni endommagée [14].
• Courant de surcharge : une batterie permet de fournir un courant de surcharge pendant quelques
instants, c'est-à-dire un courant plus élevé que celui que peut fournir le champ PV. Ceci est nécessaire pour
faire démarrer les moteurs et les autres appareils requérants un courant de démarrage de 3 à 5 fois supérieur
au courant d’utilisation [14].
• Stabilisation de la tension : l’un des intérêts d’une batterie est la disponibilité d’une tension constante, en
éliminant les écarts de tension du champ PV et en permettant aux appareils un fonctionnement à une tension
optimisée [14].
4.2.2. Les caractéristiques des batteries :
Pour toutes les batteries, quel que soit le type de fabrication, elles ont caractéristiques communes :
• La charge : L'état de charge (SOC), exprimé en %, est le rapport entre la capacité résiduelle et la
capacité nominale de l'accumulateur. C'est à dire l'énergie restant dans la batterie [17].
• La décharge : La profondeur de décharge (DOD), exprimé en %, est le rapport entre la capacité
déjà déchargée et la capacité nominale de l'accumulateur. C'est à dire l'énergie consommée dans la
batterie.
La somme des valeurs de SOC et DOD donne toujours 100% [17].
• Capacité : La capacité d’une batterie est la quantité d’énergie que l’on peut stocker et que l’on peut
restituer par celle-ci sous une tension nominale; elle est exprimée en ampère-heure [14].
• Autodécharge :
C’est le rapport entre la quantité d’énergie perdue sans utilisation et la quantité d’énergie stockée, ou
bien c’est la perte de capacité obtenue en laissant l’accumulateur au repos pendant un temps donné
[14].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 34
• Rendement :
Le rendement charge /décharge : est le rapport entre la quantité d’électricité débitée à la décharge et
celle fournit lors de la charge. Il est calculé en Ah et en pourcentage, ce rendement est pratiquement
constant pour une batterie neuve on prend une valeur de 0,9 en Ah [14].
• La durée de vie :
Un accumulateur peut être chargé puis déchargé complètement un certain nombre de fois avant que
ces caractéristiques ne se détériorent ; c’est le nombre de séquences de charge/décharge que peut
subir une batterie à sa profondeur de décharge. Le nombre de cycles maximal et la durée de vie sont
fortement dépendants de la technologie de fabrication et des conditions ainsi que le mode
d’utilisation de l’accumulateur, donc il a une durée de vie totale exprimée en année [14].
4.2.3. Types de batterie :
On distingue généralement trois types de batteries solaires [18] :
✓ Batteries au plomb
✓ Batteries au nickel
✓ Batteries au Lithium
4.2.4. Regroupement des batteries :
➢ Association des batteries en série :
La tension de l’ensemble sera égale la tension d’une seule cellule multipliée par le nombre des cellules en
série la capacité reste d’une valeur constante [19].
➢ Association des batteries en parallèle :
La tension reste constante égale à la tension d’une seule cellule bien que la capacité se multiplier par le
nombre des cellules que constitue la batterie [19].
➢ Association en série-parallèle :
La tension sera égale à la tension d’une cellule multipliée par le nombre de cellules en séries, le capacité
sera égale à la capacité d’une seule cellule multiplie par le nombre des cellules connectées en parallèle [19].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 35
Figure 22: Raccordement des batteries solaire (série, parallèle ou mixte).
4.3. Onduleur :
Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion continue-alternative (DC/AC) grâce à des
semi-conducteurs afin d’alimenter des charges typiquement alternatives, donc il permet d’obtenir une
tension ou un courant alternatif à partir d’une source continue [14].
4.3.1. La caractéristique d’un onduleur :
Les critères de choix d’un onduleur sont nombreux et s’appuient sur l’exigence de la charge électrique et du
système installé, et on peut citer quelques un :
• Le rendement :
C’est le critère principal dans le choix d’un onduleur, car on souhaite maintenir élevé l’efficacité du
système. Il est définit comme étant le rapport de la valeur efficace de la puissance de sortie sur la valeur de
la puissance d’entrée continue, un onduleur efficace est celui qui aura un rendement élevé sur une grande
plage de puissances possibles [14].
• La tension d’entrée :
C’est la gamme de la tension d’entrée acceptable durant le fonctionnement de l’onduleur [14].
• La puissance nominale :
C’est celle que peut délivrer l’onduleur en fonctionnement permanent [14].
• La forme d’onde :
Les appareils qu’alimente l’onduleur doivent pouvoir supporter la forme d’onde de sortie de l’onduleur. Il
faut donc connaitre les tolérances sur la tension et la fréquence de chaque appareil susceptible d’être
alimenté par l’onduleur [14].
4.3.2. Diffèrent types topologies :
Il existe plusieurs différents types topologies d’onduleurs utilisé selon la nature et l’exigence de
l’installation et les plus importants sont :
Issat Gabès
Roukaya & Nour 36
• Onduleurs modulaires (module inverter) :
Chaque module solaire disposé d'un onduleur individuel, pour les installations plus importantes, tous les
onduleurs sont connectés en parallèle côté courant alternatif. Les onduleurs modulaires sont montés à
proximité immédiate du module solaire correspondant [9].
• Onduleurs centralisés (central inverter) :
Un onduleur centralisé de forte puissance transforme l'ensemble du courant continu produit par un champ
de cellules solaires en courant alternatif.
Ce qui veut dire un seul onduleur de taille pour tout l’ensemble des modules du champ PV, et pour éviter
les pertes dans les câbles et obtenir un rendement élevé, on connecte le plus possible de modules en série
[9].
• Onduleurs "String" ou "de Rangée" :
L'onduleur String est le plus utilisé. Le plus souvent, huit (ou plus) de modules solaires sont connectés en
série. Comme une seule connexion série est nécessaire, les coûts d'installation sont réduits. Il est important
de noter qu'en cas d'ombrage partiel des modules solaires, il n'y a pas de perte, l'emploi de diodes de by-
pass est fortement recommandé [9].
Figure 23: classification des onduleurs PV connectés au réseau
4.4. Régulateur :
Le régulateur de charge/décharge est associé à un générateur photovoltaïque, il a pour rôle de contrôler la
charge de la batterie et de limiter sa décharge. Sa fonction est primordiale car elle a un impact direct sur la
durée de vie de la batterie [17].
4.4.1. Principe de fonctionnement d’un régulateur :
Le régulateur doit maintenir l’état de charge des batteries entre deux seuils, un seuil haut et un seuil bas à ne
pas dépasser, donc la régulation est obtenue par limitation en tension de la batterie afin d’éviter :
Issat Gabès
Roukaya & Nour 37
• Une surcharge entraînant une perte en eau ;
• Un vieillissement prématuré des accumulateurs.
La protection contre la décharge profonde est réalisée par un disjoncteur automatique dont le but est
d’éviter la sulfatation des plaques [14].
4.4.2. Les caractéristiques du régulateur :
• Tension nominale : Elle doit pouvoir supporter la tension en circuit ouvert du panneau
photovoltaïque à soit environ deux fois sa propre tension nominale [14].
• Courant d’entrée : C’est le courant de charge maximum provenant des panneaux et que le
régulateur peut contrôler sous une tension donnée. [14].
• Courant de sortie : C‘est le courant maximum que tirent les appareils branchés simultanément
[14].
• Protection : Les conducteurs arrivant au régulateur doivent être protégés contre les surcharges,
l’inversion de polarité et l’augmentation de température [14].
4.4.3. Type de régulateurs :
On peut trouver deux types de régulateur solaire :
• Les régulateurs solaires PWM (Pulse Wide Management).
• Les régulateurs solaires MPPT (Maximum Power point Tracking).
5. Différentes configuration d’une installation photovoltaïque :
Il existe deux types de systèmes solaires différents sont le système solaire en site raccordé et système
solaire en site isolé.
5.1. le système solaire photovoltaïque en site raccordé :
Un tel système s’installe sur un site raccordé au réseau. Généralement sur des habitations ou des entreprises
qui souhaitent recourir à une forme d’énergie renouvelable et qui bénéficient d’un bon ensoleillement.
L’énorme avantage de cette solution est l’absence de batterie. On ne stocke plus l’énergie, on l’injecte
directement dans le réseau local ou national. Et ceci sans limites quantitatives, donc toute l’énergie est
récupérée. Il y a un compteur qui tourne dans un sens pour la consommation, et un autre dans l’autre sens
pour la production [14].
Issat Gabès
Roukaya & Nour 38
Figure 24:Structure de système solaire photovoltaïque en site raccordé.
5.1.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site
raccordé :
1 : Posés sur le toit, les panneaux photovoltaïques captent l'énergie solaire.
2 : Un boitier dédié gère et calcule les besoins en électricité.
3 : Des prises intelligentes diffusent selon les besoins l'énergie récupérée par le système Elles sont
commandées par informatique.
4 : Lorsque la production est insuffisante. Le réseau de transport et de distribution d’électricité prend le
relais.
Figure 25:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site
raccordé.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 39
5.2.Le système solaire photovoltaïque en site isolé :
Un système PV pour site isolé est un générateur électrique autonome. Les sites isolés sont des habitations
ou des applications non reliées au réseau électrique. Dans ce cas, le générateur photovoltaïque apporte
l`énergie nécessaire à l`alimentation des besoins électriques. Un parc de batteries est nécessaire pour les
périodes sans soleil (nuits et jours de pluie).
5.2.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site isolé :
Un générateur photovoltaïque pour application en site isolé est constitué principalement d’un champ de
panneaux (ou modules) solaires photovoltaïques, d’une batterie d’accumulateurs et d’un organe de
conversion de l’énergie produite en 220 V alternatif (onduleur).
Installés en toiture ou sur le sol à proximité des habitations, les panneaux photovoltaïques exposés au soleil
produisent du courant continu. Après transformation par l’onduleur en courant alternatif 220 V, ce dernier
pourra être utilisé soit directement, soit être stocké dans la batterie d’accumulateurs pour une utilisation
ultérieure [15].
5.2.2. Types de Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé :
Les systèmes PV en site isolé sont installés là où ils constituent la source d’énergie électrique la plus
économique. On peut classer ces systèmes en deux catégories :
• Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé sans batterie:
Autonome sans batteries (à la file de soleil) destiné pour le pompage photovoltaïque.
Figure 26: Système PV autonome sans batteries.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 40
• Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé avec batterie :
Autonome avec batteries pour les systèmes autonomes qui nécessitent une continuité de service durant toute
la nuit ou quelques heures de la nuit.
Figure 27:Système PV autonome avec batteries.
6. Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque :
L’énergie photovoltaïque présente des avantages énormes tels que [9]:
• Gratuité de cette ressource et énormité de son potentiel réparti sur le globe terrestre.
• Propreté durant son utilisation.
• Grande fiabilité.
• Peu d’entretien.
• Grande souplesse de production (variant de milliwatts aux mégawatts).
• Utilisation autonome et décentralisée.
Malgré ces avantages intéressants, il y a aussi des inconvénients tels que:
• Source diffuse du rayonnement solaire qui nécessite de grandes surfaces.
• Technologie coûteuse.
• Facteur de charge faible.
• Stockage difficile.
• Difficulté à recycler les composants du système.
7. Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons présenté le principe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique par
la cellule photovoltaïque, les principales caractéristiques et les technologiques des éléments constitutifs d’un
générateur PV, les composant de système photovoltaïque, ainsi que les différentes configurations des
systèmes photovoltaïques.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 41
Chapitre 4 : Etude et
dimensionnement de nouveau
poste
Issat Gabès
Roukaya & Nour 42
1. Introduction :
Le dimensionnement d’un générateur PV a pour but de déterminer l’optimum entre la puissance crête du
champ des panneaux solaires et la capacité de batterie associée à partir des besoins électriques de
l’utilisateur d’une part, et d’autre part des données d’ensoleillement du site.
2. Dimensionnement d’ancien système photovoltaïque :
L’objectif de cette partie sera de présenter le dimensionnement d’un ancien poste d’installation
photovoltaïque en site isolé.
2.1. Calcul de la puissance crête des panneaux PV :
La puissance d'un module photovoltaïque est exprimée en Watt-crête. Le nombre de
Watt-crête d'un panneau solaire correspond au nombre de Watt que ce panneau fournit lorsqu’il est utilisé
dans des conditions standards(STC).
Dans l’ancien poste, on a utilisé 15 panneaux solaire poly cristallins (KYOCERA) de puissance crête
P=130Wc .
❖ puissance de générateur :
𝑃𝑔 = 15 ∗ 130 = 1950 𝑊
❖ Caractéristique de panneaux :
Tension de système :𝑈𝑠𝑦𝑠 = 24𝑉 .
Tension à Puissance Maximal : 𝑈𝑝𝑚𝑎𝑥 = 17.6𝑉.
𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥 = 15 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥.
Tension Circuit Ouvert 𝑈𝑜𝑐 = 21.9𝑉.
Courant Circuit Court : 𝐼𝑠𝑐 = 8.02𝐴.
𝑁𝐵𝑝𝑠 =
𝑈𝑠𝑦𝑠
𝑈𝑝𝑚𝑎𝑥
=
24
17.5
= 1.372
 2 panneaux en série.
𝑁𝐵𝑝𝑝 =
𝑁𝐵𝑝
𝑁𝐵𝑝𝑠
=
15
2
Issat Gabès
Roukaya & Nour 43
= 7.7
 8 panneaux en parallèle.
Figure 28 : Regroupement de panneaux en ancien poste
❖ Rendement :
D’après la courbe Caractéristique courant-tension d’un module photovoltaïque KC130GH-2P ,on a
Umax=16V et Imax=7.5A .
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 16 ∗ 7.5
= 120𝑊
➢ L’ensoleillement =1000w/m2
.
➢ S : Surface de panneau
𝑃𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑒𝑢𝑠𝑒 : 𝐸 𝑒𝑛𝑠𝑜𝑙𝑒𝑖𝑙𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∗ 𝑆
𝑃𝑙𝑢 = 1000 ∗ 0.9291
= 929.1𝑊
𝑛 =
𝑃𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑙𝑢
=
120
929.1
= 0.129𝑊
= 12.9%
Issat Gabès
Roukaya & Nour 44
2.2. Dimensionnement et calcul du nombre de batterie :
Dans l’ancien poste, on a utilisé une batterie ASSAD de tension 2V :
❖ Nombre de batterie en série :
𝑁𝑏𝑠 =
𝑈𝑠𝑦𝑠
𝑈𝑏
𝐴𝑁: 𝑁𝑏𝑠 =
24
2
= 12 𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖𝑒𝑠
Usys : Tension de système.
Ub : Tension unitaire de batterie.
 Donc on regroupe 12 batteries en série.
Figure 29 : Regroupement de batteries en ancien poste
2.3. Dimensionnement du régulateur et de l’onduleur :
2.3.1. Onduleur :
On utilise un onduleur 24V/500VA.
2.3.2. Régulateur :
On utilise un régulateur :
MELIN GERIB 100A/500V.
2 panneaux en sériés : 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 21.9 ∗ 2 = 43.8𝑉.
8 panneaux parallèles : 𝐼𝑚𝑎𝑥 = 8.02 ∗ 8 = 64.16𝐴.
 Donc Umax<500V et Imax <100A.
Issat Gabès
Roukaya & Nour 45
3. Problématique :
La société tunisienne d'électricité et de gaz est considérée comme l'une des plus importantes sociétés de la
production et la distribution de l'électricité et du gaz naturel sur le territoire tunisien.
Il est important de protéger les conduites de gaz contre la corrosion, Pour cela, on a fait une étude détaillée de
l'installation photovoltaïque existante d’alimentation du système de protection cathodique. Nous avons
constaté plusieurs anomalies qui peuvent provoquer parfois une discontinuité du cycle de fonctionnement
normale. On peut assimiler les défaillances du système comme suit :
✓ Les panneaux sont très anciens, de faible rendement énergétique.
✓ les batteries sont très faible (tension 2V).
✓ l'onduleur ne satisfait jamais notre besoin et il n’est pas capable de supporter un tension pendant une
longue durée.
✓ Ce poste a été volé.
4. Le dimensionnement du nouveau système photovoltaïque :
Dans cette partie, le travail que nous avons effectué est penché vers le dimensionnement des composants
de notre nouveau système PV:
• Le champ PV
• Batterie
• L’onduleur
• Régulateur
• Les câbles
• Disjonction
4.1. Détermination d’irradiation du site pour le dimensionnement :
4.1.1. Période de l’ensoleillement
La production électrique d'un module PV est fonction du rayonnement solaire reçu par celui-ci : plus le
rayonnement reçu est important, plus la production électrique est importante.
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  • 1. Issat Gabès REPUBLIQUE TUNISIENNE Ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche Scientifique Université de Gabès RAPPORT DE STAGE DE FIN D’ETUDES MASTERE PROFESSIONNEL EN ELECTROMECANIQUE Préparé par : BEN BELGACEM Roukaya BENHADEF Nour Etude et dimensionnement d’une installation photovoltaïque en site isolé Encadré par : Mr. BEN SALAH Mohieddine Mr. BOUSNINA Mohamed Soutenu le : 23/06/2023, devant le jury : Mr. BEN SLAMA Romdhane Président Mr. FARHAT Yassine Rapporteur Mr. BEN SALAH Mohieddine Encadreur Mr. BOUSNINA Mohamed Encadreur Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Gabès Mastère Professionnel En Electromécanique Code : 14/23
  • 2. Issat Gabès Remerciement Au terme de ce travail, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à notre cher professeur et encadrant Mr. Ben Salah Mohieddine pour son suivi et pour son énorme soutien, qu’il n’a cessé de nous prodiguer tout au long de la période du projet. Je tiens à remercier également mon encadrant Mr. Bousnina Mohamed pour le temps qu’il a consacré et pour les précieuses informations qu’il m’a prodiguées avec intérêt et compréhension. J’adresse aussi mes vifs remerciements aux membres des jurys pour avoir bien voulu examiner et juger ce travail. Mes remerciements vont à tout le personnel que j’ai contacté durant mon stage au sein de la Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz (STEG), auprès desquelles j’ai trouvé l’accueil chaleureux, l’aide et l’assistance dont j’ai besoin. Je ne laisserai pas cette occasion passer, sans remercier tous les enseignants et le personnel de l’Institut Supérieur des Sciences Appliquées et particulièrement ceux de la section électromécanique pour leur aide et leurs précieux conseils. A tous ce qui furent à un moment ou à un autre et à tout instant partie prenante de ce travail. Nos plus chaleureux remerciements à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation de ce mémoire
  • 3. Issat Gabès Dédicaces A mon très cher père Amer Tu as toujours été à mes côtés pour me soutenir et m’encourager. Que ce travail traduit ma gratitude et mon affection. A ma très chère mère Hania Quoi que je fasse ou que je dise, je ne saurai point te remercier Comme il se doit. Ton affection me couvre, ta bienveillance me Guide et ta présence à mes côtés a toujours été ma source de force Pour affronter les différents obstacles. À me sœur Khawla, Najeh, Houda, Soumaia,et mon frère Abdelwaheb Je leur offre ce travail en témoignage de ma gratitude pour son Encouragement, Ses prières et son amour. A mon fiancé Wajdi Qui m’a aidé et supporté dans les moments Difficiles Mes amis intimes, Qui m’ont toujours encouragé, et à qui je souhaite plus de succès. A ma chère amie Feriel Pour m’aider et me supporter dans le moment difficile A mon cher binôme Nour Pour son entente et sa sympathie. A toute ma famille A tous ceux que j’aime. Merci Roukaya.
  • 4. Issat Gabès Dédicaces : A mes chers parents, pour tous leurs sacrifices, leur amour, leur tendresse, leur soutien et leurs prières tout au long de mes études. Ma mère « Fatma » qui a été à mes côtés et ma soutenu durant toute ma vie, et mon père « Bachir » qui a sacrifié toute sa vie afin de me voir devenir ce que je suis, merci beaucoup mes parents. Au lien fidèle que je trouve sans avoir à appeler. A ma chère sœur « Abir »pour leurs encouragements permanents, et leur soutien moral. A mes chers frères, « Wael et Mohamed » pour leur appui et leur encouragement. Au lien fidèle que je trouve sans avoir à appeler. A mon cher binôme Roukia Pour son entente et sa sympathie. A toute ma famille pour leur soutien tout au long de mon parcours universitaire. Que ce travail soit l’accomplissement de vos vœux tant allégués, et le fuit de votre soutien infaillible. Merci d’être toujours là pour moi. Nour.
  • 5. Issat Gabès Sommaire INTRODUCTION GENERALE : ............................................................................................................................................... 1 ............................................................................................................................................................................................. 2 Chapitre 1:Présentation de la société STEG............................................................................................................................ 2 1. Introduction :............................................................................................................................................................... 3 2. L’historique de gaz naturel :........................................................................................................................................ 4 2.1. L’historique de gaz naturel en Tunisie :.................................................................................................................. 5 2.2. Réseau national du gaz naturel :.............................................................................................................................. 6 3. Base de transport gaz sud :.......................................................................................................................................... 7 3.1. Division transport gaz Gabes : ................................................................................................................................ 8 3.2. Service transport Gaz Gabès : ................................................................................................................................. 9 3.3. L’organigramme :.................................................................................................................................................. 10 ........................................................................................................................................................................................... 10 4. Conclusion :............................................................................................................................................................... 10 Chapitre 2 : Protection cathodique....................................................................................................................................... 11 ........................................................................................................................................................................................... 11 1. Introduction :............................................................................................................................................................. 12 2. La corrosion :............................................................................................................................................................. 12 2.1. Généralité :............................................................................................................................................................ 12 2.2. Classement de la corrosion : ................................................................................................................................ 12 2.3. Principe de la corrosion électrochimique :........................................................................................................... 12 2.4. Les facteurs de la corrosion :................................................................................................................................. 13 3. Protection cathodique :............................................................................................................................................. 13 3.1. Protection passive :............................................................................................................................................... 13 3.1.1. Procédés de protection passive : ...................................................................................................................... 13 3.1.2. Les différents types de revêtements :............................................................................................................... 14 3.2. Protection active (protection cathodique) :.......................................................................................................... 14 3.2.1. Principe de la protection cathodique :.............................................................................................................. 14 3.2.2. Facteurs affectant la protection cathodique :................................................................................................... 15 3.2.3. Type de protection cathodique :....................................................................................................................... 16 3.2.3.1. Protection par anodes sacrificielles : ............................................................................................................ 16 3.2.3.1.1. Principe de fonctionnement :........................................................................................................................ 16
  • 6. Issat Gabès 3.2.3.1.2. Choix des anodes sacrificielles : .................................................................................................................... 16 3.2.3.2. Protection par courant imposé : ................................................................................................................... 18 3.2.3.2.1. Principe de fonctionnement :........................................................................................................................ 18 3.2.3.2.2. Domaines de potentiels de protection préconisés : ..................................................................................... 19 3.2.3.2.3. Domaines d’application :............................................................................................................................... 19 3.2.4. Les différences entre les types des systèmes protection cathodique : ............................................................ 20 4. Conclusion :............................................................................................................................................................... 20 Chapitre 3: les installations photovoltaïques et ses composants ........................................................................................... 21 1. Introduction :............................................................................................................................................................. 22 2. Le gisement solaire :.................................................................................................................................................. 22 2.1. L’éclairement (rayonnement) : ............................................................................................................................. 22 2.2. Irradiation :............................................................................................................................................................ 23 2.3. Latitude : ............................................................................................................................................................... 23 2.4. Longitude :............................................................................................................................................................. 23 2.5. L’azimut horaire : .................................................................................................................................................. 24 2.6. Temps solaire vrai (TSV) :...................................................................................................................................... 24 2.7. L’angle horaire :..................................................................................................................................................... 24 3. l’énergie solaire photovoltaïque : ............................................................................................................................. 24 3.1. Cellule photovoltaïque :........................................................................................................................................ 25 3.2. Structure de cellule photovoltaïque :.................................................................................................................... 25 3.3. Les différents types de cellules photovoltaïques :................................................................................................ 25 3.3.1. Les cellules à base de silicium monocristallin : ................................................................................................. 25 3.3.2. Les cellules à base de silicium poly cristallin :................................................................................................... 26 3.3.3. Les cellules à base de silicium amorphe :.......................................................................................................... 27 3.3.4. Cellule photovoltaïque organique et plastiques : ............................................................................................. 27 3.3.5. Technologie couche mince :.............................................................................................................................. 28 3.3.6. Les cellules multi-jonctions à haut rendement :............................................................................................... 28 3.3.7. Cellules flexibles :.............................................................................................................................................. 29 3.4. Principe de fonctionnement de cellule photovoltaïque : ..................................................................................... 30 3.5. Générateur photovoltaïque : ................................................................................................................................ 30 3.5.1. Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque :................................................ 30 3.5.2. Type de raccordement des panneaux solaires :................................................................................................ 31 4. Les composants de système photovoltaïque :.......................................................................................................... 32 4.1. Le panneau photovoltaïque : ................................................................................................................................ 32
  • 7. Issat Gabès 4.2. La batterie : ........................................................................................................................................................... 33 4.2.1. Rôle d’une batterie :.......................................................................................................................................... 33 4.2.2. Les caractéristiques des batteries :................................................................................................................... 33 4.2.3. Types de batterie :............................................................................................................................................. 34 4.2.4. Regroupement des batteries :........................................................................................................................... 34 4.3. Onduleur :.............................................................................................................................................................. 35 4.3.1. La caractéristique d’un onduleur : .................................................................................................................... 35 4.3.2. Diffèrent types topologies :............................................................................................................................... 35 4.4. Régulateur :........................................................................................................................................................... 36 4.4.1. Principe de fonctionnement d’un régulateur :.................................................................................................. 36 4.4.2. Les caractéristiques du régulateur :.................................................................................................................. 37 4.4.3. Type de régulateurs :......................................................................................................................................... 37 5. Différentes configuration d’une installation photovoltaïque : ................................................................................. 37 5.1. le système solaire photovoltaïque en site raccordé : ........................................................................................... 37 5.1.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site raccordé :........................................ 38 5.2. Le système solaire photovoltaïque en site isolé : ................................................................................................. 39 5.2.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site isolé :............................................... 39 5.2.2. Types de Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé :................................................................................. 39 6. Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque : ...................................................................................... 40 7. Conclusion :............................................................................................................................................................... 40 Chapitre 4 : Etude et dimensionnement de nouveau poste..................................................................................................... 41 1. Introduction :............................................................................................................................................................. 42 2. Dimensionnement d’ancien système photovoltaïque :............................................................................................ 42 2.1. Calcul de la puissance crête des panneaux PV :.................................................................................................... 42 2.2. Dimensionnement et calcul du nombre de batterie :........................................................................................... 44 2.3. Dimensionnement du régulateur et de l’onduleur :............................................................................................. 44 2.3.1. Onduleur :.......................................................................................................................................................... 44 2.3.2. Régulateur :....................................................................................................................................................... 44 3. Problématique :......................................................................................................................................................... 45 4. Le dimensionnement du nouveau système photovoltaïque :................................................................................... 45 4.1. Détermination d’irradiation du site pour le dimensionnement : ......................................................................... 45 4.1.1. Période de l’ensoleillement............................................................................................................................... 45 4.1.2. Orientation et angle d’inclinaison des modules PV : ........................................................................................ 46 4.1.2.1. Orientation des modules PV: ........................................................................................................................ 46
  • 8. Issat Gabès 4.1.2.2. Angle d’inclinaison des modules PV.............................................................................................................. 47 4.1.3. Irradiation moyenne dans l’année (logiciel PVsyst7.3):.................................................................................... 47 4.2. Dimensionnement d’installation photovoltaïque :............................................................................................... 48 4.2.1. Détermination de la puissance crête des panneaux :....................................................................................... 48 4.2.2. Dimensionnement et calcul du nombre de batterie :....................................................................................... 50 4.2.2.1. Calcul de la capacité de batterie : ................................................................................................................. 50 4.2.2.2. Nombre de batteries :................................................................................................................................... 51 4.2.2.3. Energie stockée totale :................................................................................................................................. 51 4.2.3. Dimensionnement de l’onduleur : .................................................................................................................... 52 4.2.3.1. La tension CC................................................................................................................................................. 52 4.2.3.2. Puissance nominale :..................................................................................................................................... 52 4.2.4. Dimensionnement du régulateur :.................................................................................................................... 52 4.2.5. Calcul de la section des câbles : ........................................................................................................................ 53 4.2.5.1. Section calculée :........................................................................................................................................... 53 4.2.5.2. Chute de tension ε calculée : ........................................................................................................................ 56 4.2.6. Dimensionnement et choix des disjoncteurs de protection :........................................................................... 57 4.2.6.1. Protection DC : .............................................................................................................................................. 58 4.2.6.2. Protection AC :............................................................................................................................................... 59 5. Simulation PVSYST :................................................................................................................................................... 59 5.1. Présentation du logiciel de simulation PVSYST :................................................................................................... 59 5.2. Procédure pour les systèmes autonomes :........................................................................................................... 60 6. Conclusion :............................................................................................................................................................... 70 CONCLUSION GENERALE :................................................................................................................................................. 71
  • 9. Issat Gabès Liste de figures : Figure 1:repartition du réseau de gaz sur tout le territoire tunisien.............................................................7 Figure 2:Organigramme de base transport gaz de gabes.............................................................................10 Figure 3:principe de protection cathodique (anode sacrificielle et courant imposé).................................15 Figure 4:Protection cathodique par anode sacrificielle................................................................................16 Figure 5:Protection cathodique par courant imposée. .................................................................................19 Figure 6:Différents rayonnements solaires....................................................................................................22 Figure 7:Schéma explicatif de la latitude.......................................................................................................23 Figure 8:Schéma explicatif de la longitude....................................................................................................24 Figure 9:Structure d’une cellule photovoltaïque...........................................................................................25 Figure 10:Cellule Silicium monocristallin. ....................................................................................................26 Figure 11:Cellule Silicium poly cristallin.......................................................................................................27 Figure 12:Cellule Silicium amorphe...............................................................................................................27 Figure 13:Cellule photovoltaïque organique. ................................................................................................28 Figure 14:Cellule photovoltaïque en couche mince.......................................................................................28 Figure 15:Les cellules multi-jonctions............................................................................................................29 Figure 16:Principe de la cellule à multi-jonction. .........................................................................................29 Figure 17:Cellules flexibles..............................................................................................................................30 Figure 18:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de la cellule..................................................30 Figure 19:Panneaux en parallèle. ...................................................................................................................31 Figure 20:Panneaux en série. ..........................................................................................................................32 Figure 21:Panneaux en mixte..........................................................................................................................32 Figure 22: Raccordement des batteries solaire (série, parallèle ou mixte). ................................................35 Figure 23: classification des onduleurs PV connectés au réseau .................................................................36 Figure 24:Structure de système solaire photovoltaïque en site raccordé....................................................38 Figure 25:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site raccordé.............................................................................................................................................................38 Figure 26: Système PV autonome sans batteries...........................................................................................39 Figure 27:Système PV autonome avec batteries............................................................................................40 Figure 28 : Regroupement de panneaux en ancien poste .............................................................................43 Figure 29 : Regroupement de batteries en ancien poste...............................................................................44 Figure 30:l’ensoleillement................................................................................................................................46 Figure 31:Définition de l'orientation d'un panneau photovoltaïque...........................................................46 Figure 32: définir un système..........................................................................................................................60 Figure 33:l'optimisation de l'orientation........................................................................................................61 Figure 34:Estimation de consommation.........................................................................................................61 Figure 35: caractéristique techniques de la batterie utilisée dans le système.............................................62 Figure 36: Configuration d’un système..........................................................................................................63 Figure 37: Paramètres de simulation de l’installation PV (technologie silicium monocristallin).............64 Figure 38: Énergie utile produite par le PV. .................................................................................................65 Figure 39: Diagramme des pertes...................................................................................................................67 Figure 40: Energie incidente de référence dans le plan capteurs. ...............................................................68 Figure 41: Température du champ par rapport l’irradiation effective......................................................68 Figure 42: Energie journalière à la sortie du champ....................................................................................69 Figure 43: Diagramme d’entrée/sortie journalier.........................................................................................69 Figure 44: Trajectoire de soleil .......................................................................................................................70
  • 10. Issat Gabès Liste de tableaux : Tableau 1: principales caractéristique des anodes les plus utilisées[3].......................................................17 Tableau 2:Domaines de potentiels de protection préconisés [3]. .................................................................19 Tableau 3:comparaison entre les deux systèmes protection [5]...................................................................20 Tableau 4:Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque.............................30 Tableau 5: Rendement des panneaux solaires en fonction des différentes inclinaisons et orientations. .47 Tableau 6: Irradiation globale (KWh/m2/jour).............................................................................................47 Tableau 7:Caractéristique de l’onduleur.......................................................................................................52 Tableau 8:Critère de dimensionnement et choix d’un régulateur...............................................................53
  • 11. Issat Gabès Roukaya & Nour 1 INTRODUCTION GENERALE : Le monde de l’industrie souffre de la corrosion. Les statistiques révèlent que la corrosion détruit un quart de la production annuelle d'acier, soit 5 tonnes par seconde. Ce redoutable phénomène trouve sa favorable proie dans la majorité des canalisations industriels notamment dans celles de transport de pétrole, de gaz, et des produits pétroliers sont de grande importance pour l'économie des pays producteurs des hydrocarbures. A cet effet, et pour lutter contre la corrosion, deux méthodes sont utilisées, à savoir une protection passive par revêtement et une protection active dite la protection cathodique. Cette dernière consiste à maintenir le potentiel des conduites à une valeur d’immunité, de manière à éliminer le transfert de matière qui est la corrosion. Et dans ce contexte Nous allons donner une solution pour alimenter le redresseur qui assure la protection cathodique pour lutter contre la corrosion dans les pipelines de transfert de gaz qui se trouve dans la station Ain Sbaat dans le désert de DOUZ. Notre mémoire sous-titre : « Etude d’un installation photovoltaïque en site isolé». Pour ce faire, notre manuscrit se décompose de la manière suivante : Tout d’abord nous commençons par un premier chapitre, une présentation générale de l’entreprise ou nous avons effectué notre stage. Le deuxième chapitre, nous détaillerons la protection cathodique par courant imposé vu que c’est ce qui rentre dans le cadre de ce travail. Le troisième chapitre nous décrivons les notions essentielles sur le gisement solaire à savoir les coordonnées terrestre et horaires, les mesures du rayonnement solaire, l’énergie solaire photovoltaïque, leur principes, leur caractéristiques et les diffèrent types. Le quatrième chapitre nous présentons le dimensionnement des solutions technologiques pour les déférentes parties de notre étude.
  • 12. Issat Gabès Roukaya & Nour 2 Chapitre 1:Présentation de la société STEG
  • 13. Issat Gabès Roukaya & Nour 3 1. Introduction : La Société tunisienne de l'électricité et du gaz (STEG) est une société tunisienne de droit public à caractère non administratif. Créée en 1962, elle a pour mission la production et la distribution de l'électricité et du gaz naturel sur le territoire tunisien. La structure de la STEG est composée de trois parties à savoir : les organes dirigeants, les services centraux des directions techniques opérationnelles et les unités fonctionnelles de soutien technique. Les directions techniques opérationnelles Elles ont la charge des unités de base de la STEG ; elles constituent des centres de décision, d’orientation et de gestion, chacune dans son domaine. On y trouve : La direction de la production et du transport d’électricité La direction de la distribution La direction de la production et du transport gaz Les unités fonctionnelles de soutien technique Elles se composent de dix directions ou logistique à savoir la DEP (étude et planification), la DEQ (équipement), la DCG (contrôle de gestion), la DFI (finance, comptabilité), la DAU (les audits), la DOSI (organisation et système d’information), la DRHAJ (ressources humaines et juridique), la D.I (informatique), la DC (direction commerciale) et la DAG (affaires générales : achats communs, stock, bâtiments, assurance, téléphonie et radio). La direction de la production et du transport gaz dont on fait partie, est chargée d’élaborer les prévisions des disponibilités et de la demande du gaz, de planifier le développement des ouvrages de traitement et de transport gaz, d’élaborer les études des ouvrages de traitement du gaz, de production des dérivés et du transport du gaz et en assurer la réalisation, de participer à la conclusion des contrats d’achat du gaz pour le compte de la STEG, de gérer les contrats d’achats du gaz et d’assurer la maintenance et la conduite des ouvrages de traitement et de transport gaz, avec pour objectif d’assurer la continuité de la fourniture du gaz aux clients internes et externes. Afin de remplir ces charges, cette direction est composée de deux sous directions : la direction équipement gaz et la direction exploitation gaz et de deux départements : le département maîtrise de la qualité et de la technologie et le département logistique gaz. La direction équipement gaz est chargée de superviser et de coordonner les études détaillées et la réalisation des projets de traitement, de compression, et de transport du gaz et de production d’effluents dérivés du gaz. Cette direction renferme trois départements et qui sont le département étude équipement gaz, le département génie civil et le département réalisation des projets.
  • 14. Issat Gabès Roukaya & Nour 4 La direction exploitation gaz est chargé de superviser l’élaboration des prévisions de consommation et d’approvisionnement gaz à court et moyen termes, de gérer les contrats d’achats du gaz, d’optimiser le fonctionnement du réseau transport et des ouvrages de production et de traitement gaz et d’assurer la maintenance des ouvrages gaz de production, de traitement et de transport gaz. Cette direction est composée de trois départements : le département production et traitement gaz, le département mouvement gaz, le département transport gaz Le département production et traitement gaz assure l’entretien, la maintenance et l’exploitation des unités de production et de traitement du gaz et qui sont la station de compression et de traitement El- Borma et l’usine GPL de Gabès. Le département mouvement gaz s’occupe de l’élaboration des prévisions à court et moyen termes de consommation et d’approvisionnement en gaz, de la gérance des contrats d’achats du gaz, de l’optimisation du fonctionnement du réseau de transport à travers le centre de commande et de la programmation et l’autorisation de toute intervention et consignation sur le réseau. Le département transport gaz a pour mission de réceptionner les prélèvements gaz à partir des sources d’approvisionnement et d’en assurer le transport jusqu’à l’entrée des réseaux de distribution et des unités de production d’électricité. 2. L’historique de gaz naturel : Le gaz naturel a été découvert au Moyen-Orient au cours de l'antiquité. Il y a de cela quelques milliers d'années, l'apparition soudaine de gaz naturel s'enflammant brutalement était assimilée à des sources ardentes. En Perse, en Grèce ou en Inde, les Hommes ont érigé des temples autour de ces feux pour leurs pratiques religieuses. Cependant ils n'évaluèrent pas immédiatement l'importance de cette découverte. C'est la Chine qui comprit l'importance de ce produit autour de 900 avant Jésus-Christ et fora le premier puit aux alentours de 211 avant Jésus Christ. En Europe, il fallut attendre jusqu'en 1659 pour que la Grande-Bretagne découvre le gaz naturel et le commercialise à partir de 1790. En 1821, à Fredonia (Etats-Unis), les habitants ont découvert le gaz naturel dans une crique par l'observation de bulles de gaz qui remontaient à la surface. William Hart est considéré comme le "père du gaz naturel". C'est lui qui creusa le premier puit nord-américain. Au cours du XIXème siècle, le gaz naturel a presque exclusivement été utilisé comme source de lumière. Sa consommation demeurait très localisée en raison du manque d'infrastructures de transport qui rendait difficile l'acheminement de grandes quantités de gaz naturel sur de longues distances. En 1890, un changement important intervint avec l'invention des joints à l'épreuve des fuites. Cependant, les techniques existantes ne permettaient pas de transporter le gaz naturel sur plus de 160 kilomètres et ce produit a été gaspillé pendant des années car brûlé sur place. Le transport du gaz naturel sur de
  • 15. Issat Gabès Roukaya & Nour 5 longues distances s'est généralisé au cours des années 1920, grâce aux progrès technologiques apportés aux gazoducs. Après la seconde guerre mondiale, la consommation de gaz naturel s'est développée rapidement en raison de l'essor des réseaux de canalisation et des systèmes de stockage. L'industrie du gaz naturel a été fortement régulée pendant de nombreuses années car elle était considérée comme un monopole d'Etat. Au cours des 30 dernières années, un mouvement vers une plus grande libéralisation des marchés du gaz naturel et une forte dérèglementation des prix de ce produit ont débuté. Cette tendance eut pour conséquence d'ouvrir le marché à une plus grande concurrence et de rendre l'industrie du gaz naturel plus dynamique et plus innovante. En outre, grâce à de nombreux progrès technologiques, la découverte, l'extraction et le transport du gaz naturel vers les consommateurs peuvent se faire de manière plus aisée. Ces innovations ont également permis d'améliorer les applications existantes et d'en imaginer de nouvelles. Le gaz naturel est de plus en plus utilisé pour la production d'électricité. 2.1. L’historique de gaz naturel en Tunisie : ❖ NAISSANCE DE L’ACTIVITE DE TRANSPORT GAZ : 1956 : Naissance de l’activité de transport du gaz naturel en Tunisie avec l’alimentation de la ville de TUNIS par le gaz de Djebel Abderrahmane au Cap Bon. Gazoduc : 60 km, Ø4’’ ❖ GAZ EL BORMA : 1972 : Alimentation de la zone industrielle et des centrales de production électrique de GABES par le gaz associé d’EL BORMA. Gazoduc : 300 km, Ø10’’ ❖ GAZ ALGERIEN : 1983 et 1994 : Réalisation de deux gazoducs intercontinentaux de diamètre Ø48’’ reliant l’Algérie et l’Europe via un parcours de 370 km dans le territoire Tunisien. 1984 : Alimentation en gaz Algérien des centrales électriques, industriels et résidentiels des régions de : KASSERINE: 120 km, Ø8’’ GRAND TUNIS: 55 km, Ø20’’ SAHEL:70 km, Ø20’’ NABEUL:10 km, Ø10’’ ❖ PRODUCTION GPL : 1987 : Construction d’un Oléoduc (300 km, Ø6’’) pour le transport du condensat récupéré du gisement EL BORMA et Mise en service de l’USINE GPL-1 de Gabès.
  • 16. Issat Gabès Roukaya & Nour 6 2007 : Mise en service de l’USINE GPL- 2 de Gabès. ❖ GAZ DU GOLFE DE GABES : 1994 : Réalisation de l’interconnexion M’Saken-Gabès pour transporter le gaz algérien vers le Sud et récupérer les gaz offshores au Golfe de Gabès. Alimentation des industriels de la ville SFAX. Gazoducs : M’SAKEN-SFAX: 105 km, Ø24’’ SFAX-GABES : 135 km, Ø20’’ 1996 : Récupération du plus grand gisement de gaz MISKAR. Gazoduc : 16 km, Ø20’’ 2008 : Récupération du gaz CHARGUI. 2009 : Récupération du gaz HASDRUBAL ❖ GAZ DES GISEMENTS MARGINAU : 1998 : Récupération du gaz associé de la région du Chott Djérid. 2000 : Récupération du gaz associé de la région du Sud-Est. 2010 : Récupération du gaz associé du Golfe de Hammamet. ❖ PROJETS DE RENFORCEMENT RESEAU : 1999 : Secours du Grand Tunis. Gazoduc : 45 km, Ø24" 2003 : Installation d’une station de compression à Gabès (3 X 25 000 Nm3/h). 2014 : Installation d’une station de compression à M’saken (3 X 100 000 Nm3/h). En cours : Installation de deux stations de compression à : Zriba: 3 X 200 000 Nm3/h. AînTurkia: 3 X 200 000 Nm3/h. ❖ PROJETS DE DEVELOPPEMENT RESEAU : 2011 : Alimentation de la ville de KAIROUAN Gazoduc : 30 km, Ø8’’ En cours : Alimentation de : -la zone touristique de DJERBA et ZARZIS et de la ville de MEDENINE Gazoduc : 150 km, Ø12" -bassin minier de GAFSA Gazoduc : 100 km, Ø20" 2.2. Réseau national du gaz naturel : Le réseau national principal de transport gaz se compose de 1700 Km de conduite en acier de différents diamètres. Il est constitué essentiellement de : • Canalisations enterrées de tubes en aciers. • Postes de lignes (postes de sectionnement et poste de coupures) constitués des tuyauteries aériennes, de vannes. • Poste de détente (poste de pré-détente et poste de livraison) constitués de tuyauteries aériennes, de robinet, de détendeurs, de filtres, d’organes de sécurité et de comptage. • Des stations de compression.
  • 17. Issat Gabès Roukaya & Nour 7 La figure ci-dessous montre la répartition du réseau de gaz et de condensat sur tout le territoire tunisien avec les différents diamètres en pouces. Figure 1: répartition du réseau de gaz sur tout le territoire tunisien 3. Base de transport gaz sud : Pour assurer le mouvement du gaz et la protection du réseau, sept bases sont installées sur le territoire Tunisien à savoir : ❖ Base de Transport Tunis 1. ❖ Base de Transport Tunis 2. ❖ Base de Transport Béja. ❖ Base de Transport Sousse. ❖ Base de Transport Sfax. ❖ Base de Transport Kasserine. ❖ Base de Transport Gabès. La base de transport gaz Gabes dont ont fait partie est constituée de six divisions et de trois services : ❖ Division station de compression. ❖ Division transport gaz Gabes. ❖ Division transport gaz Djerba. ❖ Division transport gaz Tataouine.
  • 18. Issat Gabès Roukaya & Nour 8 ❖ Division travaux gaz. ❖ Division prélèvement et comptage. ❖ Service sécurité et gardiennage. ❖ Service affaire générale. ❖ Service ressources humaines. 3.1.Division transport gaz Gabes : Le service de transport de gaz de Gabès commence de poste de prélèvement d’El Borma jusqu’àu terminal arrivée de Gabès. Le gaz étant injecté dans un gazoduc de 10 vers Kammour (à 112 Km d’El Borma). La station de compression de Kammour comprime le gaz de nouveau et l’envoie vers la station de Gabes. Au niveau d’Om Chiah, à 65 Km de Gabès, le gaz se mélange avec le gaz associé récupéré à partir des gisements de baguel, franig et Tarfa. En raison de sécurité et d’application des normes, quatrespostes de sectionnement ont été insérées au réseau qui est sous charge de service de gabès à savoir : PS Jebbès, PS KassarGhilan, PS Om Chiah et PS El Hamma. Cinq autres postes de sectionnement mais qui sont insérés au gazoduc nord de 20: PS Ghannouch, PS Laouinet, PS lamarat, PS Bou Said et PS FondocChibani. Le service de transport a pour rôle d’assurer l’alimentation des : ▪ Clients STEG: TG Bouchemma (TG1, TG2, TG3, TG4, TG5), TG Ghannouch, Centale cycle combine Ghannouch, GPL. ▪ Client industriels : Cimenterie, Amonitrate, ICM (1,2,3), ICF, Alkimia, Timab,Sudbitûmes, poste de détente livraison El Hamma pour l’alimentation de briqueterie. En outre Le service transport gaz de Gabes veuille à la disponibilité continue du réseau de transport de condensa d’El Borma vers l’unité GPL (gaz pétrole liquéfié) pour le traitement. Cet Oléoduc de 6’’ et de longueur 300 Km étant parallèle du gazoduc de 10’’ provenant aussi d’El Borma en direction vers terminal arrivée Gabès. Le service transport gaz de Gabès a pour mission de soutirer les prélèvements de gaz provenant de : ▪ La station de traitement et de compression gaz El BORMA (gaz sud) : gaz SITEP, SONATRACH, AGIP ▪ La station de traitement OUM-CHIAH : gaz BAGUEL, FRANIG et TARFA ▪ L’usine GPL (gaz pétrole liquéfié) : gaz retour traité ▪ La station de traitement BRITISH-GAZ (gaz nord) : gaz MISKAR
  • 19. Issat Gabès Roukaya & Nour 9 Un débit de l’ordre de 43000 Nm 3 /h du gaz sud est transporté à une pression de 35 bar jusqu'à l’entrée de l’usine GPL c’est le gaz de charge. Après traitement par fractionnement à l’usine GPL, le gaz retourne au terminal arrivé c’est le gaz retour. Le gaz retour de GPL à une pression de 25 bars alimente ainsi le réseau de distribution de gaz de la zone industrielle de Gabes et les centrales électriques du milieu. En cas où la demande en gaz industriel n’est pas satisfaisante, un appoint par le gaz MISKAR est nécessaire. Une rampe avec deux détendeurs est prévue dans le poste nord dans le premier détendeur entre en fonctionnement à 24,5 bars et le deuxième détendeur à 24 bars si le premier est en disfonctionnement. Le clapet anti retour au refoulement du gaz nord assure la direction de mouvement du gaz vers un seul sens c’est celui du nord vers gaz mélange. Le TA étant alimenté en gaz par deux postes d’arrivées celle de sud et celle du nord. Elle comporte en outre : ▪ Poste de détente gaz de charge GPL (gaz sud) de 76 bars à 35 bars. ▪ Poste de détente gaz du nord (Miskar) de 76 bars à 25 bars. ▪ Poste de détente gaz industriel 25 bars à 15 bars. ▪ Poste de comptage gaz de charge GPL ▪ Poste de comptage gaz retour GPL ▪ Poste de comptage gaz du nord (MISKAR) ▪ Poste de comptage gaz by-pass. Pour assurer sa fonction le service transport gaz sud se divise en deux sections à savoir la section de maintenance pipe et la section de comptage et entretien postes de livraison gaz. Parmi les équipements qui font l’objet de suivi et de maintenance de service de transport on cite : 3.2. Service transport Gaz Gabès : ❖ Service administrative : -Gestion des affaires administratives, sociales, médicales des agents de la BTGS. ❖ Division contrôle technique et prélèvement gaz : -Il s’occupe principalement du contrôle des quantités et de la qualité du gaz prélevé à partir de point de livraison de la société PERENCO à Gabès. -Il assure le comptage de l’énergie consommée par les différents clients reliés au réseau Gaz de la région de Gabès l’opération de facturation se fait par le service comptabilité du district de Gabès. ❖ Service BDM : Assure la gestion de la maintenance préventive et curative.
  • 20. Issat Gabès Roukaya & Nour 10 ❖ Service sécurité : -Le responsable de la section sécurité veille à ce que les travaux d’entretien, de maintenance et d’exploitation réseau se fassent dans les normes de sécurité. -Assure le contrôle périodique des extincteurs de la BTGS. -Assure le contrôle règlementaire des moyens de levage affectés à BTGS. -planifie des stages de formation en sécurité matériel et humaine pour les agents de la BTGS. 3.3. L’organigramme : Figure 2: Organigramme de base transport gaz de gabes. 4. Conclusion : Cette étude nous a permis de connaitre l’environnement du travail et de poser la problématique. Pour résoudre cette dernière, nous avons commencé par l’étude détaillée de protection cathodique, ainsi que l’étude de l'installation de photovoltaïque. Dans le chapitre suivant, on traite l’analyse détaillée de corrosion, et la solution de ce problème. SECRETERIAT DIVISION TRANSPORT GAZ GABES DIVISION INTERVENTION RAPIDE SERVICE AFFAIRES GENERALES SERVICE GESTION DE PERSONNEL SERVICE BDM SERVICE DISPATCHING DIVISION QUALITE ET PRELEVEMENT DIVISION STATION DE COMPRESSION SERVICE SECURITE CHEF DE BASE TRANSPORT GAZ SUD
  • 21. Issat Gabès Roukaya & Nour 11 Chapitre 2 : Protection cathodique
  • 22. Issat Gabès Roukaya & Nour 12 1. Introduction : Nombre de structures métalliques sont par nécessité enterrées ou immergées et s’y trouvent abandonnées pour de nombreuses années. Dans ces environnements, l’élément métallique tend naturellement par des processus de corrosion à retourner à son état originel de minerai ou de rouille. Pour se prémunir de cette dégradation "sournoise" et éviter des conséquences brutales (rupture d’ouvrages sous pression…) et pénalisantes (arrêt d’exploitation, réparations…), des moyens de protection sont couramment utilisés : • Le revêtement à la surface du métal constitue une barrière protectrice isolante dont l’efficacité est limitée par toute dégradation due aux imperfections, blessures et vieillissement dans l’environnement • La protection cathodique protège en permanence le métal exposé au milieu conducteur. Elle est utilisée en complément ou non de l’application d’un revêtement. 2. La corrosion : 2.1. Généralité : La corrosion est une destruction relative lente et progressive qui résulte d’une attaque chimique à basse température (t<100°C) effectuée par les agents atmosphériques, par l’eau ou sa vapeur ou par les divers produits chimiques. La corrosion se traduit généralement par les effets suivants : diminution de poids, altération de la surface et affaiblissement des propriétés mécaniques [1]. 2.2. Classement de la corrosion : Les phénomènes de corrosion sont généralement classés en deux grandes catégories [1]: • la corrosion électrochimique (en milieu marin) • la corrosion chimique (la corrosion sèche oxydante à haute température). 2.3. Principe de la corrosion électrochimique : C'est le phénomène de corrosion le plus important et elle se manifeste lorsque l'électrolyte est un liquide ou lorsqu’il existe une hétérogénéité soit dans le métal ou dans le réactif, présentant une dissymétrie décomposition. L'existence de ces hétérogénéités détermine la formation d'une pile, alors un courant électrique circule entre anodes et cathodes dans le réactif et les zones qui constituent les anodes sont attaquées (corrodées) [2]. Pour une corrosion électrochimique on a : A solide + B liquide AB solide
  • 23. Issat Gabès Roukaya & Nour 13 On peut trouver deux types de corrosion électrochimique : • La corrosion uniforme • La corrosion localisée. 2.4. Les facteurs de la corrosion : Les phénomènes de corrosion dépendent de plusieurs facteurs sont : • Nature du métal ou de l’alliage. • Présence d’inclusion ou d’autres corps étrangers à la surface du métal. • Homogénéité de la surface métallique. • Nature du milieu corrosif. • Les couches des oxydes. • Présence de dépôts sur la surface. • Défauts de surface et possibilité de la présence de corrosion crevasse. Pour aborder le problématique de corrosion électrochimique, on peut utiliser la protection cathodique peut être efficace [3]. 3. Protection cathodique : Les moyens de lutte contre la corrosion des ouvrages métalliques enterrés ou immergés peuvent être classés en deux types qui sont complémentaires : la protection active, protection passive. 3.1. Protection passive : La protection de la surface extérieure de la conduite métallique par un type de revêtement approprié a pour but de former une barrière qui l’isole de son milieu environnant. Ce type de revêtement ne fournit pas de protection absolue et définitive en raison des défectuosités susceptibles de se produire lors de la pose ou au cours de la vie de l'ouvrage. Afin d’être performant, le revêtement appliqué doit répondre à certaines spécifications dont, entre autres, l’adhérence, la bonne résistance à l'impact, le bon isolement électrique et aussi une stabilité durable de sa composition chimique [4]. 3.1.1. Procédés de protection passive : La protection par revêtement extérieurs vise à isoler le plus parfaitement possible, le métal du milieu ambiant pour prévenir le mécanisme de la corrosion. Le principe de protection passive repose sur l’imperméabilité élevée du revêtement. Celui-ci doit adhérer parfaitement à la surface métallique, et être étanche à l’eau et à l’air. En autre, il doit avoir une résistivité et une rigidité diélectrique suffisantes et conserves toutes ces propriétés dans le temps. Ce système est
  • 24. Issat Gabès Roukaya & Nour 14 généralement employé sur les structures enterrées. Il est complété d’une façon systématique par la protection cathodique pour pallier les risques de corrosion là où le revêtement est dégradé [4]. 3.1.2. Les différents types de revêtements : On distingue trois grandes catégories de revêtements pour les conduites de transport [4]: • Revêtement à base de produits hydrocarbonés. • Revêtements thermoplastiques. • Revêtement à base de produits thermodurcissable. 3.2. Protection active (protection cathodique) : La protection cathodique consiste à amener par des moyens extérieurs et artificiels l'ensemble de la surface extérieure du métal à un potentiel suffisamment négatif pour rendre le métal entièrement cathodique et supprimer ainsi tout risque de corrosion. 3.2.1. Principe de la protection cathodique : La Protection Cathodique d’un ouvrage métallique en contact avec un électrolyte consiste à placer cet ouvrage à un potentiel électrique négatif tel que la corrosion devienne thermodynamiquement impossible. Comme valeur de potentiel, au-dessous duquel l’acier ne peut se corroder dans un milieu ayant un pH compris entre 4 et 9, on admet le critère de -850mV, mesuré par rapport à l’électrode impolarisable au sulfate de cuivre en solution saturée. Le principe de la Protection Cathodique trouve son application dans la pile élémentaire ou l’une des électrodes (anode) est toujours corrodée alors que l’autre ne l’est pas. Deux méthodes sont utilisées pour rendre un ouvrage cathodique par rapport à une anode extérieure [4]:  Le soutirage de courant ou dispositif à courant imposé (B).  L’anode sacrificielle appelée encore anode réactive (A).
  • 25. Issat Gabès Roukaya & Nour 15 -A- -B- Figure 3: Principe de protection cathodique (anode sacrificielle et courant imposé). 3.2.2. Facteurs affectant la protection cathodique : Atténuée par L’efficacité d’un système de protection cathodique appliquée sur une conduite donnée peut être certains facteurs mécaniques, physiques et environnementaux qui se manifestent sous différentes formes [5]:
  • 26. Issat Gabès Roukaya & Nour 16 • Insuffisance de continuité électrique. • Perte d'adhérence des revêtements sur la conduite à protéger. • Influence des structures adjacentes. • Influence des courants vagabonds (courant continu et courant alternatif). 3.2.3. Type de protection cathodique : 3.2.3.1. Protection par anodes sacrificielles : 3.2.3.1.1. Principe de fonctionnement : La protection cathodique par anodes sacrificielles a pour but de mettre à profit l’effet du couple galvanique (pile) crée par l'association, dans un même électrolyte de deux métaux différents : le métal à protéger et un métal moins noble qui constitue l’anode. Dans ce type de protection, l'anode se consomme par dissolution en portant la surface du métal à protéger au-delà de son potentiel d'immunité. Figure 4: Protection cathodique par anode sacrificielle. Pour que la protection existe, il faut • Que la pile débite, donc que l'anode soit reliée électriquement au métal • Que la surface à protéger et l'anode soient plongées toutes dans le même milieu électrolytique • Que l’installation soit adaptée à la surface à protéger (dimensions, nombre répartition des anodes). La protection par anodes sacrificielles n'a pas une durée indéfinie. Elle s'arrête avec la disparition du matériau sacrificiel. L'évaluation de sa durée de vie est estimée par calcul du dimensionnement des anodes et par retour d'expérience, généralement une quinzaine d'années [2]. 3.2.3.1.2. Choix des anodes sacrificielles : Il existe plusieurs types d’anodes dont les caractéristiques et les applications sont différentes. Le tableau suivant résume les principales caractéristiques des anodes les plus utilisées.
  • 27. Issat Gabès Roukaya & Nour 17 Tableau 1: principales caractéristique des anodes les plus utilisées[3]. Type anode Caractéristiques Anode à base de zinc Anode à base d’aluminium à l’indium Anode à base de magnésium Potentiel en charge (V) -1 à –1,05 en eau de mer -1,10 à terre -1,05 -1,4 à –1,5 (type standard) -1,6 à –1,7 (type haut potentiel) Capacité pratique (Ah/kg) 780 en eau de mer 740 à terre 2600 1100 (type standard) 1230 (type HP) Consommation Pratique (kg/A.an) 11,2 en eau de mer 11,9 en terre 3,4 6,5 à 8 Rendement Electrochimique (%) 95 en eau de mer 90 à terre 87 55 Domaine d’application -Conduites enterrées de faible longueur - Ouvrages immergés - Capacités métalliques (intérieur ou extérieur) - Réservoirs sous talus -Plates-formes offshore -Conduite offshore chaude -Capacité métalliques (intérieur) -Conduites enterrées sur de faibles longueurs - Conduites offshore sur plusieurs Km à partir des plates-formes -Pré polarisation d'ouvrages offshore permettant de réduire la quantité d'anodes d'aluminium devant prendre le Relais -Réservoirs sous talus Avantages -Potentiel bien adapté à la protection des structures compactes en eau de mer - Comportement sûr dans les conditions diverses de fonctionnement (sol, eau de mer, vase, milieux confinés) -Excellent rendement - Peu sensibles aux salissures Marines -Coût de l'A/an le plus faible (forte capacité pratique) - Potentiel bien adapté à la protection des structures complexes en eau de mer -Utilisation possible dans les citernes des tankers (pas d'étincelle en cas de chute) - Reste active aux températures élevées avec -Portée élevée (fort potentiel) - Polarisation rapide de la structure (précipitation du dépôt calco- magnésien en eau de mer) -Faible poids spécifique
  • 28. Issat Gabès Roukaya & Nour 18 toutefois une chute du rendement Inconvénients -Portée limitée (faible potentiel) -Température d'utilisation limitée à 60 °C -Coût A/an -Poids spécifique élevé -Moins adaptée dans les milieux faiblement renouvelés (chute de rendement en cas d'acidification du milieu) - Vulnérable aux salissures marines -Déconseillé pour la protection des ouvrages entièrement peints car il y a risque de passivation si l'anode n'est que faiblement sollicitée -Force électromotrice parfois surabondante pour la protection en eau salée (surconsommation, risque de cloquage de la peinture) -Faible durée de vie (remplacement fréquents nécessaires) -Rendement médiocre en eau de mer -Coût de l'A/an le plus élevé 3.2.3.2. Protection par courant imposé : Dans certaines situations de protection, les anodes sacrificielles ne peuvent pas délivrer suffisamment de courant pour une protection idéale. Cette situation est souvent rencontrée dans les cas de longues conduites ayant un grand diamètre et de conduites présentant un problème d’isolation. De même, certaines conditions environnementales peuvent parfois être à l’origine de ce genre de problèmes. Devant des circonstances pareilles, les ingénieurs de design favorisent l’application de la protection par courant imposé. 3.2.3.2.1. Principe de fonctionnement : La protection cathodique par courant imposé (par soutirage de courant) utilise une source d’énergie électrique en courant continu qui débite dans un circuit comprenant : • Un déversoir (masse anodique) ; • L’électrolyte (sol ou eau) ; • Structure à protéger (conduite de transport). Le pôle positif de la source d’énergie est relié au déversoir alors que le pôle négatif est relié à la conduite, le courant venant du déversoir traverse l’électrolyte, puis entre dans la conduite créant ainsi un abaissement de potentiel recherché correspondant à l’immunité de métal qui est l’acier [3].
  • 29. Issat Gabès Roukaya & Nour 19 Figure 5: Protection cathodique par courant imposée. 3.2.3.2.2. Domaines de potentiels de protection préconisés : Le tableau suivant donne les domaines de potentiel généralement recommandés, pour différents métaux dans différents milieux : Tableau 2: Domaines de potentiels de protection préconisés [3]. Métal Domaines de protection préconisés Dans les sols Electrode (Cu/CuSO4) En eau de mer Electrode (Ag/AgCl) Acier et carbone 1) environnement aérobie 2) environnement anaérobie <-085 V <-095 V <-080 V <-090 V Alliage cuivreux < –0,50 V à –0,65 V < –0,45 V à –0,60 V Aluminium Entre –0,95 V et –1,20 V Entre –0,90 V et –1,15 V Plomb Entre –0,60 V et –1,50 V Entre –0,55 V et –1,45 V 3.2.3.2.3. Domaines d’application : La protection cathodique par courant imposé s’emploi chaque fois que l’intensité nécessaire à la protection est importante ou que la portée demandée est élevée [3] : • Conduites enterrées ou immergées, revêtues ou nues. • Casings de forage. • Structures marines importantes. • Réservoirs de stockage de grandes dimensions.
  • 30. Issat Gabès Roukaya & Nour 20 • Ouvrages concentrés (station de pompage ou de compression …). 3.2.4. Les différences entre les types des systèmes protection cathodique : Tableau 3: Comparaison entre les deux systèmes protection [5]. Anode galvanique ou sacrificielle Système à courant imposé Complexité de l’installation Simple Complexe Source d’énergie Non nécessaire Nécessaire Distribution du courant sur la Structure Homogène Souvent hétérogène Poids de la structure Importante surcharge en poids pour les longues durées de vie Peu d’accroisement Influence de la résistivité du milieu Non envisageable si la résistivité du milieu est trop grande Pas de difficulté Débit par anode Faible Elevé Nombre d’anode Important Faible Facilité d’adapter le courant consommé en fonction de la demande Adaptation possible à travers une liaison résistance Adaptation facile Risque de surprotection Pratiquement aucune Possible Interférence avec d’autres structures Non Possible Risques humains Non Possible (Poste de soutirage) Surveillance Aisée et occasionnelle Surveillance fréquente requise par un spécialiste 4. Conclusion : On a vu dans ce chapitre les notions de base de la protection cathodique en générale puis on a détaillé dans ces deux principales méthodes (protection par anodes sacrificielles et par courant imposé), avec ces principes, constitution et conception. Dans le prochain chapitre on va proposer l'installation photovoltaïque comme solution pour alimenter la protection cathodique.
  • 31. Issat Gabès Roukaya & Nour 21 Chapitre 3: les installations photovoltaïques et ses composants
  • 32. Issat Gabès Roukaya & Nour 22 1. Introduction : Aujourd’hui, l’exploitation des énergies renouvelables est devenue possible garce aux nouvelles technologies, Ces énergie sont des énergies disponibles en quantités illimitées sur la terre avec des différentes sources comme : l’hydroélectrique, la biomasse, l’éolienne, le soleil et la géothermie. L’énergie solaire, c’est une énergie disponible partout, non polluante et qui ne s’épuise jamais. Grâce au développement des semi-conducteurs, la production de l’électricité à partir de cette source est probablement faisable pour plusieurs et différentes applications. 2. Le gisement solaire : Le gisement solaire est un ensemble de données décrivant l’évolution de rayonnement solaire disponible au cours d’une période donné, il est utilisé dans des domaines aussi varié que l’agriculture, la métrologie, les applications énergétiques et la sécurité publique. Dans les systèmes d’exploitation de l’énergie solaire, le besoin de données d’insolation est d’une importance capitale, aussi bien dans la conception et le développement de ces systèmes que dans l’évaluation de leur performance. 2.1. L’éclairement (rayonnement) : L’irradiance ou éclairement énergétique est un terme utilisé en radiométrie pour quantifier la puissance d'un rayonnement électromagnétique par unité de surface, dans le système international d'unités, elle est exprimée en watt par mètre carré (W/m2 ou Wm-2 ). L'éclairement qualifie communément la puissance du flux lumineux délivré par unité de surface [6]. Figure 6: Différents rayonnements solaires.
  • 33. Issat Gabès Roukaya & Nour 23 2.2.Irradiation : L’irradiation (Ensoleillement ou éclairement) est définie comme une puissance reçue par une surface. Il s'exprime en W/ m2 (watt par mètre carré). L'irradiation ou rayonnement est l'énergie reçue par une surface. Elle s'exprime en (J.m2) (Joule par mètre carré). D'autres unités plus courantes sont le Wh/ m2(wattheure par mètre carré) Signalons que, l’irradiation solaire dépend de [7] : • l’orientation et l’inclinaison du panneau solaire. • la latitude du lieu et son degré de pollution. • la période de l’année. • l’instant considéré dans la journée. • la nature des couches nuageuses. 2.3. Latitude : La latitude φ permet de localiser la distance angulaire d’un point arbitraire par rapport à l’équateur. Elle change de 0 ° à l’équateur à 90 ° au pôle Nord [6]. Figure 7: Schéma explicatif de la latitude. 2.4. Longitude : Un point à la surface de la terre est localisé par deux coordonnées angulaires : la latitude φ et la longitude λ. C’est la mesure de l’angle entre le méridien du lieu et la méridienne origine des longitudes (Greenwich en Angleterre). Les régions qui sont situées à l’Est sont comptées avec le signe +. Le grand arc de cercle qui joint le pôle Nord, Greenwich et le pôle Sud s’appelle méridien origine. Il y a 23 méridiens séparés de 15° donnante naissance aux 24 fuseaux horaires.
  • 34. Issat Gabès Roukaya & Nour 24 On a décidé de fixer la ligne de modification de date sur le méridien n° 12 au beau milieu du pacifique. Quand il est midi le jour J à Greenwich, il est minuit du même jour sur la bordure Ouest de la ligne de changement de date et minuit du jour J-1 sur bordure Est. Pour le comprendre, il suffit de montrer mentalement la projection cylindrique de la sphère terrestre. Par convection, bien que le méridien de Greenwich passe par Bordeaux, la France est avec l’Europe continentale dans le fuseau horaire 1 [6]. Figure 8: Schéma explicatif de la longitude. 2.5.L’azimut horaire : C’est l’angle a compris entre le méridien du lieu et le plan vertical passant par le soleil. La connaissance de l’azimut est indispensable pour le calcul de l’angle d’incidence des rayons sur une surface non horizontale. L’origine des azimuts correspond à la direction du Sud dans l’hémisphère Nord. L’angle d’azimut est compté positivement vers l’Ouest [6]. 2.6. Temps solaire vrai (TSV) : Le temps solaire vrai est une mesure du temps basée sur le déplacement apparent du Soleil au cours de la journée. Le temps solaire vrai en un lieu et à un moment donnés est l'angle horaire du soleil en ce lieu et à ce moment. En découle la définition du midi solaire : c'est l'instant où le Soleil atteint son point de culmination, en un endroit donné de la Terre ; à cet instant, son angle horaire est égal à zéro [6]. 2.7. L’angle horaire : L’angle horaire (ω) mesure le mouvement du soleil à l’instant où le soleil passe au plan méridien du lieu zénith. Donc la valeur ω = 0° lorsque le soleil passe au plan méridien d'un lieu : il est alors midi vrai au soleil. 3. l’énergie solaire photovoltaïque : L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire dans une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles et forment
  • 35. Issat Gabès Roukaya & Nour 25 un panneau solaire (ou module photovoltaïque). Plusieurs modules regroupés forment un champ photovoltaïque [7]. 3.1. Cellule photovoltaïque : La cellule photovoltaïque (photopile) forme l’élément de base du générateur photovoltaïque, c’est une méthode optoélectronique de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique. Elle est réalisée à base de matériaux semi-conducteurs. 3.2. Structure de cellule photovoltaïque : Une cellule photovoltaïque est constituée de plusieurs couches. On trouve au centre de cette cellule, une couche avec porteurs de charges libres négative (N) en contact avec une autre couche avec porteurs de charges libres positives (P). De part et autre du cœur de la cellule, on a une couche conductrice (K) autrement dit une grille métallique, puisqu'il faut que cette couche soit conductrice et ne subisse pas des phénomènes de corrosion. On a donc une couche qui sert de cathode (pôle +) recouvrant la couche semi- conductrice dopée N et une couche qui joue le rôle de l'anode (pôle -) en dessous la couche semi- conductrice P. Aussi le silicium est très réflecteur, on place donc un revêtement anti-réflexion sur le dessus de la cellule. Enfin on trouve une couche de verra qui protège la cellule. Ces couvertures de protections sont indispensables car la cellule est très fragile. L’épaisseur totale de la cellule est de l'ordre du millimètre. Pour finir, on relie les cellules entre elles, constituant alors le panneau solaire, afin d'obtenir une puissance suffisante [8]. Figure 9:Structure d’une cellule photovoltaïque. 3.3. Les différents types de cellules photovoltaïques : Il existe différents types cellules photovoltaïques, répartie à base de leurs technologies de fabrication, généralement les technologies les plus répondus sont à base de silicium, notamment d’autre matériaux sont aussi utilisés, comme les matières organiques. 3.3.1. Les cellules à base de silicium monocristallin : Les cellules en silicium monocristallin représentent la première génération des Générateurs photovoltaïques. Pour les fabriquant, on fond du silicium en forme de barreau. Lors d’un
  • 36. Issat Gabès Roukaya & Nour 26 refroidissement lent et maîtrisé, le silicium se solidifie en ne formant qu'un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d'un bleu uniforme. Durée de vie 20 à 30 ans [7]. • Avantage : ➢ bon rendement, de 15% à 22%. ➢ nombre de fabricants élevé. • Inconvénients : ➢ coût élevé. ➢ rendement faible sous un faible éclairement. Figure 10: Cellule Silicium monocristallin. 3.3.2. Les cellules à base de silicium poly cristallin : Pendant le refroidissement du silicium dans une lingotière, il se forme plusieurs cristaux, Cette cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux. Ce sont les cellules les plus utilisées pour la production électrique (meilleur rapport qualité-prix). Durée de vie 20 à 30 ans [7]. • Avantages ➢ cellule carrée (à coins arrondis dans le cas du Si monocristallin) permettant un meilleur foisonnement dans un module. ➢ moins cher qu’une cellule monocristalline. • inconvénients ➢ moins bon rendement qu’une cellule monocristalline 10à 13%. ➢ rendement faible sous un faible éclairement.
  • 37. Issat Gabès Roukaya & Nour 27 Figure 11: Cellule Silicium poly cristallin. 3.3.3. Les cellules à base de silicium amorphe : Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projeté sur une feuille de verre. La cellule est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires" [7]. • avantages ➢ fonctionne avec un éclairement faible ou diffus (même par temps couvert). ➢ un peu moins chère que les autres technologies. ➢ intégration sur supports souples ou rigides. • inconvénients ➢ rendement faible en plein soleil, de 5% à 10%. ➢ performances qui diminuent avec le temps (environ 7%). Figure 12: Cellule Silicium amorphe. 3.3.4. Cellule photovoltaïque organique et plastiques : Ils sont composées d’une bicouche de molécules évaporées sous vides, attient 0 .95% de rendement de conversion, ces cellules comprennent deux voie des cellules « humide » et la voie des cellules polymère organique dite aussi cellules « plastiques ».Le progrès de ces technologies sont très rapide, des records de rendement sont très fréquemment battus (actuellement près de 6%).Elles ouvrent également la voie aux applications légères, nomades et souples [9].
  • 38. Issat Gabès Roukaya & Nour 28 Figure 13: Cellule photovoltaïque organique. 3.3.5. Technologie couche mince : Les cellules PV dites couche mince (Thin-film) constituent ce que certains appellent les cellules de seconde génération car elles font historiquement suite aux cellules en silicium cristallin relativement épaisses. L’intérêt de la technologie couche mince vient de la faible quantité de matériaux nécessaire à la fabrication d’une cellule comparativement aux cellules classiques. Contrairement aux cellules silicium cristallin de première génération, on ne dépose que la quantité de matériau photosensible efficace pour absorber l’essentiel du rayonnement solaire (quelques microns d’épaisseurs suffisent). Par ailleurs, on utilise des méthodes de fabrication moins coûteuses des cellules qui permettent une intégration totale. Dans le cas de "couches minces", le semi-conducteur est directement déposé par vaporisation sur un matériau support (du verre par exemple). Le silicium amorphe (a-Si) (silicium non cristallisé de couleur gris foncé), le tellurure de cadmium (CdTe), le di sélénium de cuivre indium (CIS) font notamment partie de cette génération. Ce sont des cellules de cette technologie que l’on retrouve dans les montres, calculatrices [10]. Figure 14: Cellule photovoltaïque en couche mince. 3.3.6. Les cellules multi-jonctions à haut rendement : Aujourd'hui, la plupart des cellules photovoltaïques inorganiques sont constituées d’une simple jonction PN. Dans cette jonction, seuls les photons dont l'énergie est égale ou supérieure à la bande interdite du matériau (notée Eg en eV) sont capables de créer des paires électron-trou. En d'autres termes, la réponse photovoltaïque d’une cellule simple jonction est limitée à l’énergie du photon. Seule la proportion du
  • 39. Issat Gabès Roukaya & Nour 29 spectre solaire dont l’énergie des photons est supérieure au gap d’absorption du matériau est utile, l’énergie des photons plus faible n’est donc pas utilisable. D’autre part, même si l’énergie des photons est suffisante, la probabilité de rencontrer un électron est faible. Ainsi, la plupart des photons traversent le matériau sans avoir transférer leur énergie. Une première réponse pour limiter les pertes est connue de longue date du point de vue technologique, il suffit d’utiliser des systèmes à plusieurs niveaux, en empilant des jonctions possédant des gaps décroissants, Ainsi il est possible d’exploiter le spectre solaire dans sa quasi-totalité avec des rendements de conversion très importants [11]. Figure 15:Les cellules multi-jonctions. Figure 16: Principe de la cellule à multi-jonction. 3.3.7. Cellules flexibles : Basées sur un processus de production similaire à celui des couches minces, ces cellules sont constituées d’un dépôt de matière active sur un plastique fin, rendant le tout flexible. Cela ouvre la voie à une série d’applications, en particulier pour l’intégration aux bâtiments (toiture) et pour les applications domestiques [11].
  • 40. Issat Gabès Roukaya & Nour 30 Figure 17: Cellules flexibles. 3.4. Principe de fonctionnement de cellule photovoltaïque : Une cellule photovoltaïque est un dispositif semi-conducteur généralement à base silicium. Elle est réalisée à partir de deux couches, une dopée P et l’autre dopée N créant ainsi une jonction PN avec une barrière de potentiel. Lorsque les photons sont absorbés par le semi-conducteur, ils transmettent leur énergie aux atomes de la jonction PN de telle sorte que les électrons de ces atomes se libèrent et créent des électrons (charges N) et des trous (charges P). Ceci crée alors une différence de potentiel entre les deux couches. Cette différence de potentiel est mesurable entre les connexions des bornes positives et négatives de la cellule [12]. Figure 18:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de la cellule 3.5. Générateur photovoltaïque : 3.5.1. Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque : Tableau 4: Notions de bases sur les cellules, les panneaux et le champ photovoltaïque. Définition Images Cellule photovoltaïque: est l’unité de base qui permet de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique.
  • 41. Issat Gabès Roukaya & Nour 31 Panneau photovoltaïque: est formé d’un assemblage de cellules photovoltaïques. Parfois, les panneaux sont aussi appelés modules photovoltaïques. Générateur photovoltaïque Lorsqu’on regroupe plusieurs panneaux sur un même site, on obtient cellule panneau champ. 3.5.2. Type de raccordement des panneaux solaires : Le module est un assemblage des cellules solaires qui transforme l'énergie solaire en énergie électrique. Un module PV contient généralement 33 à 72 cellules photovoltaïques. • Association en parallèle : Le montage des panneaux photovoltaïques en parallèle additionne les intensités tandis que la tension reste identique. Ce type de raccordement influe donc sur l’ampérage et non sur le voltage. Les bornes positives de chaque panneau sont reliées entre elles, de même que les bornes négatives. On choisit ce type de branchement lorsque l’on souhaite une forte intensité. Afin d’éviter les risques de surtension et de court- circuit, on relie entre eux des panneaux de même voltage. On peut par contre utiliser des panneaux d’intensité différente afin d’atteindre l’ampérage désiré [13]. Figure 19: Panneaux en parallèle.
  • 42. Issat Gabès Roukaya & Nour 32 • Association en série : Le montage de panneaux photovoltaïques en série est l’option à retenir lorsque l’on souhaite additionner les voltages de chaque panneau en préservant un ampérage identique. On relie les pôles positifs d’un panneau aux pôles négatifs d’un autre panneau. Ce type de branchement s’effectue avec des panneaux de même ampérage. En effet si l’on relie deux panneaux d’ampérage différent, l’ensemble s’aligne sur l’ampérage le plus faible [13]. Figure 20: Panneaux en série. • Association mixte (série -parallèle) : Dans ce mode le courant et la tension augmentent. Figure 21: Panneaux en mixte. 4. Les composants de système photovoltaïque : Un système PV est un ensemble complet d’équipements PV pour transformer la lumière du soleil en électricité, généralement il se compose de quatre éléments principaux : le générateur PV, la batterie, le régulateur, l’onduleur. 4.1. Le panneau photovoltaïque : L’ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles constitue le module ou le panneau PV, ce dernier est chargé de capter les rayons solaires et les convertir en électricité [16].
  • 43. Issat Gabès Roukaya & Nour 33 4.2. La batterie : Les batteries solaires stockent l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques afin d’assurer l'alimentation électrique en toutes circonstances (jour ou nuit, ciel dégagé ou couvert). 4.2.1. Rôle d’une batterie : Dans un système photovoltaïque, la batterie remplit trois fonctions importantes : • Autonomie : une batterie permet de répondre aux besoins de la charge en tout temps, même la nuit ou par temps nuageux, sans être rechargée ni endommagée [14]. • Courant de surcharge : une batterie permet de fournir un courant de surcharge pendant quelques instants, c'est-à-dire un courant plus élevé que celui que peut fournir le champ PV. Ceci est nécessaire pour faire démarrer les moteurs et les autres appareils requérants un courant de démarrage de 3 à 5 fois supérieur au courant d’utilisation [14]. • Stabilisation de la tension : l’un des intérêts d’une batterie est la disponibilité d’une tension constante, en éliminant les écarts de tension du champ PV et en permettant aux appareils un fonctionnement à une tension optimisée [14]. 4.2.2. Les caractéristiques des batteries : Pour toutes les batteries, quel que soit le type de fabrication, elles ont caractéristiques communes : • La charge : L'état de charge (SOC), exprimé en %, est le rapport entre la capacité résiduelle et la capacité nominale de l'accumulateur. C'est à dire l'énergie restant dans la batterie [17]. • La décharge : La profondeur de décharge (DOD), exprimé en %, est le rapport entre la capacité déjà déchargée et la capacité nominale de l'accumulateur. C'est à dire l'énergie consommée dans la batterie. La somme des valeurs de SOC et DOD donne toujours 100% [17]. • Capacité : La capacité d’une batterie est la quantité d’énergie que l’on peut stocker et que l’on peut restituer par celle-ci sous une tension nominale; elle est exprimée en ampère-heure [14]. • Autodécharge : C’est le rapport entre la quantité d’énergie perdue sans utilisation et la quantité d’énergie stockée, ou bien c’est la perte de capacité obtenue en laissant l’accumulateur au repos pendant un temps donné [14].
  • 44. Issat Gabès Roukaya & Nour 34 • Rendement : Le rendement charge /décharge : est le rapport entre la quantité d’électricité débitée à la décharge et celle fournit lors de la charge. Il est calculé en Ah et en pourcentage, ce rendement est pratiquement constant pour une batterie neuve on prend une valeur de 0,9 en Ah [14]. • La durée de vie : Un accumulateur peut être chargé puis déchargé complètement un certain nombre de fois avant que ces caractéristiques ne se détériorent ; c’est le nombre de séquences de charge/décharge que peut subir une batterie à sa profondeur de décharge. Le nombre de cycles maximal et la durée de vie sont fortement dépendants de la technologie de fabrication et des conditions ainsi que le mode d’utilisation de l’accumulateur, donc il a une durée de vie totale exprimée en année [14]. 4.2.3. Types de batterie : On distingue généralement trois types de batteries solaires [18] : ✓ Batteries au plomb ✓ Batteries au nickel ✓ Batteries au Lithium 4.2.4. Regroupement des batteries : ➢ Association des batteries en série : La tension de l’ensemble sera égale la tension d’une seule cellule multipliée par le nombre des cellules en série la capacité reste d’une valeur constante [19]. ➢ Association des batteries en parallèle : La tension reste constante égale à la tension d’une seule cellule bien que la capacité se multiplier par le nombre des cellules que constitue la batterie [19]. ➢ Association en série-parallèle : La tension sera égale à la tension d’une cellule multipliée par le nombre de cellules en séries, le capacité sera égale à la capacité d’une seule cellule multiplie par le nombre des cellules connectées en parallèle [19].
  • 45. Issat Gabès Roukaya & Nour 35 Figure 22: Raccordement des batteries solaire (série, parallèle ou mixte). 4.3. Onduleur : Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion continue-alternative (DC/AC) grâce à des semi-conducteurs afin d’alimenter des charges typiquement alternatives, donc il permet d’obtenir une tension ou un courant alternatif à partir d’une source continue [14]. 4.3.1. La caractéristique d’un onduleur : Les critères de choix d’un onduleur sont nombreux et s’appuient sur l’exigence de la charge électrique et du système installé, et on peut citer quelques un : • Le rendement : C’est le critère principal dans le choix d’un onduleur, car on souhaite maintenir élevé l’efficacité du système. Il est définit comme étant le rapport de la valeur efficace de la puissance de sortie sur la valeur de la puissance d’entrée continue, un onduleur efficace est celui qui aura un rendement élevé sur une grande plage de puissances possibles [14]. • La tension d’entrée : C’est la gamme de la tension d’entrée acceptable durant le fonctionnement de l’onduleur [14]. • La puissance nominale : C’est celle que peut délivrer l’onduleur en fonctionnement permanent [14]. • La forme d’onde : Les appareils qu’alimente l’onduleur doivent pouvoir supporter la forme d’onde de sortie de l’onduleur. Il faut donc connaitre les tolérances sur la tension et la fréquence de chaque appareil susceptible d’être alimenté par l’onduleur [14]. 4.3.2. Diffèrent types topologies : Il existe plusieurs différents types topologies d’onduleurs utilisé selon la nature et l’exigence de l’installation et les plus importants sont :
  • 46. Issat Gabès Roukaya & Nour 36 • Onduleurs modulaires (module inverter) : Chaque module solaire disposé d'un onduleur individuel, pour les installations plus importantes, tous les onduleurs sont connectés en parallèle côté courant alternatif. Les onduleurs modulaires sont montés à proximité immédiate du module solaire correspondant [9]. • Onduleurs centralisés (central inverter) : Un onduleur centralisé de forte puissance transforme l'ensemble du courant continu produit par un champ de cellules solaires en courant alternatif. Ce qui veut dire un seul onduleur de taille pour tout l’ensemble des modules du champ PV, et pour éviter les pertes dans les câbles et obtenir un rendement élevé, on connecte le plus possible de modules en série [9]. • Onduleurs "String" ou "de Rangée" : L'onduleur String est le plus utilisé. Le plus souvent, huit (ou plus) de modules solaires sont connectés en série. Comme une seule connexion série est nécessaire, les coûts d'installation sont réduits. Il est important de noter qu'en cas d'ombrage partiel des modules solaires, il n'y a pas de perte, l'emploi de diodes de by- pass est fortement recommandé [9]. Figure 23: classification des onduleurs PV connectés au réseau 4.4. Régulateur : Le régulateur de charge/décharge est associé à un générateur photovoltaïque, il a pour rôle de contrôler la charge de la batterie et de limiter sa décharge. Sa fonction est primordiale car elle a un impact direct sur la durée de vie de la batterie [17]. 4.4.1. Principe de fonctionnement d’un régulateur : Le régulateur doit maintenir l’état de charge des batteries entre deux seuils, un seuil haut et un seuil bas à ne pas dépasser, donc la régulation est obtenue par limitation en tension de la batterie afin d’éviter :
  • 47. Issat Gabès Roukaya & Nour 37 • Une surcharge entraînant une perte en eau ; • Un vieillissement prématuré des accumulateurs. La protection contre la décharge profonde est réalisée par un disjoncteur automatique dont le but est d’éviter la sulfatation des plaques [14]. 4.4.2. Les caractéristiques du régulateur : • Tension nominale : Elle doit pouvoir supporter la tension en circuit ouvert du panneau photovoltaïque à soit environ deux fois sa propre tension nominale [14]. • Courant d’entrée : C’est le courant de charge maximum provenant des panneaux et que le régulateur peut contrôler sous une tension donnée. [14]. • Courant de sortie : C‘est le courant maximum que tirent les appareils branchés simultanément [14]. • Protection : Les conducteurs arrivant au régulateur doivent être protégés contre les surcharges, l’inversion de polarité et l’augmentation de température [14]. 4.4.3. Type de régulateurs : On peut trouver deux types de régulateur solaire : • Les régulateurs solaires PWM (Pulse Wide Management). • Les régulateurs solaires MPPT (Maximum Power point Tracking). 5. Différentes configuration d’une installation photovoltaïque : Il existe deux types de systèmes solaires différents sont le système solaire en site raccordé et système solaire en site isolé. 5.1. le système solaire photovoltaïque en site raccordé : Un tel système s’installe sur un site raccordé au réseau. Généralement sur des habitations ou des entreprises qui souhaitent recourir à une forme d’énergie renouvelable et qui bénéficient d’un bon ensoleillement. L’énorme avantage de cette solution est l’absence de batterie. On ne stocke plus l’énergie, on l’injecte directement dans le réseau local ou national. Et ceci sans limites quantitatives, donc toute l’énergie est récupérée. Il y a un compteur qui tourne dans un sens pour la consommation, et un autre dans l’autre sens pour la production [14].
  • 48. Issat Gabès Roukaya & Nour 38 Figure 24:Structure de système solaire photovoltaïque en site raccordé. 5.1.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site raccordé : 1 : Posés sur le toit, les panneaux photovoltaïques captent l'énergie solaire. 2 : Un boitier dédié gère et calcule les besoins en électricité. 3 : Des prises intelligentes diffusent selon les besoins l'énergie récupérée par le système Elles sont commandées par informatique. 4 : Lorsque la production est insuffisante. Le réseau de transport et de distribution d’électricité prend le relais. Figure 25:Schéma explicatif du principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site raccordé.
  • 49. Issat Gabès Roukaya & Nour 39 5.2.Le système solaire photovoltaïque en site isolé : Un système PV pour site isolé est un générateur électrique autonome. Les sites isolés sont des habitations ou des applications non reliées au réseau électrique. Dans ce cas, le générateur photovoltaïque apporte l`énergie nécessaire à l`alimentation des besoins électriques. Un parc de batteries est nécessaire pour les périodes sans soleil (nuits et jours de pluie). 5.2.1. Principe de fonctionnement de système solaire photovoltaïque en site isolé : Un générateur photovoltaïque pour application en site isolé est constitué principalement d’un champ de panneaux (ou modules) solaires photovoltaïques, d’une batterie d’accumulateurs et d’un organe de conversion de l’énergie produite en 220 V alternatif (onduleur). Installés en toiture ou sur le sol à proximité des habitations, les panneaux photovoltaïques exposés au soleil produisent du courant continu. Après transformation par l’onduleur en courant alternatif 220 V, ce dernier pourra être utilisé soit directement, soit être stocké dans la batterie d’accumulateurs pour une utilisation ultérieure [15]. 5.2.2. Types de Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé : Les systèmes PV en site isolé sont installés là où ils constituent la source d’énergie électrique la plus économique. On peut classer ces systèmes en deux catégories : • Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé sans batterie: Autonome sans batteries (à la file de soleil) destiné pour le pompage photovoltaïque. Figure 26: Système PV autonome sans batteries.
  • 50. Issat Gabès Roukaya & Nour 40 • Systèmes solaire photovoltaïque en site isolé avec batterie : Autonome avec batteries pour les systèmes autonomes qui nécessitent une continuité de service durant toute la nuit ou quelques heures de la nuit. Figure 27:Système PV autonome avec batteries. 6. Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque : L’énergie photovoltaïque présente des avantages énormes tels que [9]: • Gratuité de cette ressource et énormité de son potentiel réparti sur le globe terrestre. • Propreté durant son utilisation. • Grande fiabilité. • Peu d’entretien. • Grande souplesse de production (variant de milliwatts aux mégawatts). • Utilisation autonome et décentralisée. Malgré ces avantages intéressants, il y a aussi des inconvénients tels que: • Source diffuse du rayonnement solaire qui nécessite de grandes surfaces. • Technologie coûteuse. • Facteur de charge faible. • Stockage difficile. • Difficulté à recycler les composants du système. 7. Conclusion : Dans ce chapitre nous avons présenté le principe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique par la cellule photovoltaïque, les principales caractéristiques et les technologiques des éléments constitutifs d’un générateur PV, les composant de système photovoltaïque, ainsi que les différentes configurations des systèmes photovoltaïques.
  • 51. Issat Gabès Roukaya & Nour 41 Chapitre 4 : Etude et dimensionnement de nouveau poste
  • 52. Issat Gabès Roukaya & Nour 42 1. Introduction : Le dimensionnement d’un générateur PV a pour but de déterminer l’optimum entre la puissance crête du champ des panneaux solaires et la capacité de batterie associée à partir des besoins électriques de l’utilisateur d’une part, et d’autre part des données d’ensoleillement du site. 2. Dimensionnement d’ancien système photovoltaïque : L’objectif de cette partie sera de présenter le dimensionnement d’un ancien poste d’installation photovoltaïque en site isolé. 2.1. Calcul de la puissance crête des panneaux PV : La puissance d'un module photovoltaïque est exprimée en Watt-crête. Le nombre de Watt-crête d'un panneau solaire correspond au nombre de Watt que ce panneau fournit lorsqu’il est utilisé dans des conditions standards(STC). Dans l’ancien poste, on a utilisé 15 panneaux solaire poly cristallins (KYOCERA) de puissance crête P=130Wc . ❖ puissance de générateur : 𝑃𝑔 = 15 ∗ 130 = 1950 𝑊 ❖ Caractéristique de panneaux : Tension de système :𝑈𝑠𝑦𝑠 = 24𝑉 . Tension à Puissance Maximal : 𝑈𝑝𝑚𝑎𝑥 = 17.6𝑉. 𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥 = 15 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥. Tension Circuit Ouvert 𝑈𝑜𝑐 = 21.9𝑉. Courant Circuit Court : 𝐼𝑠𝑐 = 8.02𝐴. 𝑁𝐵𝑝𝑠 = 𝑈𝑠𝑦𝑠 𝑈𝑝𝑚𝑎𝑥 = 24 17.5 = 1.372  2 panneaux en série. 𝑁𝐵𝑝𝑝 = 𝑁𝐵𝑝 𝑁𝐵𝑝𝑠 = 15 2
  • 53. Issat Gabès Roukaya & Nour 43 = 7.7  8 panneaux en parallèle. Figure 28 : Regroupement de panneaux en ancien poste ❖ Rendement : D’après la courbe Caractéristique courant-tension d’un module photovoltaïque KC130GH-2P ,on a Umax=16V et Imax=7.5A . 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 16 ∗ 7.5 = 120𝑊 ➢ L’ensoleillement =1000w/m2 . ➢ S : Surface de panneau 𝑃𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑒𝑢𝑠𝑒 : 𝐸 𝑒𝑛𝑠𝑜𝑙𝑒𝑖𝑙𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∗ 𝑆 𝑃𝑙𝑢 = 1000 ∗ 0.9291 = 929.1𝑊 𝑛 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑙𝑢 = 120 929.1 = 0.129𝑊 = 12.9%
  • 54. Issat Gabès Roukaya & Nour 44 2.2. Dimensionnement et calcul du nombre de batterie : Dans l’ancien poste, on a utilisé une batterie ASSAD de tension 2V : ❖ Nombre de batterie en série : 𝑁𝑏𝑠 = 𝑈𝑠𝑦𝑠 𝑈𝑏 𝐴𝑁: 𝑁𝑏𝑠 = 24 2 = 12 𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖𝑒𝑠 Usys : Tension de système. Ub : Tension unitaire de batterie.  Donc on regroupe 12 batteries en série. Figure 29 : Regroupement de batteries en ancien poste 2.3. Dimensionnement du régulateur et de l’onduleur : 2.3.1. Onduleur : On utilise un onduleur 24V/500VA. 2.3.2. Régulateur : On utilise un régulateur : MELIN GERIB 100A/500V. 2 panneaux en sériés : 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 21.9 ∗ 2 = 43.8𝑉. 8 panneaux parallèles : 𝐼𝑚𝑎𝑥 = 8.02 ∗ 8 = 64.16𝐴.  Donc Umax<500V et Imax <100A.
  • 55. Issat Gabès Roukaya & Nour 45 3. Problématique : La société tunisienne d'électricité et de gaz est considérée comme l'une des plus importantes sociétés de la production et la distribution de l'électricité et du gaz naturel sur le territoire tunisien. Il est important de protéger les conduites de gaz contre la corrosion, Pour cela, on a fait une étude détaillée de l'installation photovoltaïque existante d’alimentation du système de protection cathodique. Nous avons constaté plusieurs anomalies qui peuvent provoquer parfois une discontinuité du cycle de fonctionnement normale. On peut assimiler les défaillances du système comme suit : ✓ Les panneaux sont très anciens, de faible rendement énergétique. ✓ les batteries sont très faible (tension 2V). ✓ l'onduleur ne satisfait jamais notre besoin et il n’est pas capable de supporter un tension pendant une longue durée. ✓ Ce poste a été volé. 4. Le dimensionnement du nouveau système photovoltaïque : Dans cette partie, le travail que nous avons effectué est penché vers le dimensionnement des composants de notre nouveau système PV: • Le champ PV • Batterie • L’onduleur • Régulateur • Les câbles • Disjonction 4.1. Détermination d’irradiation du site pour le dimensionnement : 4.1.1. Période de l’ensoleillement La production électrique d'un module PV est fonction du rayonnement solaire reçu par celui-ci : plus le rayonnement reçu est important, plus la production électrique est importante.