L’énergie électrique dans le bâtiment

La production d’énergie électrique est un réel défi d’un point de vue écologique, et économique. Les besoins énergétiques des sociétés industrialisées, mais aussi des pays en voie de développement ne cessent de croitre. Aujourd’hui, l’essentiel de la production mondiale d’énergie provient de sources fossiles non renouvelables. Ce type d’énergie donne lieu à des émissions de gaz à effet de serre et donc une augmentation de la pollution. De plus, la consommation excessive de stock de ressources naturelles réduit les réserves de ce type d’énergie de façon dangereuse. L’épuisement des ressources fossiles, la flambée du cours du pétrole, la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre rendent urgentes la maîtrise des consommations énergétique et la diversification des sources d’énergie principalement par l’utilisation et le développement des énergies renouvelables. La grande majorité des pays de la planète se reconnaissent aujourd’hui dans cette volonté de mise en oeuvre d’une politique de développement durable.

Ceci a des conséquences sur la manière de concevoir la production d’énergie électrique et son utilisation. A ce titre, l’Agence Internationale de l’Energie a estimé que la demande mondiale en énergie pourrait augmenter de 60 % d’ici à l’an 2030 notamment en raison du développement et de l’industrialisation des pays émergents dont la Chine et l’Inde. Or, les réserves énergétiques de la planète ne sont pas inépuisables et les techniques qui permettent l’extraction et le raffinage du pétrole ou encore du gaz, à des conditions économiquement rentables, devraient atteindre leurs limites dans les décennies qui viennent. Cette évolution a conduit de nombreux pays à utiliser davantage les énergies renouvelables d’une part et à économiser l’énergie d’autre part. Ce phénomène a été amplifié par la sensibilité accrue des citoyens à la nécessité de préserver l’environnement et de lutter contre le réchauffement climatique. [1] On se propose dans ce chapitre de définir l’énergie électrique dans le bâtiment ainsi que les différents paramètres électriques nécessaires pour une installation électrique normalisé.

Principe et utilité d’équilibrage de charge

Le but est d’équilibrer les charges et donc optimiser la consommation d’électricité dans une installation. La raison de cette optimisation est qu’un dépassement de la puissance attribuée au disjoncteur de branchement, entraine son déclenchement. Il y a différentes approches possibles pour équilibrer une installation. Celle que nous allons aborder dans ce chapitre est basée sur une étude de la consommation des différents appareils raccordés à l’installation et alimentés uniquement en 230 Volts. En effet, les appareils utilisant le courant triphasé n’ont pas d’impact sur cet équilibrage, puisqu’ils consomment le même ampérage sur chaque phase. Le point de départ est de faire un inventaire de ces appareils en estimant leur consommation en Ampères ou KW/h comme pompe à chaleur, radiateurs électriques, climatiseurs …etc. Pour l’éclairage, il faut estimer globalement la consommation par disjoncteur divisionnaire. Idéalement, il faudra tenir compte du maximum de courant (d’ampère) qui peut être atteint par phase en simultané. Une fois cet inventaire réalisé, il faudra établir un profil de consommation de puissance maximale. En général, cela se situe plutôt en hiver et en journée ou soirée, lorsqu’un nombre élevé d’appareils va fonctionner en simultané.

Cas d’étude Lors de l’établissement de notre mémoire ; nous avons effectué une série de rencontre avec des chercheurs qui travaillent sur notre thématique, à savoir :

1. Messieurs Hammouda et Sahouane au niveau du centre de recherche de la step à Adrar « URERMS »où nous avons séjournée 15 jours ;

2. Messieurs Ouici et Labyed ainsi que Madame Gheffour du département d’architecture de l’université de Tlemcen ;

3. Monsieur Seladji du département de mécanique de l’université de Tlemcen

Ces différentes rencontres nous ont permis de mieux appréhender notre problématique ainsi que l’identification des différents logiciels utiles pour ce type d’étude en plus d’une documentation et plans d’architecture. En tenant compte de ce qui précède, on a défini notre cas d’étude, à savoir : travailler sur une habitation constituée d’un bâtiment R+2 contenant 2 appartements par étage respectant les critères de bioclimatique et d’efficacité énergétique.

L’orientation et les vents

Le vent est un déplacement d’air, essentiellement horizontal, d’une zone de haute pression (masse d’air froid) vers une zone de basse pression (masse d’air chaud). Le régime des vents en un lieu est représenté par une rose des vents Figure II.3 qui exprime la distribution statistique des vents suivant leur direction. On caractérise le vent par sa vitesse moyenne et sa direction. Le régime des vents est largement conditionné par la topographie locale (vallées, pentes, …etc.) [11] et par la rugosité des surfaces. Des obstacles tels que des écrans de végétation peuvent également freiner de façon significative la vitesse du vent. D’un point de vue physique, on classe les obstacles au vent en trois catégories : le relief ; le cadre bâti et la végétation. Ces obstacles dont l’effet dépend de leurs dimensions et leur perméabilité constituent divers obstacles et provoquent des modifications de la vitesse et de la direction du vent. Le vent influence le taux d’infiltrations d’air ainsi que les échanges de chaleur par convection à la surface de l’enveloppe des bâtiments peu isolés. Il est donc important de connaitre ces caractéristiques sa vitesse moyenne sa direction et son intensité. Les orientations sont choisies à partir de l’utilisation que l’on désire ainsi les parois exposées aux vents porteurs de pluie de sable ou autre doit être spécialement protégées alors quelles exposées aux vents doux peuvent être modérément ouvertes pour pouvoir utiliser l’évaporation comme moyen de rafraichissement.

Intégration de Panneaux PV dans le bâtiment bioclimatique

La limitation des réserves en ressources fossiles ainsi que leur impact négatif sur l’environnement d’une part, et la croissance de la demande en énergie d’autre part, font naître un nouveau principe de production d’électricité utilisant des énergies renouvelables tel que l’énergie photovoltaïque, car étant une énergie propre et inépuisable. Le terme «photovoltaïque» souvent abrégé par l’acronyme « PV », a été formé à partir des mots « photo » qui est un mot grec signifiant lumière et « Volta » qui est le nom du physicien italien Alessandro Volta qui a inventé la pile électrochimique en 1800. [12] L’effet photovoltaïque est la conversion directe de l’énergie lumineuse des rayons solaires (photon) en électricité. Il utilise pour se faire des modules photovoltaïques composés de cellules. Ces cellules photovoltaïques sont constituées de semi-conducteurs à base de silicium (Si), de germanium (Ge), de sélénium (Se), etc. Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques, car il est très abondant dans la nature. [13] Dans la plupart des systèmes photovoltaïque, il est nécessaire d’intégré la technique MPTT « Maximum Power Point Tracking » qui permet de suivre le point de puissance maximale du générateur PV. On trouve aussi dans ces systèmes des convertisseurs (hacheur, onduleur, …) qui sont utilisés pour charger des batteries de stockage et/ou pour transformer le courant continu en courant alternatif. L’énergie solaire n’étant pas disponible à tout moment, il est donc nécessaire d’équiper les systèmes photovoltaïques par de batteries d’accumulateurs qui permettent de stocker l’énergie et de la restituer en temps voulu. Dans ce chapitre, nous allons présenter des définitions sur l’énergie solaire. Puis, nous détaillerons le principe de fonctionnement d’une cellule, module et panneau photovoltaïques ainsi que leurs constituants. Enfin, nous présenterons l’ensemble des éléments d’une installation photovoltaïque incluant les convertisseurs statiques.