n° d`ordre - Theses.fr

N° D’ORDRE :
UNIVERSITE PARIS-SUD
Faculté des Sciences d’Orsay
THÈSE DE DOCTORAT
SPECIALITE : PHYSIQUE
Ecole Doctorale « Sciences et Technologies de l’Information des
Télécommunications et des Systèmes »
Présentée par : Abdoulaye KEBE
Sujet :
Contribution au pré dimensionnement et au contrôle des unités de
production d’énergie électrique en site isolé à partir des énergies
renouvelables :
Application au cas du Sénégal
Soutenue le 21 Novembre 2013 devant les membres du jury :
M. Brayima DAKYO, Professeur à l’Université du Havre Président du jury
M. Mohamed El Hachemi BENBOUZID, Professeur à l’Université de Brest Rapporteur
M. Bruno FRANCOIS, Professeur à l’Ecole Centrale de Lille Rapporteur
M. Ghislain REMY, Maître de Conférences à l’Université Paris-Sud Co-encadrant
M. Demba DIALLO, Professeur à l’Université Paris-Sud Directeur de thèse

REMERCIEMENTS
Cette thèse a été réalisée au Laboratoire de Génie Electrique de Paris, précisément au sein de
l’équipe Conception Commande Diagnostic (CoCoDi) du département Modélisation et
Contrôle des Systèmes électromagnétiques (MOCOSEM).
Au bout de trois de recherches, je tiens à témoigner toute ma gratitude et ma reconnaissance à
mon directeur de thèse, le Professeur Demba DIALLO et à mon encadreur, le Docteur
Ghislain REMY. Leur orientation et encadrement ont été déterminants dans l’aboutissement
de ce travail.
Mes remerciements vont ensuite aux membres du jury qui ont accepté d’évaluer mon travail.
Je citerai le Président du jury le Professeur Brayima DAKYO, et surtout les deux rapporteurs
les Professeurs Mohamed El Hachemi BENBOUZID et Bruno FRANCOIS. Ils m’ont permis
d’améliorer le document grâce à leurs remarques et suggestions.
Merci aux autorités du laboratoire à savoir le directeur le Professeur Fréderic Bouillault, le
chef du département MOCOSEM, le Professeur Claude MARCHAND ; sans oublier l’ancien
chef de département le Professeur Emérite Adel RAZEK, pour m’avoir admis dans leur
structure me permettant ainsi d’effectuer mes travaux de recherches dans de bonnes
conditions.
Merci aussi à Claude DELPHA et à Yves BERNARD pour les encouragements.
A notre attentionné directeur Dr Ibrahima WADE, sans oublier son prédécesseur, Pr.
DIALLO, pour l’appui institutionnel et le soutien personnel constant, je dis merci.
Merci au Dr Saliou DIOUF qui m’a orienté et a établi le contact avec Demba rendant ainsi
possible cette thèse.
Merci aussi au Dr Gustave SOW pour avoir guidé mes premiers pas dans la recherche et, au
Pr Lishou pour ses conseils et orientations.
A mes collègues du département STI de l’ENSETP, Baba, Sylvain, Youssoupha et Amadou,
je réitère toute ma reconnaissance et ma fierté d’être et de travailler avec eux. Ils ont tenu la
barque jusqu’au bout malgré mes nombreuses absences.
Merci aux membres de l’UGP du projet SN 101, Françoise, Maïmouna, Eliane, Aminata,
Marie.
Grand merci aux doyens Ibou, Alioune, Fatou, Boubacar, Aliou et Babacar, pour leurs
conseils avisés et leur soutien moral.
A tous les collègues/amis Cheikh, Biri, Dame, Ndiawar, Mike, Zack, Ibrahima, Dr. Ablaye,
etc. et à tout le personnel de l’ENSETP, je dis merci.

DEDICACES
- A feu mon père Daouda
- A ma mère Khoudia
- A ma femme Salimata
- A mes enfants
- A ma famille
- A mes amis
Je dédie ce travail

LISTE DES FIGURES
Chapitre 1 :
Figure 1.1: Consommation énergétique mondiale de 1990 à 2035………………………...P16
Figure 1.2: Evolution du taux d'indépendance énergétique de 2000 à 2009 ………………P20
Figure 1.3 a: Consommations finales totales par type d'énergie …………………………..P21
Figure 1.3b: Part de chaque combustible dans la production de SENELEC………………P21
Figure 1.4: Evolution du taux d'électrification de 2000 à 2009 ……………………………P21
Figure 1.5: Rendement énergétique global SENELEC ……………………………………P22
Figure 1.6: Carte du réseau SENELEC ……………………………………………………P26
Figure 1.7: Cartographie des concessions ciblées par les partenaires au développement…P30
Figure 1.8: Centrale hybride de Sine Moussa Abdou………………………………………P35
Figure 1.9: Eclairage public réalisé par panneau solaire…………………………………...P35
Figure 1.10: Carte d'irradiation du Sénégal………………………………………………...P37
Figure 1.11: Nombre d'abonnés PV par région ……………………………………………P38
Figure 1.12: Carte des vents mesurés à 10m du sol………………………………………..P38
Figure 1.13 a: Distribution des vents sur le site de Gantour (mars-avril 2007)……………P39
Figure 1.13b: Distribution des vents sur le site de Gantour (juin-juillet 2007) ……………P40
Figure 1.14: Atlas des vents sur la Grande Côte …………………………………………..P41
Figure 1.15: Carte hydrologique du Sénégal……………………………………………….P43
Figure 1.16: Exemple de micro-réseau …………………………………………………….P45
Figure 1.17: Configuration de bus DC …………………………………………………….P47
Figure1.18: Configuration de bus AC ……………………………………………………..P48
Figure 1.19: Configuration DC/AC ……………………………………………………….P49
Figure 1.20: Case de santé équipée de panneaux photovoltaïques à Oussouye …………..P51
Figure 1.21: Production centralisée, (a): champ PV, (b): batteries, (c) régulateur, onduleur,
armoire de distribution à Diaoulé dans le département de Fatick………………………….P52
Chapitre 2 :
Figure 2.4 : Espace de travail sous RETScreen……………………………………………P57
Figure 2.5: Espace de travail sous LEAP………………………………………………….P58
Figure 2.6: Espace de travail sous HOMER……………………………………………….P59
Figure 2.7: Espace de travail sous iHoga…………………………………………………..P60
Figure 2.5: Espace de travail sous Hybrid2………………………………………………..P61

Figure 2.6: Espace de travail sous Matlab/Simulink…………………………………….....P62
Figure 2.7: Espace de travail sous INSEL………………………………………………….P63
Figure 2.8: Echange de puissance entre deux sous-systèmes………………………………P67
Figure 2.9: Bond Graph d'une cellule photovoltaïque……………………………………...P68
Figure 2.10: Relations causales et bi-causales en Bond Graph …………………………....P68
Figure 2.11: Bi-causalité des détecteurs et capteurs en BG ………………………………..P69
Figure 2.12: Objets élémentaires…………………………………………………………...P70
Figure 2.13: Graphe Informationnel Causal d'une machine à courant continu…………….P70
Figure 2.14: Principe de l'inversion avec le GIC …………………………………………..P70
Figure 2.15: La règle de fusion …………………………………………………………….P73
Figure 2.16: Application de la règle de fusion avec une MCC…………………………….P73
Figure 2.17: Règle de permutation………………………………………………………....P74
Figure 2.18: Application de la règle de permutation……………………………………….P74
Figure 2.19: Elaboration de la commande par inversion…………………………………...P75
Figure 2.20a : Connexion de blocs avec la bibliothèque classique de la REM………….…P76
2.20b : Connexion de blocs avec la bibliothèque développée par le LGEP ……….P76
Figure 2. 21: Intérieur d'un bloc avec la bibliothèque améliorée du LGEP………………..P76
Figure 2.22: Coupe transversale d'une cellule photovoltaïque…………………………….P78
Figure 2.23: Cellule, module (ou panneaux) et champ photovoltaïque…………………….P78
Figure 2.24: Schéma électrique équivalent de la cellule photovoltaïque…………………..P79
Figure 2.25: Caractéristiques I=f(V) et P=f(V) d'une cellule photovoltaïque ……………..P81
Figure 2.26: Variation de la puissance d'un panneau pour différentes irradiations………..P81
Figure 2.27: Variation de la puissance d'un panneau pour différentes températures……...P81
Figure 2.28: Variation du courant d'un panneau pour différentes valeurs d'irradiation……P82
Figure 2.29: Variation du courant d'un panneau pour différentes températures……………P82
Figure 2.30: Schéma d'un panneau PV + convertisseur cc/cc+ commande MPP………….P82
Figure 2.31: Représentation d'un générateur PV sous Matlab/Simulink…………………...P84
Figure 2.32: Représentation d'un générateur PV par modèle utilisant Look up Table….….P84
Figure 2.33: Réglage de la MPPT pour différentes températures et différentes irradiances.P85
Figure 2.34: Représentation d'un générateur PV par SimPowerSystem Toolbox………….P85
Figure 2.35: Détail du modèle SimPowerSystem ………………………………………….P86
Figure 2.36: Représentation d'un générateur PV par la S-function ………………………..P86
Figure 2.37: Fenêtre de la Function Bloc Parameters pour paramètres d’une cellule……...P87