Systèmes énergétiques et chimie de l’hydrogène

«2eme Cour

🏗️ Les réseaux de distribution d’énergie

(شبكات توزيع الطاقة)

I. Introduction générale

Les réseaux de distribution d’énergie représentent un ensemble d’infrastructures permettant d’acheminer différentes formes d’énergie (électricité, gaz naturel, chaleur ou froid) depuis les centres de production jusqu’aux utilisateurs finaux : ménages, industries, bâtiments publics, etc.
هدفها الرئيسي هو توفير الطاقة بشكل آمن، موثوق وفعّال، مع تقليل الفاقد وتحسين أداء الشبكة.

II. Les réseaux électriques ⚡

1. Définition

Un réseau électrique est un système interconnecté composé de lignes, de transformateurs et de postes de distribution permettant de transporter l’électricité depuis les centrales jusqu’aux consommateurs.

2. Structure du réseau

  • Réseau de transport : transporte l’électricité à haute tension (220 à 400 kV) sur de longues distances.
  • Réseau de distribution : abaisse la tension (30 kV, puis 230/400 V) pour alimenter directement les usagers.

3. Éléments principaux

  • Postes de transformation
  • Lignes aériennes et câbles souterrains
  • Compteurs et disjoncteurs
  • Centres de supervision (SCADA)

4. Enjeux actuels

  • Intégration des énergies renouvelables (solaire, éolien)
  • Smart grids (الشبكات الذكية) لتحسين المراقبة والفعالية
  • Gestion de la demande (Demand-Side Management)

III. Les réseaux de gaz naturel 🔥

1. Définition

Le réseau de gaz naturel transporte et distribue le gaz depuis les champs de production (ou les terminaux de regazéification) vers les consommateurs.

2. Chaîne de transport

  1. Production et traitement du gaz
  2. Transport par gazoducs à haute pression
  3. Stockage dans des cavités ou réservoirs souterrains
  4. Distribution à basse pression vers les foyers et industries

3. Avantages

  • Source d’énergie flexible et facilement stockable
  • Moins polluante que le charbon ou le fioul
  • Utilisable pour le chauffage, la cuisson, et la cogénération

4. Sécurité et environnement

  • Contrôle des fuites (méthane)
  • Maintenance régulière des conduites
  • Surveillance automatisée par capteurs

IV. Les réseaux de chaleur et de froid 🌡️

1. Principe général

Les réseaux de chaleur (ou de froid) sont des systèmes centralisés où l’énergie thermique est produite dans une chaufferie centrale puis distribuée via un réseau de canalisations isolées.

2. Sources d’énergie possibles

  • Biomasse 🌿
  • Géothermie 🌋
  • Énergie solaire thermique ☀️
  • Récupération de chaleur industrielle ou urbaine
  • Pompes à chaleur (pour les réseaux de froid)

3. Composants essentiels

  • Chaudières ou unités de production
  • Réseau de canalisations isolées
  • Sous-stations d’échange dans les bâtiments

4. Avantages

  • Réduction des émissions de CO₂
  • Rendement énergétique élevé
  • Mutualisation des installations
  • Possibilité d’intégrer des énergies renouvelables

V. Comparaison entre les réseaux

Type de réseau

Énergie transportée

Niveau de température / tension

Usage principal

Exemple

Électrique

Électricité

400 kV → 230 V

Éclairage, machines, électroménager

SONELGAZ (Algérie)

Gaz naturel

Gaz méthane

Haute → basse pression

Chauffage, cuisson, industrie

Gazoducs de Hassi R’mel

Chaleur/Froid

Eau chaude ou eau glacée

60–120 °C / 5–10 °C

Chauffage, climatisation

Réseau géothermique de Paris

VI. Conclusion

Les réseaux de distribution d’énergie constituent une infrastructure vitale pour le développement économique et social. Leur modernisation à travers les technologies intelligentes et l’intégration d’énergies renouvelables يمثل خطوة ضرورية نحو الانتقال الطاقوي المستدام.

 

ection de cours : Le stockage et la distribution de l’hydrogène

1️⃣ Introduction

Le stockage et la distribution d’hydrogène représentent des étapes fondamentales dans la chaîne énergétique de l’hydrogène. Leur efficacité influence directement la sécurité, le coût, la densité énergétique disponible ainsi que la viabilité industrielle et commerciale des systèmes à hydrogène.

2️⃣ Les technologies de stockage de l’hydrogène

Le stockage de l’hydrogène vise à conserver ce gaz dans un volume réduit, tout en garantissant performance, sécurité et facilité de transport. Trois grandes catégories existent :

2.1 Stockage sous forme gazeuse (H₂ gazeux)

  • Principe : Compression du gaz à haute pression (200 à 700 bar).
  • Avantages : Technologie mature et simple.
  • Inconvénients : Faible densité énergétique volumique, réservoirs lourds.
  • Utilisation : Véhicules à hydrogène, stations de recharge.

2.2 Stockage sous forme liquide (H₂ liquide)

  • Principe : L’hydrogène est refroidi à -253 °C pour devenir liquide.
  • Avantages : Haute densité énergétique volumique.
  • Inconvénients : Consommation énergétique élevée pour la liquéfaction (~30% de l’énergie stockée), risques d’évaporation (boil-off).
  • Applications : Transport longue distance, industrie spatiale.

2.3 Stockage sous forme solide (hydrogène absorbé ou adsorbé)

✔ Adsorption sur matériaux poreux (MOFs, charbon actif)
✔ Absorption par hydrures métalliques (MgH₂, LaNi₅H₆)
✔ Formes chimiques (acide formique, ammoniac)

  • Avantages : Haute sécurité, densité volumique élevée.
  • Inconvénients : Coût élevé, cinétique lente, températures de fonctionnement spécifiques (selon matériau).

3️⃣ Méthodes de distribution de l’hydrogène

La distribution consiste à acheminer l’hydrogène depuis le lieu de production vers les sites de consommation (industries, stations, réseaux locaux).

3.1 Distribution par pipelines

  • Principe : Transport via réseau de canalisations (similaire au gaz naturel).
  • Avantages : Approvisionnement continu, adapté aux grandes quantités.
  • Inconvénients : Coût d’infrastructure élevé, fragilisation des matériaux (embrittlement).

3.2 Distribution par camions-citernes

Trois types :
✅ Camions H₂ gazeux (200–500 bar)
✅ Camions H₂ liquide (-253°C)
✅ Citernes de matériaux hydrures (forme solide)

  • Avantages : Flexible, adapté aux moyennes distances.
  • Inconvénients : Coûts de transport et risques cryogéniques (pour liquide).

3.3 Production sur site (on-site production)

  • Principe : L’hydrogène est produit directement à l’endroit de consommation (ex : électrolyse dans une station).
  • Avantages : Pas de transport, réduction des pertes.
  • Inconvénients : Coût d’installation, dépend de la disponibilité en énergie.

4️⃣ Critères de choix d’un mode de stockage et distribution

Critère

Forme gazeuse

Forme liquide

Forme solide

Densité énergétique

Faible

Moyenne

Élevée

Coût

Moyen

Élevé

Très élevé

Sécurité

Moyenne

Faible (cryogénie)

Haute

Applications

Mobilité, stations

Transport longue distance

Stockage fixe longue durée

5️⃣ Conclusion

Le choix du mode de stockage et de distribution dépend de l’application, de la distance à couvrir, du coût disponible et du niveau de sécurité requis. Pour les pays en phase de transition énergétique, comme l’Algérie, une combinaison entre production locale par électrolyse et stockage gazeux sous pression constitue une solution progressive, avant l’introduction de technologies plus avancées telles que les hydrures ou les pipelines nationaux.

Exercice 1 — Puissance instantanée d’un panneau PV (avec effets d’angle et de température)

Données :

  • Irradiance plane du panneau à midi :
  • Angle d’incidence du rayonnement :
  • Aire du panneau :
  • Rendement module à STC :
  • Coefficient température de puissance :
  • NOCT :
  • Température ambiante :
  • Rendement onduleur :

Questions :
a) Puissance irradiative reçue par le panneau .
b) Température cellule (formule NOCT).
c) Facteur de dégradation thermique .
d) Puissance DC .
e) Puissance AC .
f) Énergie produite si ces conditions durent 5 h.

Correction

a) Puissance irradiative reçue



b) Température cellule (NOCT)




c) Facteur thermique



d) Puissance DC


e) Puissance AC


f) Énergie (5 h constantes)


Exercice 2 — Dimensionnement rapide pour un besoin journalier

Données :

  • Besoin énergétique :
  • Ensoleillement utile (PSH) du site :
  • Pertes globales (PR ≈ 0,80 : température, câbles, onduleur, salissures)
  • Modules de 400 Wc

Question : Combien de modules faut-il ?

Correction :
Puissance crête nécessaire :


Nombre de modules 400 Wc :


(Arrondi à l’entier supérieur + petite marge pratique.)

 

 

Exercice 3 — Dimensionnement d’une batterie pour un système PV autonome

Contexte : Un site isolé alimente des charges nocturnes uniquement via batterie. La production PV charge la batterie en journée.

Données :

  • Besoin nocturne quotidien :
  • Autonomie souhaitée (jours sans soleil) :
  • Rendement global charge/décharge (contrôleur + câbles + onduleur) :
  • Profondeur maximale de décharge (DOD) batterie plomb-GEL :
  • Tension système :
  • Batteries disponibles : 12 V – 100 Ah (modules standard)

Questions :

  1. Calculer l’énergie à stocker dans la batterie pour respecter l’autonomie.
  2. En déduire la capacité utile (Wh), puis la capacité nominale (Ah) nécessaire à en tenant compte du DOD.
  3. Proposer une configuration en batteries 12 V–100 Ah (série/parallèle) répondant au besoin avec une petite marge.

Correction

1) Énergie à stocker (pertes incluses)
Énergie totale à fournir sur jours, corrigée du rendement :


2) Capacité utile et nominale

  • Capacité utile (en Wh) à 24 V :


  • Capacité nominale (Ah) en tenant compte du DOD :


👉 Il faut donc au moins ~210 Ah à 24 V.

3) Configuration pratique avec batteries 12 V–100 Ah

  • Pour obtenir 24 V, on met 2 batteries 12 V en série → 24 V–100 Ah par string.
  • Pour atteindre ~210 Ah, il faut 3 strings en parallèle (3 × 100 Ah = 300 Ah) pour marge et durée de vie.

Configuration retenue :

  • En série : 2 batteries (12 V–100 Ah) → 24 V–100 Ah.
  • En parallèle : 3 strings.
  • Total : .
    ✅ Capacité résultante ≈ 24 V – 300 Ah (confortable > 210 Ah, meilleure longévité).

💡 Remarque : avec des LiFePO₄ (DOD 90 %), on obtiendrait :


→ 2 strings suffisent (24 V–200 Ah) = 4 batteries 12 V–100 Ah.

Introduction aux systèmes énergétiques

. Définition d’un système énergétique

Un système énergétique est un ensemble d’éléments interconnectés qui permettent la production, la transformation, le transport, la distribution et l’utilisation de l’énergie afin de satisfaire les besoins humains (chauffage, éclairage, transport, industrie, etc.).

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