Promotion du photovoltaïque au Bénin Electrification de bâtiments publics en milieu rural

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1 Rapport de projet de master Section de Génie Mécanique Promotion du photovoltaïque au Bénin Electrification de bâtiments publics en milieu rural Etudiant : M. Quentin Cavillier Superviseur EPFL : Pr. Philippe Wieser Expert : M. Pierre-Alain Steffen Septembre Mars 2014

2 Remerciements La mise en œuvre de ce projet a été possible grâce à la collaboration de trois ONG de pays différents. Tout d abord, je tiens à remercier Mme Claudine Fischer, directrice de l ONG Pont-Universel, qui fut la première personne à m accorder la chance de mener à bien ce projet. Pour le séjour sans encombre majeur, toute ma gratitude est témoignée à M. Bruno Attolou, coordinateur de l ONG Action Bénin et Solidarité, pour son accueil chaleureux et sa collaboration vivement appréciée. Pour m avoir fourni le support technique nécessaire à la réalisation de ce projet, mes remerciements vont également aux ingénieurs M. Pierre-Alain Stefen, membre de l ONG Ingénieurs & Architectes Solidaires, M. Alain Schuh, membre de l ONG Electriciens sans frontières, M. Séraphin Lonkpame, membre de l ONG Action Bénin et Solidarité et le Pr. Philippe Wieser, superviseur de ce projet de master. Finalement, je remercie de tout coeur les entreprises et associations qui ont contribué financièrement à ce projet, en particulier les donateurs suivants : - La régie Domicim - L association EPFL sans frontières de l A3 - L entreprise Sylvain & Co Stagiaire M. Quentin Cavillier Superviseur Pr. Philippe Wieser Université EPFL Date : Signature Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier 3 9 9

3 Abstract Le présent rapport est rédigé dans le cadre de l accomplissement de la formation, en ingénierie mécanique, de l étudiant Quentin Cavillier à l Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne à la suite d un projet en entreprise, effectué sur une période de six mois, de septembre 2013 à mars Ce projet de master a été conçu sur requête de l ONG Action Bénin Solidarité à l ONG Pont-Universel. Cette sollicitation faisait état de l urgence d apporter une source électrique à des centres de santé isolés du réseau électrique national du Bénin. Par la suite, il fut convenu d étendre le projet à l électrification des écoles et à l apport d un éclairage public dans les villages des centres de santé. L ONG Pont-Universel proposa, au travers de l association Ingénieurs du Monde de l EPFL, d employer un étudiant bénévole pour la conception et la création du projet. L objectif était de mettre en place un système photovoltaïque, conforme au cahier des charges prédéfini par l ONG locale et répondant aux contraintes du terrain. La détermination de la gestion la plus adéquate du système pour garantir sa pérennisation était également problématique. L observation du terrain en atteste l importance. De nombreuses installations photovoltaïques sur place, datant de moins de cinq ans, n étaient plus opérationnelles en raison d un manque d entretien et de connaissances sur la gestion de l énergie. Ce projet se déroulant en plusieurs phases avec une première réalisation de quatre villages puis une seconde de neufs, il est, dès lors, possible d améliorer, par la suite, la gestion des ressources, envisagée initialement, pour la pérennisation des systèmes. Afin de garantir leur pérennisation, la solution fut de développer des moyens de générer des revenus grâce à l électricité produite afin que les bénéficiaires puissent verser mensuellement une contribution auto-suffisante au renouvellement des batteries du système. La gestion de ces contributions fut accordée aux bénéficiaires les plus dépendants du système, dans le cas d espèce, les centres de santé, leur responsabilité étant de verser les contributions mensuelles sur un compte épargne avec comme cosignataire un membre de l ONG Action Bénin et Solidarité. Enfin, il fut observé que le marché du photovoltaïque au Bénin est lacunaire quant à la qualité des appareils. Il est bien plus intéressant, facile et durable de se procurer du matériel pour réaliser pour une petite installation fournissant un éclairage en courant continu 12 Volts en lieu et place d un courant alternatif 220 Volts classique. Néanmoins, comme développé dans ce rapport, il est plus avantageux de regrouper au maximum les bénéficiaires sur un unique système photovoltaïque en 220 Volts que de créer plusieurs sites isolés. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier 5 9 9

4 Table des matières Remerciements... 3 Abstract... 5 Lexique Le Bénin Situation énergétique Potentiel théorique solaire Conditions météorologiques Données empiriques du rayonnement annuels Présentation du projet humanitaire : Phase 1 : Electrification des sites de la commune de Savalou Phase 2 : Electrification des sites de la commune de Natitingou Phase 3 : Renforcement du réseau électrique des hôpitaux Objectifs du PDM Déroulement du PDM Choix du matériel Batteries Régulateur Onduleur Modules photovoltaïques Equipements basse consommation Etude des systèmes les mieux adaptés au terrain Pour le centre de santé : Devis pour l électrification d un centre de santé Devis pour l éclairage d un centre de santé Pour l école du village Devis pour l éclairage d une école Devis pour un système regroupant l école et le centre de santé Pour le site de rechargement Devis pour un site de rechargement isolé Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier 7 9 9

5 Devis pour un site de rechargement combiné au dispensaire Récapitulation des choix et devis applicables Compte rendu des quatre villages cibles de la phase une Gobada ( N ; E) Evolution de la consommation Description du système de Gobada Schéma du circuit électrique Budget alloué pour l unique site de Gobada : Lahotan ( N ; E) Evolution de la consommation Schéma du circuit électrique Description des systèmes de Lahotan Budget alloué pour les deux sites : Ottola ( N ; E) Devis pour l installation des sites d Ottola Description des systèmes proposés pour Ottola Lougba ( N ; E) Devis pour l installation du système de Lougba Description du système combiné de Lougba Conclusions concernant les installations de la première phase Pérennisation des systèmes PV autonomes Contribution attendue de la part des bénéficiaires Conditions émises dans la convention de Gobada Supervision du site de rechargement Gestion des ressources Ressources humaines Ressources financières Ressources matérielles Schéma de la gestion des ressources de la phase une Méthodologie à appliquer pour la suite du projet Conclusion Conclusions personnelles Bibliographie Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier 8 99

6 13. Annexes Dossier de recherche de fonds Convention ABERME Convention de partenariat du village de Gobada Consignes d utilisations d un système PV autonome Fiche de suivi du système Photographies des sites de Gobada Photographies des sites de Lahotan Table des illustrations : Carte du rencensement de la population au Bénin : Graphique de l'irradiance journalière à Savalou : Carte du rayonnement solaire annuel en Afrique : Températures mensuelles au Bénin : Relevé mensuel des précipitations au Bénin : Probabilités mensuelles d'obtenir un ciel couvert au Bénin : Courbe de l'évolution de l'irradiance perçue à Savalou : Tableau du recensement des populations des villages de la phase une : Tableau du recensement des popupaltions des villages de la phase deux : Diagramme de Gantt du déroulement du PDM : Tableau de comparaison des différentes batteries à décharge profonde : Batterie SAFEPOWER : Regulateur numérique PWM : Régulateur VT-65 MPPT : Onduleur AJ : De gauche à droite, Ampoule Led 12V/5W, 220V/2W et chargeur universel 12V : Devis pour l'électrification d'un centre de santé : Devis pour l'éclairage d'un centre de santé : Devis pour l'éclairage d'une école : Devis pour relier l'éclairage de l'école sur le réseau du dispensaire : Devis pour un site de rechargement isolé : Devis pour relier un site de rechargement au réseau du dispensaire : Tableau récapitulatif des devis : Etat des connectiques des modules récupérés : Vue du toit du dispensaire de Gobada : Relevés quotidiens du taux de déchargement des batteries du système de Gobada : Système PV autonome de Lahotan composé de quatre batteries, d'un AJ et un VT : Système temporaire mis en place à Lahotan pour recharger les batteries : Relevés quotidiens du taux de déchargement des batteries du centre de santé de Lahotan : Centre de jeunesse d'ottola : Moulin transformé en dynamo : Photographie de la route séparant l'école du centre de santé de Lougba : Récapitulatif des dépenses et devis pour les installations de la phase une : Ancienne installation de recharge au sein du dispensaire de Gobada : Formation du maintenancier de Gobada, M. Alfred Adiffonl Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier 9 9 9

7 Lexique PV = photovoltaïque L ONG ABS = L ONG Action Bénin et Solidarité L ONG ESF = Electriciens sans frontières, L ONG PU = Pont-Universel, PDM = Projet de Master W = Watts Wh = Watts heures Ah = ampère heure F CFA = Franc CFA, monnaie locale Module = un panneau composé de 36 ou 72 cellules photovoltaïques Aleds = Ampoules LEDS 220V ou 12V Centre de santé = Ensemble de bâtiments composé de logements, d un dispensaire et d une maternité. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

8 1. Le Bénin Le Bénin est, en Afrique occidentale, un pays extrêmement stable politiquement. L'instauration d'une démocratie et la Constitution de 1990 ont engendré des développements sociaux-économiques importants avec, par exemple, la scolarité rendue obligatoire. En comparaison de la Suisse, la superficie du Bénin est trois fois plus importante, soit km 2 ; sa population avoisine les dix millions et son PIB était de 750 USD en 2012 contre 79'000 USD en Suisse. Sa monnaie est le franc CFA (soit 525F CFA = 1 CHF) et son économie est centrée sur le transit des marchandises du port de Cotonou avec ses voisins, le Nigeria, le Burkina Faso et le Togo. L agriculture se situe en deuxième place avec 37.1% du PIB pour 54.7% relativement aux services, c est-à-dire majoritairement les importations/exportations. Cette économie a pour conséquence un entassement de la population en zone côtière comme démontré sur la carte Le nombre d'habitants recensé dans les zones de Cotonou et Abomey-Calavi est estimé, à ce jour, à plus de deux millions et celui au centre de Cotonou excède 700'000 contre 70'000 en 1960, soit une multiplication par dix en quarante ans : Carte du rencensement de la population au Bénin Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

9 Aujourd'hui, l accès à l eau courante et l électricité est intermittent pour tous le pays et l assainissement des villes est quasi inexistant. Il s ensuit un niveau de pollution dans le Sud du pays excessivement élevé. Néanmoins, le positionnement géographique du Bénin lui confère un notable potentiel économique et politique qu il doit développer grâce à son économie de transit. Il est, par ailleurs, primordial d encourager le développement des autres secteurs tels que l agriculture et l industrie pour favoriser l'indépendance du pays et réduire l'exode en direction de la zone côtière. A titre d exemple, la Direction du Développement et de la Coopération Suisse (DDC) cible ses activités sur le développement économique rural, l éducation et la décentralisation. Les principales raisons qui incitent les populations rurales à émigrer en milieu urbain sont l approvisionnement en eau et électricité et de meilleurs services et rémunérations. La commune de Savalou est sise à 250km au nord de Cotonou. Sa population est de 100'000 habitants, soit 5% de la populaton de Cotonou en comparaison. L agriculture et plus précisément l exportation du coton et du maïs représentent l économie principale de cette région. Les coupures d électricité sont quotidiennes et l accès à l eau courante limité à quelques heures par semaine en saison sèche Situation énergétique Un problème majeur au Bénin est la fourniture en électricité qui freine considérablement son développement. Actuellement le Bénin ne produit que 10% de l'électricité qu'il consomme. Celle importée, provenant de pays voisins tels le Nigéria, est peu fiable et le réseau subit de fréquentes interruptions de courant. Certaines études démontrent que l'accès à l'électricité varie de 80% en littoral dans les grandes villes à 5% en milieu rural avec pour le pays une moyenne de 22%. Les ménages en ville bénéficiant de l'électricité augmentent alors que ceux en milieu rural ne peuvent être approvisionnés en raison de l'isolement géographique. Ainsi, pour pallier cette difficulté et le renchérissement des prix des carburants fossiles, le gouvernement s'intéresse vivement au développement de systèmes électriques à énergies renouvelables. Les investissements alloués pour ces systèmes restent néanmoins faibles par rapport à ceux dédiés à la consommation des énergies conventionnelles dans les secteurs autres que l'électricité. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

10 1.2. Potentiel théorique solaire Le rayonnement solaire, estimé en fonction du modèle ci-après proposé, ne tient pas compte des atténuations du rayonnement causées par la météo. Les courbes d évolution du rayonnement ci-dessous sont celles obtenues avec un ciel dégagé. Pour calculer l évolution journalière du rayonnement d un lieu en fonction de sa latitude, la formule suivante peut être utilisée 1 : Avec : Où : Un pourcentage de 31% du rayonnement arrivant sur la terre est soustrait en raison de la dispersion de l irradiance dans l atmosphère. Sachant que les villages retenus pour le projet sont a proximité de la ville de Savalou, nous choisissons sa latitude de Le graphique nous donne les évolutions du rayonnement solaire en fonction de l heure de la journée. Deux jours de l année soit choisis pour obtenir une comparaison de l ensoleillement en fonction de la saison. 1 Décrite dans le cours «Solar Energy : basics & potential» du Pr. Jan Van Herle Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

11 1.2-1: Graphique de l'irradiance journalière à Savalou L irradiance en hiver et en été est quasiment identique. En intégrant la surface produite par la courbe en hiver, une énergie de 6,7 kwh/m 2 /jour avec un rayonnement maximum de 836 W/m 2 est obtenue. L énergie moyenne donnée sur le site de l Organisation de Coopération et de Développement Economique ( est d environ 5 kwh/m 2 /jour. La différence s explique par le fait qu'il n'est pas tenu compte des changements climatiques qui, dans notre cas, diminuent d au moins 25% le potentiel énergétique : Carte du rayonnement solaire annuel en Afrique Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

12 1.3. Conditions météorologiques Pour comprendre pourquoi une perte de 25% de l énergie solaire est atteinte en référence à notre modèle, les conditions climatiques présentes durant l année au Bénin doivent être considérées. La température moyenne à Savalou est de 27 C avec des températures maximales de 37 C et minimales de 22 C 2. Les mois pluvieux sont d avril à octobre avec une moyenne de 13 jours de pluie par mois. Dans le cas d'espèce, cela signifie que 7 mois par an, l efficience de nos systèmes variera fortement. La probabilité moyenne d obtenir un ciel complètement couvert est de 60% environ avec un maximum de 74%. La conséquence de cette météo fort particulière est que même si le rayonnement solaire direct dans l hémisphère Nord est plus important en juin qu en janvier, il n en demeure pas moins que la saison sèche est en hiver et celle des pluies en été ce qui entraîne une inversion des saisons : Températures mensuelles au Bénin 1.3-2: Relevé mensuel des précipitations au Bénin Pour appuyer ces relevés, il est précisé que le ciel était souvent couvert les matins lors des neuf semaines du séjour de janvier à début mars. Cependant, il s éclaircissait entre 12h et 17h avec une irradiance maximale l après-midi. Ces observations nous rassurent quant à l efficacité de production de nos systèmes. C est-à-dire qu il est rare que le ciel reste couvert toute la journée et il sera établi que, même en présence de nuages, la production d électricité demeure suffisante si la consommation est gérée avec efficience : Probabilités mensuelles d'obtenir un ciel couvert au Bénin 2 Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

13 1.4. Données empiriques du rayonnement annuels Afin d obtenir une idée plus précise des variations du rayonnement solaire en fonction des saisons, nous nous intéressons aux relevés fournis par le site Ces relevés sont extrapolés depuis des données empiriques. Le graphique indique que, lors de la saison pluvieuse, le rayonnement chute de 6kWh/jour à 3.5kWh/jour. Pour les dimensionnements des systèmes, deux choix s en suivent. Si il est impératif d assurer une production électrique, on utilisera un rayonnement permanant de 3,5kWh/24=150W/m 2 pour le dimensionnement. Dans le cas contraire, il est préférable d utiliser un rayonnement moyen de 5kWh/24=210W/m : Courbe de l'évolution de l'irradiance perçue à Savalou Une remarque intéressante est que l orientation des modules de façon optimal, courbe noir, n augmentera pas de manière significative leur exposition au rayonnement solaire. En position à l horizontal, courbe bleue, nous sommes déjà prêt d obtenir la meilleure exposition possible. Il est néanmoins conseillé de les inclinés de 10 à 20 en direction du Sud si les infrastructures le permettent. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

14 2. Présentation du projet humanitaire : Ce projet a été initié par l ONG Action Bénin et Solidarité qui a demandé l appui, en premier lieu, de l ONG Electriciens sans frontières puis, dans un deuxième temps, de l ONG Pont-Universel dans l'optique de récolter les fonds nécessaires à la réalisation dudit projet. Celui-ci se divise en trois phases : 1) l installation d une source électrique de secours pour les hôpitaux de Savalou et Natitingou, 2) l installation de systèmes photovoltaïques autonomes d utilité publique dans quatre villages proches de la commune de Savalou puis 3) dans neuf villages situés dans les environs de la ville de Natitingou. Les structures électrifiées en milieu rural sont les centres de santé, les écoles et un site de rechargement de téléphones portables fournissant un éclairage public pour la population locale. Les objectifs de l installation de ces systèmes sont d augmenter la qualité des soins afin de décharger les hôpitaux centraux, permettre aux élèves d obtenir des cours d appui en soirée et fournir une source d électricité propre et abordable à la population Phase 1 : Electrification des sites de la commune de Savalou La première phase constitue la partie principale du projet de Master objet du présent rapport. Elle se définit comme la réalisation de l électrification des villages de Lahotan, Gobada, Lougba et Ottola. Le choix initial portait sur les villages de Coco et Djagbalo en sus de Lahotan et Gobada. La sélection de Lougba et Ottola est que Coco subit actuellement des conflits politiques (élection d'un nouveau roi). Le centre de santé est jusqu'à nouvel ordre fermé pour garantir la sécurité du personnel. Relativement à Djagbalo, la Société Béninoise de l Electricité (SBE) ayant prévu d électrifier ce village prochainement, nous avons opté pour un site qui ne bénéficiera pas d électricité avant une dizaine d années. La décision de commencer le projet par cette phase est qu elle constitue la plus petite étape et la plus simple à réaliser tant au niveau de la recherche de fonds que de sa mise en œuvre. L objectif est de démontrer que le projet est viable. Savalou étant plus proche de Cotonou que Natitingou, il a, par ailleurs, été plus aisé de s approvisionner, d'une part, en matériel et, d'autre part, de réunir la somme minimale de 10'000.- CHF affectée au lancement de la première phase. L'électrification de deux des quatre villages, soit Lahotan et Gobada, a été réalisée durant ce projet de Master. Nom des villages des environs de Savalou Nbre habitants Fréquentation mensuelle du dispensaire Nbre d élèves Lahotan Gobada Lougba ?? Ottola 8 872?? 2.1-1: Tableau du recensement des populations des villages de la phase une Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

15 2.2. Phase 2 : Electrification des sites de la commune de Natitingou Cette phase est la plus importante du projet en termes de logistique et ressources financières engagées. Dès l électrification des sites proches de Savalou, le budget sera révisé en fonction des dépenses encourues. Cette phase comprend l électrification des écoles et dispensaires de neufs villages situés dans le Nord du Bénin. Elle ne sera pas détaillée, étant souligné que les dimensionnements des systèmes pour les sites de Savalou restent d actualité pour les vingt-sept de Natitingou. Les budgets de la première étape seront affinés en fonction des contraintes du terrain aux fins d optimiser la réalisation de la deuxième phase. Nom des villages des environs de Natitingou Nbre d habitants Fréquentation mensuelle du dispensaire Nbre d élèves Kouba Boungnagnidi Dipoli Korontière Tobré Gnemasson Ouoré Pikiré Fétékou : Tableau du recensement des popupaltions des villages de la phase deux 2.3. Phase 3 : Renforcement du réseau électrique des hôpitaux L idée de ce projet humanitaire découle de la nécessité d assurer une source électrique permanente aux deux hôpitaux principaux des communes de Savalou et Natitingou. Pour pallier aux nombreuses coupures de courant journalières, un renforcement comprenant un système de batteries comme source électrique de secours a été dimensionné par l ONG ESF en collaboration avec l ONG ABS. A cet effet, lors d une interruption de courant, le système de batteries est capable de produire une certaine quantité d électricité pour plusieurs heures; dès la terminaison de la panne, les batteries sont rechargées grâce au réseau électrique. Les soins peuvent ainsi être prodigués durant toute l année et, sur le long terme, ce système s'avère être moins onéreux que l installation de groupes électrogènes. Par la suite, il a été proposé d électrifier les centres de santé en milieu rural des zones de Savalou et Natitingou pour accroître la qualité des soins. Les phases une et deux de ce projet sont dès lors un complément à l objectif principal visé par l ONG ABS. Enfin, le renforcement des hôpitaux ne sera pas exposé dans ce rapport, l ONG PU ne participant pas à l élaboration de cette phase. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

16 3. Objectifs du PDM Un des objectifs de l'ong Pont Universel, localisée à Fribourg en Suisse, est d'offrir à de jeunes adultes suisses l'opportunité de voyager pour transmettre leurs connaissances, découvrir une autre culture et plus largement créer un pont d'échanges de savoir et d'expériences. Une des raisons qui a initié cette collaboration entre un étudiant EPFL réalisant son PDM et l ONG Pont Universel a été la nécessité pour celle-ci d'obtenir l'appui d'une personne compétente pour mener à bien son premier projet de conception de systèmes énergétiques. Les objectifs correspondant aux attentes de chaque intervenant au sein du projet ont été définis d'entente entre les trois ONG, ONG Pont-Universel (PU), Electriciens sans frontières (ESF) et Action Bénin et Solidarité (ABS) : Il a été convenu avec l ONG PU, employeur principal, que les objectifs de ce projet de Master seraient : - La création d un dossier de recherche de fonds pour l installation de systèmes photovoltaïques autonomes dans un ou deux villages au Bénin. - Le dimensionnement des systèmes en fonction d un cahier des charges transmis par l ONG ABS et des fonds récoltés. - La création d un réseau de recherche de fonds pour la continuité du projet. - Un séjour de deux mois au Bénin pour : La recherche du matériel disponible et la révision du budget prévisionnel par rapport aux prix locaux. L installation des différents sites, dans le cas d espèce, ceux de Lahotan et Gobada. Les objectifs secondaires ont, quant à eux, été fixés par les partenaires ESF et ABS, soit : - La mise en place de la logistique pour la continuité du projet global incluant l électrification des sites des onze villages restants. - La mise à jour de la technologie photovoltaïque disponible sur le marché béninois et l'actualisation des prix. - Un compte rendu sur la méthodologie la mieux adaptée aux fins de produire des revenus suffisants pour l entretien et la pérennisation du système. - Une formation adéquate pour assurer la longévité des installations à un technicien local. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

17 Les compétences acquises lors de ce projet de Master ont été multiples : - Apprentissage dans la constitution d un dossier de recherche de fonds pour un projet. - Création d un réseau pour la recherche de fonds dans le domaine de l humanitaire. - Actualisation des connaissances dans le domaine du photovoltaïque. - Gestion d un projet de sa conception à sa réalisation et mise en œuvre. - Management des ressources financières, logistiques et humaines. - Adaptation du cahier des charges en fonction du terrain. - Recherche des qualités et disponibilités du matériel sur place. - L acquisition de la pratique dans l installation du système photovoltaïque. - L adaptation de sa méthode de travail à une culture étrangère. - L apprentissage de la transmission de son savoir à une population locale ignorant la gestion des énergies. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

18 4. Déroulement du PDM Le plan établi en septembre 2013 pour la recherche de fonds, voir annexe 13.1, décrivait le déroulement du projet en deux phases. La première de septembre 2013 à fin décembre 2013 était la récolte de fonds en Suisse pour l électrification des sites du village de Lahotan et, si les fonds le permettaient, de sites supplémentaires dans les trois autres villages de la phase une (Gobada, Lougba et Ottola). La planification fut respectée avec un apport approximatif de 10'000.- CHF au terme de ladite étape. Les modules photovoltaïques furent fournis par l ONG ESF via son partenaire Electricité de France (EDF). L'approvisionnement en électricité des sites des villages de Lahotan et Gobada fut entrepris dès le commencement du séjour au Bénin. La deuxième de janvier 2014 à fin février 2014 devait être consacrée à l installation des sites. Cette phase accusa du retard en raison de la mise en place de la logistique pour la réalisation du projet et de la recherche de matériel de qualité conforme au cahier des charges. Le déroulement du séjour peut se résumer de la manière suivante : Les trois premières semaines de janvier furent consacrées à l acquisition de matériel photovoltaïque et électrique dans Cotonou. Des rencontres furent organisées auprès d organisations gouvernementales en vue d'obtenir des exonérations de taxes pour le matériel exporté depuis la France et un appui logistique dans le transport du matériel, voir annexe Les villages de Lahotan et Gobada furent visités durant la deuxième semaine ce qui permit d acheter le matériel la troisième et débuter les travaux sur Gobada fin janvier. Le mois de février fut consacré principalement à la mise en œuvre des installations photovoltaïques. Une chance inespérée fut que le village de Gobada disposait d une vingtaine de modules photovoltaïques de 80 Watts non utilisés, lesquels provenaient d une ancienne installation faite au sol démontée par peur de vandalisme ou de vol. Dans le but de réaliser des économies afférentes au matériel importé, la décision d utiliser les modules déjà présents à Gobada modifia le cahier des charges pour ses sites. En effet, la fourniture des plaques en réserve fut conditionnée à l électrification de la maison d arrondissement de Gobada située à 100 mètres du centre de santé, permettant ainsi au chef d arrondissement de disposer d une salle de réunions et d un bureau muni d'une prise électrique pour le fonctionnement d un ordinateur et d une imprimante. Préalablement à cette installation, la population devait se rendre à la ville de Savalou sise à 28 km sur une voie en terre, pour réaliser des photocopies de documents. Afin de garantir la sécurité des plaques, elles furent installées sur le toit du dispensaire pour en limiter l accès. Cette décision généra l installation d un système de 1960W composé de 24 modules de 80W, réunissant l électrification du centre de santé, de l école, du site de rechargement, de l éclairage public et de la maison d arrondissement de Gobada, ce au lieu de trois petits systèmes photovoltaïques autonomes de 170W à 400W variant de un à deux modules. Conséquemment les travaux durèrent trois semaines et non une comme Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

19 initialement prévu, soit de fin janvier à mi-février. Fin février fut consacré à la mise en œuvre d un système photovoltaïque de 960Watts sur le dispensaire de Lahotan et d un second de 170W avec un éclairage en 12V pour l école. Notre séjour à Gobada permit de former un personnel chargé désormais de la gestion du site de rechargement et de la consommation globale du réseau. En revanche, le temps qui aurait dû être dévolu à la sensibilisation et la promotion du photovoltaïque auprès de la population locale ne put l'être en raison du retard encouru en janvier et de l arrivage tardif des modules au port de Cotonou. Enfin, plusieurs grèves des transitaires du port générèrent un blocus du déchargement du matériel et, dès lors, les panneaux alloués à Lahotan ne purent être installés avant la fin du séjour. Le déroulement du projet se résume à l aide du diagramme de Gantt suivant : Septembre 2013 Novembre 2013 Janvier 2014 Mars : Diagramme de Gantt du déroulement du PDM Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

20 5. Choix du matériel Le choix du matériel est fondamental pour assurer la longévité du système. Il était donc impératif de consacrer le temps nécessaire sur le marché béninois à la recherche de matériel pour l installation de systèmes PV autonomes. Le Bénin étant pauvre, les nouvelles technologies demeurent onéreuses pour ce pays. Les équipements disponibles, de qualité médiocre, proviennent essentiellement de la Chine ou de l Inde et sont proposés à des prix modiques Batteries Les batteries sont la faille des systèmes PV autonomes. Il faut généralement choisir entre la longévité et leur coût. Ces caractéristiques dépendent principalement des procédés de fabrication et matériaux employés. Le tableau énumère les différentes batteries adaptées aux installations existant sur le marché mondial 3. Elles ne nécessitent aucun entretien et peuvent emmagasiner un total d au moins 1000kWh sur toute leur durée de vie. Afin d optimiser cette dernière, nous supposons que le déchargement est de 30% quotidiennement pour les trois batteries à Plomb et de 50% pour celle au Lithium. Type de batterie AGM Plaque GEL Tubulaire GEL Lithium ion Cycles à 30% Cycles à 50% Tension V Capacité Ah Prix CHF kwh sur une vie Prix/kWh : Tableau de comparaison des différentes batteries à décharge profonde Les batteries AGM signifient «Absorbent Glass Mat» et sont constituées d un électrolyte liquide absorbé par capillarité entre les plaques. Elles sont mieux adaptées à produire un courant élevé pendant de courtes durées de façon très répétitive comme dans le cas des voitures avec le système «Stop & Start». Les électrodes des batteries à électrolytes à gel sont constituées soit, comme l AGM, sous forme de plaques, soit sous forme de tubes pour accroître la capacité de stockage. Les batteries tubulaires ont une tension de 2V et sont généralement utilisées pour les installations importantes avec une mise en série de 6 (12V) ou 12 (24V) de ces dernières. 3 Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

21 La dernière catégorie est la batterie à Lithium iron phosphate (LiFePO4). Son avantage est sa longévité et sa faculté d être totalement déchargée sans détérioration de sa capacité. Son coût est toutefois inaccessible pour des pays émergents comme le Bénin. En conclusion, les batteries à Gel sont les plus adéquates pour des systèmes PV autonomes peu puissants. Comme, sur le marché béninois, seules des AGM de marques importées avant tout de Chine ou d'inde étaient disponibles, notre choix s'est porté sur celle la moins coûteuse au terme de négociations. De plus, le revendeur étant localisé à Savalou, qui est la ville située à proximité de Gobada et Lahotan, l approvisionnement pour ce projet fut aisé. Les caractéristiques de la batterie utilisée dans le montage des systèmes se résument comme suit : Nom : A 30% de décharge : A 50% de décharge : A une température de 40 C : Prix : SAFEPOWER AGM 12V/ 20h 1500 cycles de vie soit 4 ans 600 cycles de vie soit une année et demie 2 ans de vie F CFA : Batterie SAFEPOWER En comparaison de celle référencée dans le tableau 5.1-1, on peut supposer que la batterie est d'une qualité moindre au vu de la différence de prix de CHF au lieu de 600.-CHF. Une durée de vie de trois ans peut être espérée si le taux de déchargement quotidien ne dépasse pas 30% Régulateur Le régulateur est le seul appareil présent sur le marché béninois dont la bienfacture est à souligner. Il existe différents régulateurs adaptables à des systèmes 12V/24V/36V. Ceux retenus pour le projet sont des numériques avec un affichage LCD communiquant diverses informations dont la production /consommation du système et le niveau de charge de la batterie. Cette dernière indication 5.2-1: Regulateur numérique PWM est essentielle pour la longévité du système. Le prix des régulateurs varie de F CFA à F CFA (de 80.- à CHF) en fonction de leur courant de charge maximum. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

22 Pour la réalisation de ce projet, d autres régulateurs achetés et importés depuis la Suisse furent néanmoins utilisés au vu de la découverte de modules inutilisés à Gobada en grande quantité. Les régulateurs VT-65 tolèrent un système allant jusqu à 2000W en 24V et leur coût ascende à CHF (prix ONG) Onduleur Ce composant du système, hautement fragile, est le plus important dans un système PV autonome devant fournir une tension de sortie de 220V. Comparé au régulateur, ce dispositif est bien plus délicat et son efficacité dépend grandement des conditions extérieures de fonctionnement. Comme pour les batteries, des onduleurs de bonne qualité sont une denrée rare au Bénin. La plupart n ont aucune protection au niveau des surcharges ou courts-circuits; si non utilisés au maximum de leur capacité, leur rendement est faible, de l ordre de 60%. Le choix s'opérera, dès lors, entre un appareil avec un bon rendement mais de fortes probabilités de griller pour cause de surcharge ou à faible rendement car surdimensionné, déchargeant inutilement la batterie. Ceci explique la décision de se procurer des onduleurs importés de Suisse. A titre d expérience, un onduleur acquis au Bénin (100.- CHF) fut utilisé pour tester, une fois rénové, le réseau du dispensaire de Gobada. Celui-ci fut détruit instantanément à cause d un court-circuit. L onduleur AJ importé de Suisse supporta plusieurs courts-circuits et nous permit d isoler le problème et de le corriger Modules photovoltaïques 5.3-1: Onduleur AJ Les modules photovoltaïques utilisés lors de ce projet étant fournis par le partenaire EDF de l ONG ESF, seuls sont décrits ceux envoyés au Bénin et leur quantité. Le container en provenance de la France renfermait : - 26 modules Pluto 200W/36V - 13 modules STP W/24V - 13 modules SF W/24V 5.2-1: Régulateur VT-65 MPPT Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

23 Pour la phase une, nous avions à disposition : - 4 modules de 170W/24V initialement pour les quatre sites de rechargement - 8 modules de 200W/24V initialement pour les quatre centres de santé - 4 modules de 280W/24V initialement pour les quatre écoles Au Bénin, il est aisé de se procurer des modules allant de 60W à 185W pour un coût avoisinant 1000F CFA/W, soit F CFA (160.- CHF) pour un module de 80W. Les devis mentionnés dans ce rapport ne tiennent pas compte de l achat de modules Equipements basse consommation Pour garantir l'efficacité d'un système PV autonome, le choix des appareils électriques branchés sur le circuit est essentiel. Même si de plus en plus d appareils basse consommation sont commercialisés dans le monde, le Bénin accuse un retard important sur l Europe. Heureusement le domaine de l éclairage, principal objectif de ce projet, étant suffisamment développé, l'approvisionnement d'ampoules LED 2/7W de 220V ou 12V fut aisé, voir photos 5.5-1, ce qui nous permit de réaliser un gain non négligeable sur la consommation comparé aux réglettes de 20W retenues initialement pour l éclairage des bâtiments : De gauche à droite, Ampoule Led 12V/5W, 220V/2W et chargeur universel 12V Dans une situation optimale, les frigos à vaccins des centres de santé devraient être en 12V/24V avec une consommation proche des 600Wh/jour. Lesdits centres n'ayant cependant pas la possibilité de se procurer ces équipements faute de budget et de marché, la consommation des frigos présents dans les dispensaires s'élève à env. 2-3kWh/jour, soit cinq fois plus. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

24 6. Etude des systèmes les mieux adaptés au terrain Les systèmes photovoltaïques autonomes décrits dans le dossier de recherche de fonds ont été dimensionnés de manière à remplir différents critères : - Fournir de l éclairage aux bâtiments et lieux publics - Permettre le rechargement d appareils électriques divers : Les téléphones portables en ce qui concerne le site de rechargement Un ordinateur portable ou projecteur pour les écoles Une télévision ou de petits appareils électriques basse consommation pour le dispensaire, frigo non-compris. Après discussion avec les bénéficiaires, il a été constaté que leurs besoins n étaient pas en totale adéquation avec ces champs d application. Les centres de santé de Lahotan et Gobada disposent actuellement d un frigo fonctionnant au pétrole ou à l électricité. Le budget consenti à l achat du fuel est d environ 15'000F CFA par mois. Le médecin coordinateur de l hôpital de Savalou a fait part de son vif intérêt, moyennant le paiement d un forfait mensuel de 10'000F CFA, de raccorder le frigo au réseau électrique. Pour le site de rechargement et l école, il était initialement envisagé de réaliser des systèmes en 220V pour accroître, en comparaison d un système 12V, la flexibilité d utilisation des prises. Cependant, après avoir testé les onduleurs 24V/220V 500W disponibles sur le marché Béninois, il s est avéré que leur résistance face à la température, aux surcharges et courts-circuits n était pas suffisante pour une utilisation permanente et que les risques de défaillance étaient beaucoup trop élevés. Le domaine du photovoltaïque étant en pleine expansion au Bénin et particulièrement dans les pays voisins tels le Nigéria, le Togo ou le Burkina Faso, il est très aisé de se procurer des ampoules et chargeurs de téléphones portables 12V. Le coût d une ampoule LED 12V/5W, soit 10.- CHF, est supérieur d environ deux fois et demi à celui d une 220V/5W, soit 4.- CHF. Par ailleurs, le prix d un onduleur 500W acheté au Bénin dont la longévité est d une année au plus, s élève au minimum à CHF. Ceux acquis en Suisse pour les dispensaires de Lahotan et Gobada étaient de CHF/pièce avec une garantie de cinq ans. Pour une école munie de 15 ampoules, il est davantage rentable de conserver un système d éclairage en 12V (au lieu de 220V) même au vu du surcoût de 90.- CHF. La durée de vie d une ampoule LED excédant de loin une année, les économies sont non négligeables. L achat de câbles électriques de section plus importante pour un réseau 12V représente, certes, une charge supplémentaire mais cette dépense reste acceptable pour des sites de petite ampleur tels qu une salle de classe ou une cabine de rechargement. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

25 Les enseignants n ont assurément plus la possibilité d utiliser des prises 220V pour le fonctionnement d appareils électriques divers. Cependant, au terme de l installation des systèmes d éclairage dans les écoles de Gobada et Lahotan, leur unique préoccupation était de ne plus pouvoir recharger leur téléphone portable. Ceci nous conforte dans l idée d installer des circuits 12V pour les écoles avec la mise à disposition de deux ou trois chargeurs universels de 12V. Comme il existe dans chaque village des particuliers qui tiennent des sites de rechargement de téléphones grâce à des groupes électrogènes, notre site n est de toute évidence pas vital. Il fournira cependant une source électrique propre et plus fiable que celles déjà présentes dans les villages. L importance de nos systèmes pour la population locale est ainsi classifiée comme suit : Est primordiale l amélioration des conditions de travail du centre de santé sachant que le nombre d accouchements, de maladies et d accidents est élevé dans les régions rurales. Se situe, en deuxième position, l éclairage de l école en raison de la nécessité de favoriser le renforcement et la qualité de l enseignement. L installation d un éclairage dans une école accréditera l importance de la scolarisation des enfants. Finalement, l'électrification est un concept avantageux car, pour l'heure, l activité de la population locale cesse dès la nuit. Cependant, de nombreux cas de vandalismes sur des lampadaires solaires publics installés dans des villages ont été observés lors de notre séjour. Une des constatations faite sur le terrain est que les sites des écoles et des centres de santé sont suffisamment proche pour envisager une liaison électrique entre eux. Dans ce cas, il est fortement recommandé de créer un seul et unique système avec deux réseaux électriques distincts afin de mutualiser la puissance des modules et la capacité de stockage des batteries normalement alloué indépendamment à chaque site. S il est aussi possible de déterminer un emplacement adéquat pour un site de rechargement dans les environs des deux autres sites, dès lors la combinaison des trois sites isolés en un seul devient la solution la plus avantageuse, sûre et efficace pour les bénéficiaires. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

26 6.1. Pour le centre de santé : Le centre de santé, composé de plusieurs bâtiments comprenant de nombreuses salles à éclairer, est le chantier le plus important. Généralement les bâtiments des centres de santé possèdent déjà un réseau électrique mis en place lors de leur édification, il est donc conseillé de conserver un système fournissant une tension de sortie de 220V. De cette façon, les anciens réseaux électriques de Gobada et Lahotan ont pu être rénovés, plusieurs heures ont été économisées (achat des câbles et électrification des bâtiments). Si les budgets le permettent et que le dispensaire dispose d un frigo essence/électrique, il est préconisé d augmenter la puissance du système et la capacité des batteries pour couvrir les besoins en électricité de l appareil. Grâce au gain obtenu en utilisant les modules non exploités de Gobada, relocalisés sur le dispensaire de Lahotan, cette adaptation, dans le cadre de ce projet de Master, a été possible. Dans le cas contraire, il est préférable de réaliser un système PV autonome uniquement pour un éclairage en 12V afin d éviter une utilisation intempestive des prises 220V du dispensaire. Grâce aux installations précitées, nous avons pu estimer le taux de déchargement des batteries pour un centre de santé muni d'un frigo raccordé ou non sur le réseau durant la nuit. Le système provisoire de Lahotan était composé de deux batteries de 12V/200ah pour l éclairage du centre; leur déchargement au matin était en moyenne de 15%, voir chapitre 7.2.1, ce qui équivaut à une consommation nocturne de 0.74 Wh, ce uniquement pour l éclairage. L ajout d un frigo sur la consommation provoque une augmentation de 2-3kWh/jour comme démontré dans l évolution de la consommation du centre de Gobada, voir chapitre Au vu de ces données empiriques, un nouveau dimensionnement comprenant l utilisation d un frigo peut être envisagé. Deux devis inhérents à la mise en service ou non d un frigo sont ainsi établis. Le devis de 3'080.- CHF mentionné dans le tableau tient compte de la consommation d un frigo pour vaccins présent actuellement dans les dispensaires de Savalou. Le second devis de 2'400.- CHF est uniquement pour fournir un éclairage au dispensaire Devis pour l électrification d un centre de santé Consommation journalière : 0.74(éclairage)+2.5(frigo)=3.24kWh/jour avec des pertes de 20% : 3.9kWh/jour Rayonnement solaire moyen : 210W/m 2 Puissance des modules requise : 3 900*1 000/(210*24)=774W Capacité des batteries minimum pour un déchargement quotidien de 30% : ( /2)*1.2/0.3=8kWh soit 3.3 batteries de 200Ah/12V Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

27 Il faudra prévoir l ajout d une puissance minimum de =374W au système si l on souhaite garantir le fonctionnement du frigo en saison sèche. Désignations Qtité Prix (CHF) Total(CHF) Régulateur 24V/30A Batterie 20h Onduleur AJ V LED 220V/2W avec douilles Câbles 10mm 2 30 m 3 90 Câbles 16mm 2 10 m 4 40 Rouleau 2.5 mm Prise de terre Barres de support pour modules Accessoires Main d'oeuvre Total : Devis pour l'électrification d'un centre de santé Devis pour l éclairage d un centre de santé Consommation journalière : 0.74kWh/jour avec pertes de 20% : 0.9kWh/jour Rayonnement solaire minimum (afin de garantir un éclairage toute l année) : 150W/m 2 Puissance des modules requise : 900*1000/(150*24)=250W Capacité des batteries minimum pour un déchargement quotidien de 20% : 0.9/0.2=4.5kWh, soit 1.88 batteries de 200Ah/12V Désignations Qtité Prix (CHF) Total(CHF) Régulateur 12V/30A Batterie 20h LED 12V/5W avec douilles Câbles 10mm 2 30 m 3 90 Câbles 16mm 2 10 m 4 40 Câbles de 4 mm 2 80m Rouleau 2.5 mm Prise de terre Barres de support pour modules Accessoires Main d'oeuvre Total : Devis pour l'éclairage d'un centre de santé Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

28 6.2. Pour l école du village Comme expliqué précédemment, un système 12V est plus approprié pour des systèmes photovoltaïques autonomes de petites dimensions. Le premier dimensionnement réalisé comprenait l éclairage de six salles de classes, voir annexe La probabilité d un éclairage occasionnel a été observée sur le terrain. De plus, ce qui a été retenu pour Lahotan et Gobada et conseillé pour les autres écoles de ce projet est l installation de l éclairage uniquement dans les deux classes de CM2 et bureaux adjacents des directeurs. L installation d un régulateur avec un compteur intégré permettra par la suite de définir le taux d utilisation effectif des écoles afin d optimaliser les systèmes lors de la phase d installation des écoles des environs de Natitingou Devis pour l éclairage d une école Consommation des lampes : 10 lampes LED/12V de 7W pendant 4 heures : 280 Wh Consommation des rechargements de téléphones : 10 rechargements de 10Wh : 100Wh Consommation journalière totale avec des pertes de 20%: ( )*1.2=460 Wh/jour Radiation moyenne au Bénin : 210 W/m 2 Puissance des modules requise : 460*1 000/(210*24)=90W Capacité de la batterie pour un déchargement maximum de 30% : 280*1.2/0.3 = 1120 Wh soit une batterie de 100Ah/12V Désignations Qtité Prix (CHF) Total(CHF) Régulateur 12V/30A Batterie 20h LED 12V/7W avec douilles Câbles 10mm 2 30 m 3 90 Câbles 16mm 2 5 m 4 20 Câbles 4 mm 2 80 m Rouleau 2.5 mm Chargeurs téléphones 12V Prise de terre Barres de support pour modules Accessoires Main d'oeuvre Total : Devis pour l'éclairage d'une école Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

29 Devis pour un système regroupant l école et le centre de santé Comme explicité précédemment, l idée principale de regrouper l école sur le centre de santé est de récupérer la puissance du module affecté à l école pour consolider le système du centre de santé. Par exemple, les week-ends, il est évident que les systèmes PV autonomes des écoles ne seront pas utilisés et donc une quantité d énergie sera perdue qui aurait pu être utilisée pour recharger les batteries du dispensaire. Dès lors le devis pour un réseau électrique reliant l école et le dispensaire est relativement simple : Désignations Qtité Prix (CHF) Total(CHF) LED 220V/2W avec douilles Rouleau 2.5 mm Accessoires Main d'oeuvre Total : Devis pour relier l'éclairage de l'école sur le réseau du dispensaire Il faut ajouter CHF au devis de 3'080.- CHF du centre de santé avec le frigo pour installer une ligne électrique entre l école et le centre de santé. Nous envisageons le regroupement de l école et du centre de santé uniquement dans le but de fournir assez de puissance au réseau pour supporter la charge d un frigo. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

30 6.3. Pour le site de rechargement L idée principale était de fournir un site de rechargement de téléphones portables localisé au centre du village avec un éclairage public environnant. Le premier système dimensionné était composé de deux modules de 170W. Au vu néanmoins d une modification dans l envoi des plaques, une seule de 170W par village au lieu de deux pu être obtenue. Pour cette raison, les plaques de 280W et 170W dédiées initialement respectivement à l'école et au site de rechargement furent interverties, l utilisation quotidienne de ce dernier étant certaine tandis que celle de l école occasionnelle (uniquement en période d examens). Ce site fut le plus petit à réaliser en comparaison de l école ou du centre de santé puisque ne comprenant qu un bâtiment ou local et un maximum de quatre lampadaires. Comme il était loisible de le combiner aisément avec un des deux autres sites pour le renforcer et en augmenter sa sécurité, une attention toute particulière fut portée à son emplacement. L avantage de ce site combiné à un autre est que sa consommation peut facilement être ajustée. Les rechargements effectués la journée ne déchargent pas la batterie et il est possible d imposer des conditions avant d enclencher l éclairage public comme, par exemple, un niveau de charge minimum des batteries de 85%. Lors du choix de la localisation d un site de rechargement, plusieurs critères doivent être pris en compte : - La sécurité du lieu s il n est pas combiné à un autre site. - L emplacement de la place publique déterminé avec précaution afin de ne pas susciter de jalousies. - Sa visibilité doit être optimale pour maximiser l affluence de la population. Les emplacements les mieux adaptés sont l entrée et le long de la route principale du village. Pour Gobada, la cabine de rechargement est localisée à 50 mètres du dispensaire au bord de la route principale du village avec une visibilité maximale. Dans le cas de Lahotan, la décision n a pas encore été prise pour l incorporation ou non du site de rechargement dans le dispensaire. Deux budgets peuvent être établis. Le premier pour un site de rechargement isolé avec un système uniquement en 12V composé d un module de 280W avec une batterie de 12V/200ah. Le deuxième porte sur le renforcement du système du dispensaire aux fins d y raccorder un frigo. Il est à noter qu un site de rechargement avec un éclairage public pourrait être créé dans un rayon de 300 mètres autour du dispensaire. Les pertes de tension avec des câbles de section 2.5mm 2 sur une distance de 300 mètres sont inférieures à 5% en 220V pour une puissance de 500W. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

31 Devis pour un site de rechargement isolé Radiation solaire moyenne : 210W/m 2 Consommation de 50 rechargements quotidiennement : 50*10Wh=500Wh Energie pour un éclairage par quatre lampadaires de 20W: 4*20*5=400Wh Consommation totale avec les pertes de 20% : 1.1kWh/jour Puissance des modules requise : 1100*1 000/(210*24)=220W Capacité de la batterie pour un déchargement de 20% : 400/0.20=2 000Wh Désignations Qtité Prix (CHF) Total(CHF) Régulateur 12V/30A Batterie 20h Lampadaires 20W Câbles 10mm 2 30 m 3 90 Câbles 16mm 2 5 m 4 20 Câbles 4 mm 2 80 m Rouleau 2.5 mm Chargeurs téléphones 12V Prise de terre Barres de support pour modules Accessoires Main d'oeuvre Total : Devis pour un site de rechargement isolé Devis pour un site de rechargement combiné au dispensaire Dans la situation où le site de rechargement serait incorporé au site du centre de santé, cela nous permet d obtenir le devis suivant à ajouter au devis pour le centre de santé avec frigo. De la même manière que pour le regroupement de l école et du centre de santé, cette combinaison vise à renforcer le système du dispensaire pour maximiser l utilisation du frigo sur le réseau. Désignations Qtité Prix (CHF) Total(CHF) Lampadaires 20W/220V Rouleau 2.5 mm Chargeurs téléphones 220V Accesoires Main d'oeuvre Total : Devis pour relier un site de rechargement au réseau du dispensaire Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

32 6.4. Récapitulation des choix et devis applicables Toutes les possibilités d installations rencontrées dans les villages ayant été passées en revue, une liste des devis en fonction de la disposition des sites peut être établie. Les différentes situations sont comme suit : A. Les trois sites sont trop éloignés ou la topographie du lieu oblige la création de trois systèmes PV autonomes. Le centre de santé n a pas la possibilité de brancher un frigo sur son réseau. B. Les systèmes du centre de santé et du site de rechargement peuvent être combinés car le dispensaire dispose d un local visible et sécurisé pour gérer quotidiennement des rechargements. Un système PV autonome est, par ailleurs, installé pour l école trop distante des autres sites. C. L école est suffisamment proche du centre de santé pour combiner les deux systèmes. Le site de rechargement reste indépendant, aucun emplacement à proximité n'étant adéquat. D. Il est possible de réaliser un seul système PV autonome avec un réseau distribuant de l électricité au site de rechargement, à l école et au centre de santé. Situation Devis Ajout de modules école site de rechargement centre de santé Total (CHF) A B C D : Tableau récapitulatif des devis Il est nécessaire d ajouter au système combiné dans les situations B et C, un module d une puissance de 200W pour un prix de CHF. En conclusion, il est observé que la solution D est la moins onéreuse. Pour le surplus, elle permet non seulement le branchement du frigo mais offre également la possibilité de mettre en plus deux batteries. Pour un surcoût de CHF correspondant à l achat desdites batteries, nous obtenons un total de =5'000 CHF équivalant au devis de la situation A. Il est rappelé que la situation A était celle retenue lors des dimensionnements avant notre séjour. Le regroupement des trois systèmes en raison de la proximité des sites est donc financièrement énergétiquement avantageux.. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

33 7. Compte rendu des quatre villages cibles de la phase une Cette partie est consacrée aux dimensionnements détaillés et travaux réalisés dans les villages de Gobada et Lahotan. Les visites effectuées dans les deux derniers villages de la phase une, Ottola et Lougba, permettent d évaluer la situation au cas par cas pour la finalisation de cette première phase Gobada ( N ; E) Le village de Gobada est le seul dont le système a été complètement revu en raison de la non livraison des modules photovoltaïques envoyé de France. Gobada disposant d un stock important de modules inutilisés, regroupés en des modules de 60 Watts et 80 Watts, un système de Watts crêtes a pu être réalisé. Il se compose de 24 plaques de 80 Watts, voir photo 7.1-2, regroupées en six lignes de quatre modules. Grâce au système de monitoring de la batterie, la consommation du système sur une semaine a été relevée, voir tableau Il est constaté que le système produit un courant maximum de charge de 40 ampères en 25V, soit 1000 Watts de puissance, au lieu des Watts crêtes en additionnant la puissance nominale des 24 modules. Cette réduction de puissance massive est le résultat de plusieurs facteurs. Le premier est la chaleur, les plaques étant positionnées à même le toit en tôle. Le rendement étant diminué par l effet d une trop haute température, une surrélévation, au moyen d'une structure appropriée pour optimiser l aération, aurait été judicieuse. Dans le cas d espèce, comme la structure à mettre en œuvre était trop importante, le choix de ne pas modifier le système fut retenu. Le second, assurément le plus important, est l état des modules. Bien qu ignorant la durée de stockage des plaques dans des conditions difficiles (chaleur, humidité, insectes, voir photo 7.1-1), nous sommes d'avis qu elles justifient en majorité le déficit des plaques : Vue du toit du dispensaire de Gobada 7.1-1: Etat des connectiques des modules récupérés Le troisième facteur est l orientation des plaques. Dans notre cas, la position du toit du dispensaire n était pas optimale ce qui a pu entrainer une diminution de la puissance Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

34 maximale produite lors du zénith solaire. Ceci explique aussi le choix d avoir utilisé le maximum de modules acceptable au vu de la capacité du régulateur. Pour tenir compte des facteurs précités, le surdimensionnement avait déjà été envisagé avant l installation du système. Ainsi, même si le système est moins performant que sa puissance théorique, cette dernière demeure néanmoins suffisante pour assurer quotidiennement le rechargement des batteries. Par exemple, lors d une journée couverte, le système a produit environ 4 kwh ce qui équivaut à la consommation moyenne de l éclairage et du frigo. Une consigne, voir annexe 13.4, afférente à l utilisation du frigo sur le réseau électrique recommande son fonctionnement uniquement durant la période sèche et lorsque le niveau de charge des batteries est supérieur à 75%. Les conclusions du système se résument succinctement sous les quatre catégories suivantes : l évolution de la consommation sur une période teste, la description du lieu, le schéma du circuit électrique et le budget alloué pour la réalisation du système Evolution de la consommation Grâce au système de monitoring de la batterie SBM-02, un relevé de la consommation du système sur 6 jours à été effectué par le maintenancier de Gobada. Date Taux de chargement de la batterie Consommation Matin (7-8h) % Soir (19-20h) % nocturne kwh 01/03/ *14.4=4.2 02/03/ /03/ /03/ /03/ /03/ Moyenne : Relevés quotidiens du taux de déchargement des batteries du système de Gobada Le frigo de Gobada est un model RCW 50 EK avec une consommation se situant entre 2 et 3 kwh/jour. Ceci nous permet d obtenir une estimation de la consommation nocturne du système en dehors du frigo si l on retire 3/2 = 1.5kWh/nuit à la consommation moyenne enregistrée. Nous obtenons un déchargement moyen d environ = 2kWh par nuit pour le réseau électrique de Gobada comprenant les bâtiments de la santé, le logement de la sage-femme, la maison d arrondissement et les salles de classes des écoles. Une précision à apporter est que la sage-femme utilise une petite télévision de 60W et que les trois ventilateurs de la maison d arrondissement consomment 70W en pleine puissance. L utilisation de ces appareils peut expliquer cette consommation relativement élevée. Quoi qu il en soit, le système reste bien dimensionné puisqu il permet un rechargement journalier des batteries avec un taux de décharge n excédent pas 30%. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

35 Description du système de Gobada Des photographies supplémentaires des installations du village de Gobada sont fournies dans l annexe Direction 4 Aleds Salle 2 Aleds Arrondissement 5 Aleds Maternité 6 Aleds Logement 8 Aleds Ecole B 4 Aleds Ecole A 4 Aleds Dispensaire 6 Aleds Recharge 6 Aleds Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

36 Schéma du circuit électrique Budget alloué pour l unique site de Gobada : - Régulateur VT CHF - Onduleur AJ CHF - Contrôleur de batterie CHF - 6 batteries SAFEPOWER 20h/12V CHF - Structure métalliques pour modules CHF - 60 ampoules/interrupteurs/prises 220V CHF - Câbles électriques CHF - Main d œuvre CHF - Transport CHF - Accessoires électriques et frais divers CHF Total : CHF Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

37 7.2. Lahotan ( N ; E) Lahotan est un village muni de deux systèmes autonomes conçus lors de notre séjour. L idée était de reproduire le schéma de Gobada en créant un système centralisé. Malheureusement, la route séparant l école du dispensaire étant régulièrement empruntée par des transporteurs de ressources premières il était déconseillé d installer, d'une part, une ligne électrique souterraine en raison de la voie creusée à plusieurs endroits et, d'autre part, une aérienne au vu des hauteurs variables des camions. Dans ce cas, il a été décidé de combiner le site de rechargement au centre de santé et d allouer le modules de 280W non utilisé à Gobada au système pour obtenir un système final de =960W. Avec cette puissance, il devient envisageable pour le dispensaire de Lahotan de brancher leur frigo sur le réseau. En ce qui concerne l école de Lahotan, le système installé est celui prévu dans le dimensionnement général, voir chapitre 6.2.1, composé d un seul module de 170W. Les travaux pour Lahotan furent exécutés plus rapidement car le site disposait déjà de câbles souterrains reliant les bâtiments du centre de santé. Les modules exportés de France n'ayant pas été livrés, quatre modules de 60 Watts furent empruntés à Gobada pour la mise en œuvre provisoire de l éclairage du centre de santé, voir photo A la différence de Gobada, ce système est composé de quatre batteries au lieu de six, la consommation étant moindre (aucune école ou maison d arrondissement sur le système) : Système temporaire mis en place à Lahotan pour recharger les batteries 7.2-2: Système PV autonome de Lahotan composé de quatre batteries, d'un AJ et un VT-65 Comme pour Gobada, les installations de Lahotan se résument sous les critères de la consommation journalière, du schéma circuit électrique, de la description des lieux et du budget alloué à la réalisation des deux systèmes. Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier

38 Evolution de la consommation Date Taux de chargement de la batterie Consommation Matin (7-8h) % Soir (19-20h) % nocturne kwh 04/03/ *4.8=1.2 05/03/ /03/ Moyenne : Relevés quotidiens du taux de déchargement des batteries du centre de santé de Lahotan Le grand intérêt du suivi de ces consommations est qu elles nous fournissent une bonne approximation de la consommation d un centre de santé uniquement pour l éclairage et le rechargement de petits appareils électriques utilisés lors du montage de l installation tel que des perceuses électriques. Aucun gros consommateur comme un frigo ou une télévision n a été utilisé pendant cette période. Nous obtenons une consommation moyenne de 720Wh par nuit. Ceci équivaut à une puissance continue de 720/12=60W. On peut aisément séparer cette puissance en 15W pour l onduleur, 15W pour les rechargements et 30W pour l éclairage, soit environs 6 lampes de 5W allumés en permanence. Une remarque est qu il est donc préférable de compter 5W par ampoules LED 220V même si la puissance nominale donnée est normalement de 2W Schéma du circuit électrique Schéma pour le centre de santé et le site de rechargement Schéma pour l école Promotion du photovoltaïque au Bénin - Quentin Cavillier