CRÉATION D UNE FILIÈRE (LABORATOIRE ET ENSEIGNEMENT) EN ÉNERGIES RENOUVELABLES

CRÉATION D UNE FILIÈRE (LABORATOIRE ET ENSEIGNEMENT) EN ÉNERGIES RENOUVELABLES. ÉQUIPEMENT EN CHAUFFAGE & ÉLECTRIFICATION SOLAIRE, ET ISOLATION THERMIQUE D UN BÂTIMENT AU COLLÈGE INEPE INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN, EDUCACIÓN Y PROMOCIÓN POPULAR DEL ECUADOR à QUITO en ÉQUATEUR DOSSIER TECHNIQUE mai 2008 étude et réalisation de : INGÉNIEURS & ARCHITECTES SOLIDAIRES case postale 87 CH1211 Genève 7 Suisse www.ias-ch.org responsable du projet : BERNARD BÉROUD, président de l IAS 15, rue Liotard CH1202 Genève Suisse tél/rép : +41 22 345 25 76 beroud@bluewin.ch en partenariat avec : Graviton - INEPE Franco FRANCIA, président 255, La Rue F01710 Thoiry France tél : +33 450 41 27 33 franco.francia@wanadoo.fr INEPE Barrio La Dolorosa de Chilibulo, lote 17 Casilla 17-02-5330 Quito Équateur tél : +593 263 67 90 www.inepe.net Patricio RAZA DÁVILA, directeur patricio@inepe.net IAS / BB / mai 2008 1

L Equateur La République d Équateur, est un pays d Amérique du Sud, d une surface de 283 560 km², bordé par le Pérou au sud et à l est, et la Colombie au nord. Il a fait partie avec la Colombie, le Venezuela et le Panamá de la Grande Colombie de Simon Bolivar. Son nom vient de sa latitude. L Equateur est peuplé de 13,3 millions d habitants dont 1 600 000 dans sa capitale Quito, et 2 500 000 dans la plus grande ville Guayaquil, l un des ports les plus importants d Amérique du Sud. Le pays est divisé en 22 provinces (îles Galapagos comprises). La zone le long du Pacifique s appelle La Costa. La plaine centrale à plus de 2 000 mètres d altitude, où se trouve notamment Quito, est appelée La Sierra, et l Est, descendant ver l Amazonie, et où l on a découvert du pétrole en 1967, Oriente. L archipel des Galapagos, à 1 000 km du continent sont aussi équatoriennes. La population est composée de 55% de métis, 25% d indiens, 10% d origine hispaniques et 10% africaine. 93 % des Equatoriens parlent Espagnol et 7% Quetchua. Ils sont catholiques à 90%. Depuis 2000, la monnaie nationale est le dollar US. L Equateur a une géographie très accidentée, avec des altitudes passant de 0 m, le long du Pacifique, à 6 310 mètres avec le volcan Chimborazo, dont certains géographes disent qu il est en réalité le plus haut sommet du Globe. Le pays est le 3ème producteur mondial de bananes, le 7ème de cacao, le 16ème de café, le 22ème de canne à sucre et le 28ème de riz. IAS / BB / mai 2008 2

Une histoire mouvementée Fin du 14ème Siècle. L empire Inca s étend sur le territoire équatorien actuel. 1530. Le conquiatador Francisco Pizarro arrive au nord du Pérou. 1532. Pizarro tend un piège au chef inca Atahualpa, et le font prisonnier ; il le fera assassiner en 1533. 1534. Sebastián Benalcázar fonde la ville de Quito. 1563. Céation de l Audencia Real de Quito, placée sous la tutelle de la couronne d Espagne. 1812. première constitution du pays, qui ne sera jamais appliquée. 1822. Le général Sucre remporte la bataille de Pichincha sur les Espagnols. Sous l impulsion de Simón Bolivar, l Equateur, le Venezuela, le Panama et la Colombie s unissent pour former la Grande Colombie. 1830. L Equateur proclame son indépendance. 1832. L archipel des Galapagos s ajoute au territoire équatorien. 1852. Abolition de l escalvage. 1908. Inauguration du chemin de fer entre Quito et Guayaquil. 1941. L armée péruvienne envahit l Equateur. 1942. Le protocole de Rio de Janeiro attribue au Perou une importante partie du territoire équatirien. 1967. Découverte de pétrole à Lago Agrío, en Amazonie. 1969. L'Equateur intègre le Pacte Andin (libre-échange) comprenant aussi la Colombie, le Chili et le Pérou. 1987. Important séisme qui ravage la région de Quito et certains monuments de son centre historique. 1990. En juin, plusieurs populations Amérindiennes se soulèvent pour des revendications territoriales. 1994. En juin, nouveau soulèvement général des Amérindiens à travers le pays 1995. Début janvier, friction à la frontière Péruvienne. 1998. Un accord de paix met fin à ce conflit frontalier qui dure depuis 1941. 1998. Les pluies diluviennes d'el Niño provoquent des dommages considérables sur la côte. 2000. Le Sucre est remplacé par le dollar US. La population manifeste contre la dollarisation de l économie, bientôt suivie par l armée, au point de renverser le président Jamil Mahuad. novembre 2006. Rafael Correa est élu président. Sur sa proposition, les Equatoriens acceptent par référendum en avril 2007 la création d'une Assemblée nationale chargée de rédiger une nouvelle constitution. septembre 2007. L'Allianza Pais qui soutient le président Correa, obtient 70% des suffrages, et 80 des 130 députés lors de l'élection de l'assemblée constituante. Développement humain Quelques statistiques (en 2005) tirée du Rapport 2008 du PNUD : PIB en PPA en US$ / habitant : 4 341 (Suisse : 33 633) Inflation en 2001-2002 : 5% Population vivant avec <1 US$ / jour : 17,7% en augmentation! Population vivant avec <2 US$ / jour : 40,8% en augmentation! Taux d alphabétisation des >15 ans : 91% (89,7% chez les femmes) Taux de scolarisation dans le primaire : 98 % Mortalité infantile : 22 / 1 000 naissances vivantes (Suisse : 5 / 1 000) Mortalité infantile <5ans : 25 / 1 000 (Suisse : 5 / 1 000) Enfants de <5ans souffrant d un retard de croissance : 29% Mortalité maternelle : 110 / 100 000 (Suisse 7 / 100 000) Espérance de vie à la naissance : 74,7 ans (Suisse : 79,1) Médecins / 100 000 habitants : 148 (Suisse : 361) Habitants ayant un accès régulier à des points d eau aménagés : 94% Habitants ayant accès à un dispositif d assainissement amélioré : 89% Consommation électrique annuelle par habitant : 1 092 kwh (Suisse : 8 669 kwh) Lignes téléphoniques / 1 000 habitants : 129 (Suisse : 710) Abonnés à la téléphonie mobile / 1 000 habitants : 472 (Suisse : 921) IAS / BB / mai 2008 3

INEPE, Instituto de Investigacíon, Education y Promocíon popular del Ecuador, à Quito Les bâtiments de l INEPE sont implantés dans le quartier périphérique de La Dolorosa de Chilibulo, au sudouest de Quito, sur les pentes du Mont (cerro) Ungui, à une altitude 3 064 mètres. Ce quartier pauvre comptait environ 8 000 habitants en 1998, dont la majorité ont des racines indigènes, et conservent des traditions culturelles ancestrales, comme la «minga», le travail collectif volontaire pour la communauté. L INEPE est une ONG reconnue juridiquement par l État équatorien. L Institut a, dès sa création, en 1985, réalisé un travail sérieux, professionnel et étroitement ancré dans la réalité équatorienne. Actuellement, l INEPE peut compter sur une équipe de professionnels des sciences de IAS / BB / mai 2008 4

l éducation, de la santé, des arts plastiques, de promotion populaire et de personnel communautaire, qui lui permet de développer des activités dans les domaines de l éducation, de la formation, du développement local, de l investigation participative et de la santé. La formation et l investigation sont des axes de synergie des tous ces domaines, dans une conception du développement qui se base sur l écologie, la culture et la participation communautaire. L INEPE vise un développement intégral et harmonieux des enfants, jeunes et adultes en recherchant l excellence et le bonheur des individus et de leur communauté. L INEPE est un espace œcuménique où est respectée la diversité ethnique, politique, linguistique, afin de fournir à chacun de ses bénéficiaires des opportunités égales d éducation, de travail, de santé et d habitat. Plan de La Dolorosa de Chilibulo, avec l implantation des bâtiments de l INEPE. IAS / BB / mai 2008 5

Les bâtiments de l INEPE vus de la Magdalena Le projet de partenariat IAS Graviton INEPE L INEPE n a pu survivre et se développer qu avec l appui solidaire de groupes de soutien, en Espagne, en France, et notamment du groupe Graviton formé de fonctionnaires et d anciens du CERN (à la frontière Genève-France) autour de Franco Francia. C est ce dernier qui a contacté IAS afin d explorer les possibilités d intervention de IAS dans l aventure INEPE. Nos compétences, notre expérience dans le domaine des énergies renouvelables pouvant aider l INEPE a concrétiser ses buts écologistes, notre projet est la création d une Filière en Énergies Renouvelables comprenant la formation d enseignants équatoriens et la construction simultanée, avec ces futurs enseignants d équipements prototypes, dans les bâtiments de l INEPE. Les enseignements et les équipements prévus couvriront les domaines : du photovoltaïque avec de panneaux solaires chargeant un onduleur-chargeur relié au réseau ; de l éolien avec une petite turbine chargeant les mêmes batteries ; de l hydraulique avec une micro-turbine alimentée par l eau de pluie, qui chargera les mêmes batteries ; du solaire thermique alimentant un chauffage central dans le nouveau bâtiment destiné aux tout-petits, et produisant de l eau chaude sanitaire pour la cuisine et des douches éventuelle ; de l isolation thermique des bâtiments avec l isolation de la grande pièce pour les tout-petits. Repérage en mai 2008 En partie financé par Graviton, un déplacement de repérage a été fait par Bernard Béroud en mai 2008, afin de déterminer les contours et particularités de l installation envisagée à l INEPE, notamment les conditions météo particulières au Sud de Quito, ainsi que le matériel spécialisé que l on pourra acheter sur place. Une station météorologique a également été emportée pour avoir des données actuelles et plus précises que les moyennes données par les cartes et même par la NASA. IAS / BB / mai 2008 6

L énergie solaire récupérable à Quito Il faut d abord rappeler les conditions solaires particulières engendrées par la position géographique de Quito, tout proche de l équateur géographique : 0,2 de latitude Sud. La durée d une journée ne varie quasiment pas au long de l année, et le soleil reste environ 6 heures au dessus de 60 par rapport à l horizontale. Par contre, la course du soleil bascule du Nord au Sud lors des équinoxes. Le graphique de la page suivante, tiré des données de la NASA, indique l énergie récupérable avec une orientation fixe face au Nord. Si le toit le permet, on aurait intérêt à monter les panneaux sur un axe horizontal permettant de les basculer, lors des équinoxes, la moitié de l année face au Nord et l autre moitié face au Sud, avec dans les deux cas un angle de 16 par rapport à l horizontale. Cela augmenterait un peu l énergie reçue. IAS / BB / mai 2008 7

L énergie solaire récupérable à Quito Le climat particulier de Quito, avec une couverture nuageuse abondante et régulière au long de l année, n est pas propice à une forte production d électricité et de chaleur par l énergie solaire. Cela nécessite une surface de panneaux et de capteurs thermiques relativement importante, renchérissant ces deux postes du budget. Selon le observations ponctuelles faites au sud de Quito durant le repérage de mai 2008 (fin de la saison des pluies ou hiver), il pleut quasiment tous les jours, en général une partie de l après-midi. Le matin, généralement le soleil brille, mais il y a souvent des voiles nuageux, voire des nuages. Une orientation Nord-Est des panneaux semblerait alors idéale. Mais il est néanmoins préférable de maintenir l azimut au Sud car l énergie est maximale vers midi par temps clair. Nombre équivalent de jours sans soleil par mois dans la région de Quito (NASA Solar Energy Data) mois JAN FÉV MARS AVR MAI JUIN JUIL AOÛT SEPT OCT NOV DÉC jours 5.6 2.76 2.79 3.00 3.83 4.85 4.35 5.56 4.21 7.38 3.48 3.89 On remarque aussi qu il a des nombreux jours sans soleil. Si l on voulait réaliser une alimentation autonome, il faudrait donc une batterie d accumulateurs de forte capacité, ce qui entraînerait un coût important. On préfèrera dans un premier temps réaliser une alimentation où les énergies renouvelables servent d appoint, d autant plus que le but initial est d avoir des équipements de démonstration, à but pédagogique. IAS / BB / mai 2008 8

Apport complémentaire : l énergie éolienne La production électro-solaire pourra être complétée par l apport d une petite éolienne chargeant en parallèle les mêmes accumulateurs. Le terrain accidenté autour de l INEPE ne correspondant pas à ceux sur lesquels la NASA a effectué ces mesures, la station météo installée nous donnera des valeurs plus exploitables. Cette petite éolienne a un but pédagogique elle aussi. Vitesse moyenne du vent en m/s dans la région de Quito (moyenne 10 ans NASA Solar Energy Data) mois JAN FÉV MARS AVR MAI JUIN JUIL AOÛT SEPT OCT NOV DÉC à 50m au dessus du terrain 5.11 4.50 4.86 4.34 3.97 3.58 3.63 3.59 3.84 3.97 4.74 4.90 à 10m sur terrain type aéroport 4.04 3.56 3.84 3.44 3.14 2.83 2.87 2.84 3.03 3.14 3.74 3.87 Montées sur le toit du bâtiment principal de l INEPE, les sondes mesurent périodiquement la vitesse et la direction du vent, les précipitations journalières en mm, le rayonnement UV ainsi que la température et l humidité. La station météo IROX affiche et accumule ces données qui peuvent être transférée sur PC. Un autre apport complémentaire : l énergie hydro-électrique Les précipitations relativement abondantes peuvent aussi être source d énergie lorsque l on canalise ce qui tombe sur les toits. On prévoit de concentrer l eau de pluie tombant sur les toits des bâtiments principaux, qui ont 3 étages, eau qui est déjà canalisée dans deux tubes, qui peuvent être réunis. Ainsi, on pourra également charger en parallèle les mêmes accumulateurs avec une micro-turbine dont la production énergétique possible est encore à estimer et ne sera sans doute pas énorme. Mais cela étant toujours dans un but pédagogique. IAS / BB / mai 2008 9

Petit système d appoint d alimentation électrique comme système de démonstration à l appui de l enseignement des énergies renouvelables En réunissant les 3 volets (photovoltaïque, éolien et micro-hydraulique), on illustrera les cours à l aide des mesures instantanées relevées par une balise connectée à un par un ordinateur, lui-même alimenté par ces énergies renouvelables, qui accumulera ces mesures. Leur traitement pourra aussi faire l objet de travaux pratiques. Les données accumulées seront transmises tous les mois à IAS par internet. L onduleur-chargeur sera monté entre l entrée du réseau public du bâtiment (en principe celui où se trouve la direction) et l alimentation du bâtiment. Avec ce système, on n aura pas d interruption d électricité dans la partie administrative de ce bâtiment en cas de pannes de plusieurs heures du réseau public. L onduleur se substituera au réseau public également quand la tension de celui-ci sera trop basse, assurant une alimentation alternative idéale. On a renoncé à installer une alimentation autonome, à cause de la consommation électrique conséquente de ce bâtiment. Exemple : 2 123 kwh en 30 jours (12 février au 13 mars 2008)! Le coût du système exploserait. On a par ailleurs conseillé à l INEPE de remplacer dès maintenant chaque ampoule défectueuse par une lampe THR (focos ahorradoros), afin de modérer la consommation. IAS / BB / mai 2008 10

Petite installation de chauffage central de deux pièces pour les toutpetits, comme système de démonstration à l appui de l enseignement des énergies renouvelables Les deux pièces abritant les tout-petits au rez-de chaussée du nouveau bâtiment «Casa del Niño» seront chauffées dans un premier temps. En effet, il y ferait très froid le matin, sinon. Comme, d après tous les témoignages, il ne gèle jamais à cet endroits, on peut faire circuler l eau à chauffer directement dans les capteurs, sans nécessiter un circuit isolé de glycol ni l échangeur de chaleur pour réaliser un chauffage «central» à l européenne. Quand la différence de température est suffisante, le circulateur (petite pompe peu puissante) poussera l eau froide dans le capteur thermique, ce qui amènera l eau chauffée par le soleil dans les radiateurs. L échange s arrêtera de lui-même car la différence de température diminuera immédiatement, voire s inversera. Le cycle recommencera un peu plus tard quand T sera à nouveau suffisant. Quand la pièce est assez chauffée, on peut commuter manuellement le capteur solaire sur la production d eau chaude, qui permettra de tempérer la douche et l eau du lavabo avec des mitigeurs. Le circuit électronique de commande ainsi que le circulateur seront alimentés par une petite alimentation qui pourrait être également autonome (électro-solaire). Il sera peut-être nécessaire de prévoir un ballon d extension et un clapet anti-retour (non dessinés sur ce croquis) pour améliorer le fonctionnement. IAS / BB / mai 2008 11

Isolation des locaux chauffés En même temps que les deux pièces seront chauffées, une amélioration importante sera amenée à la construction par une isolation en sandwich des murs et des doubles vitrages sur les grandes baies vitrées. Ainsi, la chaleur produite par les radiateurs (d un type à déterminer, par exemple celuici) et par le rayonnement à travers les vitres ne repartira pas trop vite à l extérieur. IAS / BB / mai 2008 12

Sur cette vue simulée et comprenant les dernières modifications, on voit, à l étage du bas, les deux pièces à chauffer. Les collecteurs thermiques pourront être installés sur toit plat de la partie centrale, ce qui facilitera leur orientation. Merci aux architectes Gabriela Ovando Jeanneret et Sabina Balarezo Fernandez pour leurs documents. Production d eau chaude pour douches, lavabos et cuisine On peut produire de l eau chaude dans chaque bâtiment avec des systèmes plus simples, à thermosiphon. L eau augmentant de volume avec sa température, elle monte naturellement dans un système en pente. On pourra tempérer l eau des douches et des lavabos et en plus, pour la cantine, l eau chaude permettre d économiser du gaz pour la cuisson. Pour augmenter la production, on peut mettre directement en parallèle les capteurs solaires et aussi les réservoirs sur le toit, qui seront bien isolés thermiquement, de même que les conduites d eau chaude à l extérieur. L expérience montrera si la production doit être augmentée. En principe un tel système sera d abord installé sur la cantine. On pourrait construire ces collecteurs thermiques surplace en formant simultanément les futurs constructeurs, sur le modèle de ce que fait Sebasol en Suisse. IAS / BB / mai 2008 13