Optimisation et conception d’un pivot d'irrigation solaire

Abstract

Ces dernières années, le sud de l'Algérie, en particulier la région d'El Oued, a connu un essor agricole remarquable. Cependant, l'essor de l'activité agricole s'est accompagné de défis liés aux pratiques d'irrigation traditionnelles, qui ne permettent souvent pas d'atteindre les objectifs de durabilité. Cette thèse répond à la nécessité d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'eau et de l'énergie dans l'agriculture en se concentrant sur l'optimisation et la conception d'un système d'irrigation à pivot alimenté par l'énergie solaire. Les premières investigations révèlent des inefficacités significatives dans la planification de l'irrigation traditionnelle, conduisant à une surconsommation d'eau et à une utilisation élevée d'énergie. L'étude progresse selon une approche en deux phases. Tout d'abord, elle effectue une évaluation complète sur le terrain de six systèmes de pivot centraux à Ouargla et El Oued, en utilisant le modèle CROPWAT pour analyser les besoins en eau et l’analyseur d’énergie électrique du réseau triphasé CHAUVIN ARNOUX (C. A.8332B) pour analyser l’efficacité de l’utilisation d’énergie. La deuxième phase s'oriente vers le dimensionnement et l'évaluation des systèmes photovoltaïque (PV) pour alimenter chaque type de pivot. Les résultats mettent en évidence la disparité entre les volumes d'eau appliqués et les volumes d'eau optimaux, causant une faible efficacité d’utilisation de l’eau. Les pivots modernes ont été les équipements les plus efficaces avec 1.1 kW/ha en termes de puissance installée, mais elle est environ quatre fois plus élevée dans le cas des mini pivots. Ainsi que la plage de la consommation spécifique de l'eau (0.227-0.326 kWh/m3) des pivots était près des activités d'irrigation à faible consommation. Concernant la simulation des systèmes PV autonomes, les résultats ont montré que la taille du système PV dans le cas d’irrigation conventionnelle était respectivement plus grande de 190 et 171% pour le pivot moderne et artisanal que dans le cas de planification CROPWAT. في السنوات الأخيرة، شهد جنوب الجزائر، وخاصة منطقة الوادي، نموا فلاحيا ملحوظا. ومع ذلك، فإن صعود النشاط الزراعي رافقه تحديات تتعلق بممارسات الري التقليدية، والتي غالباً ما تفشل في تحقيق أهداف الاستدامة. تتناول هذه الأطروحة الحاجة إلى تحسين كفاءة استخدام المياه والطاقة في الزراعة من خلال التركيز على تحسين وتصميم نظام الري المحوري الذي يعمل بالطاقة الشمسية. وتكشف التحقيقات الأولية عن أوجه قصور كبيرة في تخطيط الري التقليدي، مما يؤدي إلى الإفراط في استهلاك المياه وارتفاع استخدام الطاقة. تتقدم الدراسة باستخدام نهج من مرحلتين. أولاً، يقوم بإجراء تقييم ميداني شامل لستة أنظمة محورية مركزية في ورقلة والوادي، وذلك باستخدام نموذج CROPWAT لتحليل الاحتياجات المائية ومحلل الطاقة الكهربائية لشبكة ثلاثي الطور لتحليل كفاءة استخدام الطاقة. تركز المرحلة الثانية على تحديد حجم الأنظمة الكهروضوئية وتقييمها لتشغيل كل نوع من أنواع المحاور. تسلط النتائج الضوء على التفاوت بين أحجام المياه المطبقة وأحجام المياه المثالية، مما يتسبب في انخفاض كفاءة استخدام المياه. تعد أنظمة الري المحوري الحديثة هي المعدات الأكثر كفاءة حيث تبلغ 1.1 كيلووات/هكتار من حيث الطاقة المركبة، ولكنها أعلى بحوالي أربعة أضعاف في حالة أنظمة الري المحورية الصغيرة. وكذلك كان مدى استهلاك المياه النوعي (0.227-0.326 كيلووات ساعة/م3) للمحاور قريباً من أنشطة الري ذات الاستهلاك المنخفض. وفيما يتعلق بمحاكاة الأنظمة الكهروضوئية المستقلة، أظهرت النتائج أن حجم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في حالة الري التقليدي كان أكبر بنسبة 190 و171٪ على التوالي بالنسبة للمحور الحديث والحرفي منه في حالة تخطيط CROPWAT.