Pompage solaire à Cinzana : dimensionner ou réduire la demande
Un village près de Ségou veut remplacer sa pompe à main par un pompage solaire. Le niveau dynamique de la nappe est à 22 m, le réservoir est posé sur une tour de 6 m, et les pertes de charge sont évaluées forfaitairement à 12 % de la hauteur statique. La demande retenue est de 12 m³ par jour. Le groupe motopompe a un rendement de 50 % et l'on applique 15 % de pertes supplémentaires pour l'onduleur et les câbles. L'ensoleillement moyen utile est de 5,2 kWh/m²/jour en saison sèche et de 3,8 kWh/m²/jour en saison des pluies. Les panneaux disponibles font 300 Wc et coûtent 95 000 FCFA l'unité, hors structure et régulateur. Le comité dit que deux panneaux suffisent « puisque le soleil est gratuit », tandis que la technicienne du district rappelle que l'eau doit sortir même en août, quand les femmes attendent au robinet. Le maire demande aussi si l'on peut supprimer la tour et poser le réservoir au sol pour économiser.
1. Calculer l'énergie hydraulique utile, l'énergie électrique à fournir et le nombre de panneaux nécessaires en saison sèche. Préciser les hypothèses et la marge obtenue.
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Hauteur statique : 22 + 6 = 28 m. Avec 12 % de pertes de charge : H = 28 × 1,12 = 31,36 m. Énergie hydraulique : E = ρgVH = 1000 × 9,81 × 12 × 31,36 ≈ 3,69 × 10⁶ J, soit 3,69 × 10⁶ / 3,6 × 10⁶ ≈ 1,03 kWh par jour. Rendement global : 0,50 × 0,85 = 0,425. Énergie électrique à fournir : 1,03 / 0,425 ≈ 2,41 kWh/jour. Un panneau de 300 Wc produit, avec 5,2 h équivalentes, 0,3 × 5,2 = 1,56 kWh/jour en courant continu ; deux panneaux donnent 3,12 kWh, soit après pertes onduleur 2,65 kWh, ce qui dépasse les 2,41 kWh requis. Deux panneaux suffisent donc en saison sèche, avec une marge d'environ 10 % seulement sur l'énergie électrique, et cette marge est fragile : elle ne couvre ni le vieillissement des modules, ni la poussière, ni une baisse du niveau statique. En volume, le système peut théoriquement pomper 12,8 m³/jour. Le calcul suppose que la pompe fonctionne au point de puissance maximale pendant toute la plage utile, ce qui est optimiste ; il faut donc vérifier le profil de consommation plutôt que se contenter du chiffre.
2. En saison des pluies, avec 3,8 kWh/m²/jour, deux panneaux suffisent-ils ? Quantifier le déficit et comparer deux solutions : ajouter un troisième panneau ou réduire la demande.
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Avec deux panneaux : énergie disponible en courant continu 0,6 × 3,8 = 2,28 kWh ; après onduleur et câbles, 2,28 × 0,85 = 1,94 kWh ; énergie hydraulique récupérable 1,94 × 0,50 = 0,97 kWh. Or il faut 1,03 kWh : le déficit est d'environ 0,06 kWh, soit 5 à 6 %. En volume, le pompage plafonne à 0,97/1,03 × 12 ≈ 11,3 m³, donc environ 0,7 m³ manquants chaque jour. Trois panneaux fournissent 0,9 × 3,8 × 0,85 × 0,50 ≈ 1,45 kWh hydrauliques, soit environ 17 m³ : le déficit disparaît et une marge de 40 % apparaît. Ajouter un panneau coûte 95 000 FCFA plus structure et régulateur, sans consommation de carburant ni pièce mobile. Réduire la demande de 1 m³/jour (usage d'abord domestique, arrosage reporté, abreuvement au puits) coûte presque rien mais redistribue la pénurie sur les usagers et peut être socialement conflictuel. Le choix dépend de la valeur de l'eau en août : si le robinet est déjà un lieu de file d'attente, le troisième panneau est la solution la plus robuste ; sinon, une règle de priorité claire et un réservoir plus grand peuvent suffire, car le déficit est faible et intermittent.
3. Le maire propose de supprimer la tour de 6 m et de poser le réservoir au sol, avec une petite pompe de surpression. Évaluer cette idée sur le plan énergétique et pratique.
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Supprimer 6 m sur 31,36 m de hauteur de référence réduit l'énergie d'environ 19 %, soit 0,20 kWh/jour, soit moins de 10 % de la facture énergétique solaire. Mais il faut ajouter une pompe de surpression : son rendement (souvent 35 à 50 %), ses pertes de charge et son entretien annulent une partie de ce gain. Surtout, le réservoir au sol ne fournit plus d'eau par gravité : en cas de panne de la surpresseuse ou de jour sans soleil, les robinets du village sont secs, alors qu'une tour de 6 m maintient une pression de service utilisable. La tour joue aussi le rôle de réserve tampon et éloigne le réservoir du sol, donc des animaux et des ruissellements. Le calcul énergétique seul donne donc raison au maire, mais l'analyse du service rendu le contredit : on économise environ 10 % d'énergie pour perdre l'autonomie de distribution. Une solution intermédiaire consiste à abaisser la tour de 6 à 3 m seulement si la pression résiduelle aux bornes les plus éloignées reste suffisante, calcul à l'appui ; sinon, conserver la tour et investir dans le troisième panneau, plus utile en saison des pluies.