Caractéristiques du gisement éolien marocain et optimisation d'un système aérogénérateur/groupe électrogène our l'électrification des villages isolés

UNIVERSITÉ MOHAMMED V – AGDAL

FACULTÉ DES SCIENCES

Services des affaires estudiantines

Rabat

N° d’ordre 2228

THESE DE DOCTORAT d'ETAT

Présentée par

Hassan NFAOUI

Discipline : Physique

Spécialité : Energétique

Titre :

CARACTERISTIQUES

DU

GISEMENT

EOLIEN

MAROCAIN

et

OPTIMISATION

D'UN

SYSTEME

AEROGENERATEUR/GROUPE

ELECTROGENE

POUR

L'ELECTRIFICATION

DES

VILLAGES

ISOLÉS

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Soutenue le 03 Décembre 2004

Devant le jury :

Président :

D. SAYAH

Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat

Examinateurs

H. ESSIARAB

Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat

A. SAYIGH

Professeur à l’Université de Reading, UK

M.A. TAOUD

Professeur à l’Ecole Mohammadia d’Ingénieurs

M. EL KHAMLICHI

Professeur à la Faculté des Sciences, Rabat

F. BILLAL

Faculté des Sciences, 4 Avenue Ibn Battouta B.P. 1014 RP, Rabat – Maroc Tel +212 (0) 37 77 18 34/35/38, Fax : +212 (01) 37 77 42 61, http://www.fsr.ac.ma

R E M E R C I E M E N T S

Ce travail présenté dans ce mémoire a été effectué au Laboratoire d’Energie Solaire de la Faculté des Sciences de Rabat en collaboration avec le Département d’Ingénierie de l’Université de Reading (UK).

Je voudrais tout d’abord rendre hommage à Madame Jamila BAHRAOUI-BURET, professeur à la faculté des Sciences de Rabat, fondatrice du Laboratoire d’Energie Solaire, pour sa contribution à la réalisation de ce travail. Elle m’a encadré aussi pour le Diplôme d’Etudes Supérieures de 3ème cycles sur le rayonnement solaire, je dois dire que j’ai beaucoup appris d’elle, grâce à sa méthodologie et sa compétence. Son coté humain et son esprit critique ont contribué d’une façon considérable à ma formation.

M. Hassan ESSIARAB, professeur à la faculté des Sciences de Rabat, a contribué à l’encadrement de ce travail. Il m’a continuellement apporté son soutien et m’a fait bénéficier de ses remarques constructives. Je suis très heureux de lui exprimer toute ma reconnaissance pour la confiance qu’elle m’a accordée afin de mener à terme ce travail.

Je tiens à exprimer ma reconnaissance à M. Ali SAYIGH, professeur à l’Ecole d’Ingénieurs, Université de Hertfordshire (UK), ‘Director General of World Renewable Energy Network (WREN)’ et ‘Editor-in Chief of Renrwable Energy Journal’ pour la direction de ce travail malgré ses nombreuses responsabilités. Je tiens à l’assurer de toute ma reconnaissance pour son soutien académique et humain continu. C’est grâce à son encouragement, j’ai assisté aux 8 ‘World Renewable Energy Congress (WREC)’, ce qui m’a permis d’avoir des contacts et des discussions fructueux avec d’autres chercheurs et utilisateurs des énergies renouvelables à l’échelle internationale.

Je suis très sensible à l’honneur que me fait Monsieur le professeur Driss SAYAH, Responsable du Laboratoire de Physique de Solide des Matériaux, Faculté des Sciences de Rabat, en présidant le jury.

Je remercie chaleureusement Monsieur Mohammed Ali TAOUD, professeur à l’Ecole Mohammedia des Ingénieurs de Rabat, pour l’intérêt qu’il a apporté à mon travail, et l’honneur qu’il me fait en présidant le jury.

Je suis très reconnaissant à messieurs au professeur Mohammed EL

KHAMLICHI de la Facultés de Sciences de Rabat, au Dr Faiq BILLAL, directeur scientifique à l’Organisation Islamiques de l’Education, des Sciences et de la Coopération (ISESCO) pour l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail et l’honneur qu’ils m’ont fait de participer au jury de ma thèse.

Grâce aux bourses du gouvernement britannique et aux encouragements de ‘British Council’ à Rabat, J’ai pu poursuivre mes études de recherches à l’Université de Reading (UK) et perfectionner mon anglais, prière de trouver ici mes remerciements

Mes stages à l’Université de Reading, Département d’Ingénierie (UK), sous la direction du Prof. Ali Sayigh, m’ont permis d’avancer mon travail de recherche sur l’énergie éolienne et de réaliser une modélisation par ordinateur d’un système hybride Aérogénérateur/Groupe Electrogène pour l’électrification rurale. Mes discussions avec Prof. P.D. DUNN, chef de Département d’Ingénierie, Prof. P. MUSGROVE, découvreur de l’aérogénérateur à axe vertical, Dr A.S.K. DARWISH et Dr A. BULLOCK, membres de ‘Energy Group’ du même département, ont été profitable.

Pour finir, je tiens à adresser mes vifs remerciements à la Direction du Service de la Météorologie Nationale ainsi qu’au Service de Climatologie de Casa -Anfa, pour avoir mis à ma disposition, les mesures de la vitesse et de la direction du vent.

Enfin, il m’est agréable de remercier Hafid BOUTALEB-JOUTEI, Président de l’Université Mohammed V-Agdal et professeur à la faculté des Sciences de Rabat du soutien moral et financier qui sont très bénéfiques pour l’aboutissement de ce travail.

S O M M A I R E

Pages

INTRODUCTION GENERALE………..……….12

CHAPITRE I : SITUATION ENERGETIQUE, GISEMENT EOLIEN ET BESOINS ENERGETIQUES DANS LES COMMUNAUTES RURALES AU MAROC………..………...21

Introduction………..……….……….….22

I-A Contexte générale………..……..……….……….…………...23

I-A.1 Energie une matière première vitale………..……...23

I-A.2 Perspectives mondiales de l’énergie………...….23

I-A.3 Energie et développement économique………..….26

I-A.4 Energie et environnement………..……….……….………..26

I-B Situation énergétique du Maroc ………..……….……….…………...27

I-B.1 Introduction………..……..………..………….……….………...27

I-B.2 Aspects économiques………..……..………..………...27

I-B.2.1 Indicateurs économiques du secteur………..……..……….27

I-B.2.1.1 Balance, consommation et dépendance énergétiques……..…....27

I-B.2.1.2 Secteur pétrolier………..…….32

I-B.2.1.3 Secteur gaz naturel………..32

I-B.2.1.4 Secteur électrique………...…..33

I-B.2.1.5 facture énergétique nationale………..35

I-B.3 Aspects écologiques………...………35

I-B.3.1 Ressources naturelles……….……….36

I-B.3.2 Impact des changements climatiques………36

I-B.3.3 Bilan général des émissions des Gaz à Effet de Serre…………..38

I-B.3.4 Déforestation………..………..38

I-B.4 Aspects sociaux………..39

I-B.4.1 Développement inégal en milieu rural et urbain………39

I-B.4.2 Milieu rural……….40

I-B.5 Conclusion………..………40

I-C Energie éolienne au Maroc……….………...….41

I-C.1 Introduction………...…………..41

I-C.2 Données du vent disponibles………...…41

I-C.3 Données solaires disponibles………...………….47 I-C.4 Complémentarité entre les énergies éolienne et solaire disponibles

dans les régions les plus venteuses………....48

I-C.5 Application de l'énergie éolienne……….………52

I-C.5.1 Pompage d'eau……….53

I-C.5.2 Génération d'électricité………..………....54

I-C.5.2.1 Projets de démonstration réalisés par le Centre de Développement des Energies Renouvelables………...54

I-C.5.2.2 Travaux de recherche sur les éoliennes………..….56

I-C.5.2.3 Parcs éoliens………...…56

I-C.5.2.4 Installations privées………...…….57

I-C.6 Conclusion………..………57

I-D Besoins énergétiques dans les communautés rurales au Maroc…...………..…58

I-D.1 Introduction……….………..…….58

I-D.2 Situation actuelle de l'électrification rurale………..…….…...58

I-D.2.1 Nombre total de villages………...…………58

I.D.2.2 Electrification par extension du réseau électrique national……….59

I-D.2.3 Electrification par Groupes Electrogènes……….60

I.D.2.4 Electrification par les énergies renouvelables………..61

I-D.2.5 Eclairage traditionnel………...…...…………62

I-D.3 Identification des usages de l'énergie et des besoins énergétiques en milieu rural……….……...62

I-D.3.1 Equipements traditionnels : un budget au service de l'éclairage et de l'audiovisuel………..…..62

I-D.3.2 Applications et équipements………...….64

I-D.3.2.1 Usages domestiques………..…...64

I-D.3.2.2 Usages publics………..66

I-D.3.3 Etude du cas du village Tirga-Ait Ouakki……….66

I-D.4 Solutions pour l'électrification en milieu rural………..69

I-D.4.1 Electrification conventionnelle………...……69

I-D.4.2 Contraintes économiques et techniques de l'électrification rurale I-D.4.2.1Dispersion de la population et coût des raccordements I-D.4.2.2 Demande rurale et coût de fonctionnement des réseaux I-D.4.2.3 Faisabilité globale………...….74

I-D.4.3 Tarification et taxes………..….74

I-D.4.3.1 Produits pétroliers………76

I-D.4.3.2 Gaz naturel………...…77

I-D.4.3.3 Electricité……….….78 I-D.4.3.4 Nécessité de trouver des solutions novatrices… 81

I-D.4.4 Electrification décentralisée………82

I-D.5 Investissement dans le secteur énergétique………...….…....84

I-D.6 Conclusion……….………..…………...…86

Conclusion………...……….86

CHAPITRE II : CARACTERISTIQUES DU POTENTIEL EOLIEN DU SITE DE TANGER………...………..88

Introduction………...………..89

II.1 Etude statistique de la vitesse du vent………...………..90

II.1.1 Introduction………...………...………..90

II.1.2 Moyenne et maxima de la vitesse du vent………...…91

II.1.3 Variations saisonnières et annuelles………...….93

II.1.4 Variations interannuelles………..……….95

II.1.5 Variations quotidiennes……….…97

II.1.6 Distribution des fréquences………..98

II.1.6.1 Répartitions des vitesses horaires……….98

II.1.6.2 Fréquence cumulée des vitesses horaires……….99

II.1.7 Conclusion………....102

II.2 Traitement statistique de la direction du vent……….102

II.2.1 Introduction………..102

II.2.2 Distribution de la vitesse du vent suivant les 18 directions principales du vent………...103

II.2.3 Roses des vents pour le site de Tanger………..103

II.2.4 Conclusion………106

II.3 Modélisation mathématique des distributions des fréquences de la vitesse du vent..……...………..………...……….…107

II.3.1 Introduction………...107

II.3.2 Loi de Weibull………107

II.3.3 Détermination des paramètres de Weibull………109

II.3.4 - Loi de Weibull Hybride………...111

II.3.5 Energie éolienne disponible………119

II.3.6 Profil vertical du vent par rapport au sol………....121

II.3.7 Conclusion………....125

II.4 Influence du pas et du nombre d’années de mesures sur l’estimation du potentiel éolien………....……..………...126

II.4.1 Introduction………...126 II.4.2 Influence de la fréquence des mesures sur le calcul des

moyennes mensuelles de la vitesse du vent……….…………...126

II.4.3 Influence du nombre d’années de mesures sur la vitesse du vent……..130

II.4.4 Validation des résultats obtenus………134

II.4.4.1 Variations mensuelles de la vitesse du vent……….134

II.4.4.2 Fréquences cumulées………135

II.4.4.3 Répartition des vitesses horaires………136

II.4.4.4 Distribution de Weibull hybride……….138

II.4.5 Conclusion………....139

II.5 Modélisation stochastique de la vitesse du vent………...140

II.5.1 introduction………...140

II.5.2 Revue bibliographique……….…………140

Partie A : Modélisation par un modèle auto-régressif…….………..142

II.5.A.1 Introduction………...142

II.5.A.2 Construction d'une variable stationnaire à distribution gaussienne…...143

II.5.A.2.1 - Transformation gaussienne………..…143

II.5.A.2.2 Nécessité d'une variable aléatoire stationnaire………..144

II.5.A.2.3 Elimination de la variation saisonnière………..…145

II.5.A.2.4 Elimination de la variation journalière………...145

II.5.A.2.5 Examen de la stationnarité………..151

II.5.A.2.

6

II.5.A.2.8 Fonctions d'auto corrélation mois par mois………...156

II.5.A.3 Méthodologie………...….159

II.5.A.3.1 Rappel sur le modèle Auto-Régressif AR(p)………159

II.5.A.3.2 Identification du modèle………...159

II.5.A.3.3 Détermination de l'ordre du modèle………...160

II.5.A.3.4 Estimation des paramètres du modèle………....160

II.5.A.3.5 Test du modèle……….165

II.5.A.4 Application du modèle obtenu pour générer une année de référence pour le site de Tanger………...166

II.5.A.4.1 Calcul et comparaison des fonctions d'auto-corrélation (fac) réelles et simulées………...………...166

II.5.A.4.2 Acceptation du modèle Auto Régressif d’ordre 2 (AR(2))…...167

II.5.A.4.3 Validation du modèle………...…168

II.5.A.4.4 Détermination de l'année type………....175

II.5.A.5 Conclusion………175

Partie B : Simulation par le modèle markovien………...176

II.5.B.2 Modèle de la chaîne de Markov pour la vitesse du vent……….176

II.5.B.3 Analyse des moyennes horaires de la vitesse du vent………...178

II.5.B.4 Interprétation des résultats………..181

II.5.B.5 Discussion de la matrices de transition………....181

II.5.B.6. Génération synthétique des Moyennes Horaires de la Vitesse du vent..182

II.5.B.6.1 Choix d’une nouvelle variable………....182

II.5.B.6.2 Ajustement des densités de probabilités par des fonctions….182 II.5.B.6.3 Formulation de la procédure de simulation d’une séquence synthétique………..183

II.5.B.7 Préservation des caractéristiques statistiques par le modèle…………...184

II.5.B.7.1 Moyenne, variance, matrices des probabilités de transition et histogramme………..185

II.5.B.7.2 Densité spectrale (S) d’énergie et auto corrélation………186

II.5.B.7.3 Probabilité de persistance………188

II.5.B.8 Conclusion………190

II.5. Conclusion……….….191

Conclusion………..………191

CHAPITRE III : INTEGRATION DE L’ENERGIE EOLIENNE DANS L’ELECTRIFICATION DES VILLAGES ISOLES………....193

Introduction………...194

III.1 Système hybride Aérogénérateur/Groupe électrogène……….……194

III.2 Hypothèses pour la modélisation………195

III.2.1 Données éoliennes………..195

III.2.2 Demande d’énergie………197

III.2.3 Taille de l’aéromoteur et puissance nominale………198

III.2.4 Groupe électrogène (GEG)……….201

III.2.5 Taille et types des batteries……….202

III.3 Traitement informatique du modèle et résultats………...……..205

III.3.1 Données d’entrées………..…205

III.3.2 Composantes du système………..206

III.3.3 Calcul économique……….206

III.3.4 Résultats de l'optimisation du système………209

III.3.4.1 Effet de la vitesse nominale de vent (Vn/Vm)…….……….…….209

III.3.4.2 Effet des batteries………..…...214

Conclusion………..221

CHAPITRE IV : OPTION DE L’ENERGIE EOLIENNE AU MAROC………….213

Introduction………...221

IV.1 Localisation des zones les plus venteux……….222

IV.2 Evaluation quantitative de la puissance éolienne exploitable dans les sites retenus……….………222

IV.3 Aérogénérateurs……….………..224

IV.3.1 Aérogénérateurs à axe horizontal……….224

IV.3.2 Aérogénérateurs à axe vertical……….224

IV.4 Technologies éoliennes disponibles………..225

IV.4.1 Tailles des aérogénérateurs………...226

IV.4.2 Facteur de capacité………226

IV.5 Capacité de puissance éolienne installée à travers le monde………...226

IV.5.1 Vent : 10 % de la consommation en électricité vers 2020………...228

IV.5.2 Investissement, coût et création d'emplois………..…...229

IV.5.2.1 Investissement……….…….……..229

IV.5.2.2 Coût………...…..230

IV.5.2.3 Création d'emplois………...231

IV.5.3 Bénéfices environnementales des 10 %………..…...231

IV.6 Energie produite par un aérogénérateur………..231

IV.7 Dimensionnement d'une centrale électrique éolienne………..232

IV.7.1 Dimensionnement d'un parc éolien………..233

V.7.1.1 Caractéristiques de l'aérogénérateur………233

IV.7.1.2 Caractéristiques du réseau électrique………233

a. Connexion Aérogénérateur/Réseau électrique national………...234

b. Connexion Aérogénérateur/Groupe électrogène………..235

IV.7.1.3 Caractéristiques du vent……….237

IV.7.2 Projets de parcs éoliens dans les sites retenus………..239

IV.7.3 Analyse économique………..240

IV.7.3.1 Coût d'installation………240

IV.7.3.2. Coût d'exploitation……….241

IV.7.3.3 Prix de vente………...242

IV.7.3.4 Taux d'intérêt………...242

IV.7.3.6 Taux d'inflation………...242

IV.8 Résultats de l'analyse de la rentabilité économique………...242

Conclusion………..248

CONCLUSION GENERALE……….250

BIBLIOGRAPHIE………250

A N N E X E S A : DISTRIBUTIONS DE LA VITESSE DU VENT MESURE DES SITES VENTEUX AU MAROC………...………265

B : CARACTERISTIQUES DE L’AEROGENERATEUR………..267

B.1 Puissance maximale récupérable par un aéromoteur………..268

B.2 Action du vent sur les pales………....268

B.3 Paramètres de fonctionnement et Performance d’un aéromoteur…………..269

B.4 Profil de la puissance d'un aéromoteur………...271

B.5 Calcul du coefficient effectif de la puissance………..………...272

C : DONNEES TECHNIQUES DES AEROGENERATEURS 150 et 250 kW…..273

D : PRESENTATION DES OUTILS DE CALCUL DE LA RENTABILITE ECONOMIQUE D’UN PROJET………..….279

D.1 Investissements………...…...280

D.1.1 Investissements en limites des unités de production……..280

D.

D.1.3 Fonds de roulement……….280

D.2 Charges fixes………..281

D.2.1 Amortissements………281

D.

D.2.3 Entretien (maintenance)………...282

D.3 Main d’œuvre………283 D.4 Etude de la rentabilité économique d’un projet………...283

D.4.1 Critères économiques………...283 D.4.2 Méthode du POT ou du temps de remboursement simplifié D.4.3 Méthodes reposant sur l’actualisation des revenus………..285

E : Estimation of daily and monthly direct, diffuse and global solar

radiation in Rabat……….………..290

Renewable Energy, Vol.3, No.8, pp.923-930, 1993

F : STOCHASTIC SIMULATION OF HOURLY AVERAGE WIND

SPEED SEQUENCES IN TANGIERS (MOROCCO)……….299

Solar Energy Vol.56, No.3, pp.01-314, 1996

G : COST OF ELECTRICITY GENERATED AND FUEL SAVING OF AN OPTIMIZED WIND-DIESEL ELECTRICITY SUPPLY

FOR VILLAGE IN TANGIERS-AREA (MOROCCO)………...314

Proc. 4thWorld Renewable Energy Congress, 16 – 21 Juin 1996–Denver, Colorado.(USA)

H : WIND CHARACTERISTICS AND WIND ENERGY POTENTIAL

IN MOROCCO………...320

Solar Energy, Vol.63, No.1, pp.51-60, 1998

I : A stochastic Markov chain model for simulating wind speed times

series at Tangiers, Morocco………...331

Renewable Energy, 29(2004) 1407-1418

J : WIND ENERGY AND ITS ECONOMY IN SOUTH OF MOROCCO……...334

Proc. 8thWorld Renewable Energy Congress, 28 Août – 3 Septembre 2004 – Denver, Colorado.(USA)

INTRODUCTION GENERALE

1 Electrification des zones isolées

Le Maroc compte en 1996, plus de 85 % des villageois qui n'ont pas accès à l'alimentation en électricité. Cependant, l'électrification rurale s'est accélérée sensiblement depuis 1980, date de lancement de la première phase du Programme National d'Electrification Rural (PNER) qui a permis d'électrifier, sur la période 1980-1986, 286 centres ruraux soit une moyenne de 50 centres par an. Après 1990, environ 1 800 localités rurales ont été électrifiées par le réseau interconnecté. La deuxième phase du programme PNER, entamée en 1990, a visé l'électrification de 200 000 foyers à l'horizon 2000. Cependant, avec l'accumulation des retards, le rythme d'électrification rurale n'a pas dépassé 50 villages par an durant la période 1986-95. Mais grâce au Programme d’Electrification Rurale Globale (PERG) initié en 1995, le taux d’électrification a augmenté de 22 % en 1996 à 55 % en 2002.

Concernant les énergies renouvelables, 30 villages (1 500 foyers) ont été électrifiés entre 1990 et 1994 en énergie solaire. Mais pour les groupes électrogènes (GEG), 2500 centres ruraux (14 % des localités rurales) sont auto - électrifiées en 1990. Le prix de l'électricité générée par l'utilisation des GEG est plus élevé que celui obtenu à partir du réseau électrique national. Ceci est dû en partie à l'isolement des sites qui tend à faire augmenter le coût du transport du fuel, mais aussi parce que les GEG fonctionnent généralement à des puissances inférieures à leurs puissances nominales. Pour plusieurs villages isolés, la problématique de la réduction du coût d'électricité est résolue par la limitation d'approvisionnement en électricité à quelques heures par jour, le soir.

Le but de ce travail est de contribuer à l’étude des caractéristiques du gisement éolien marocain avec une étude spécifique du site de Tanger ainsi que la faisabilité technique et économique de fournir une alimentation en électricité continue par intégration de l'énergie éolienne (kits éoliens et systèmes hybrides), c'est à dire 24 heures par jour pour une communauté isolée située dans une zone venteuse ou de produire de l’électricité par l’installation de parcs d’éoliens, ce qui participe à l’indépendance énergétique du Maroc.

2 Sources d'énergie pour les communautés isolées

Il y a plusieurs méthodes d'exploitation des ressources d'énergie disponibles pour alimenter des consommateurs potentiels en électricité. Cependant, pour les villages isolés en particulier, le choix est généralement limité par les faibles consommations d'énergie des foyers et l'emplacement géographique. Ainsi, pour des considérations économiques, les avantages et les inconvénients des diverses ressources d'énergie disponibles seront discutées par la suite, afin d'identifier l'option la plus prometteuse pour les communautés isolées marocaines.

2.1 Connexion au réseau électrique national

L'extension du réseau électrique national à l'ensemble du pays est la solution la plus souhaitable tant les avantages sont multiples : continuité, extensibilité, réponse rapide à une augmentation de la demande, etc. Cependant le coût de raccordement est une variable du nombre de foyers par Kilomètre de ligne électrique. Dans le cas d'une petite communauté dispersée le coût sera plus élevé que pour une large communauté.

2.2 Microcentrales hydroélectriques

Les microcentrales hydroélectriques sont une autre méthode de génération d'électricité à coût réduit, mais les sites appropriés pour ce type d'électrification sont très rares. La génération d'électricité par microcentrales hydroélectriques peut être rentable particulièrement pour les sites isolés, si une topographie appropriée peut être trouvée. Pour des besoins réduits, c'est à dire quelques foyers, l'eau peut être détournée d'une rivière pour faire fonctionner une micro - centrale plutôt que de construire un barrage coûteux.

2.3 Moteurs à combustible

Les moteurs à combustible fonctionnant soient au fuel, au pétrole, au gasoil, au gaz, au biogaz, à l’alcool ou même à certaines huiles végétales. Ils ont été développés durant plusieurs années. Le choix d'un combustible particulier dépend principalement du lieu d'installation de la centrale électrique, puisque celui-ci va déterminer le coût et la disponibilité du combustible utilisé.

Le moteur à compression, et plus précisement, le groupe électrogène (GEG), a été utilisé durant plusieurs années dans des domaines variés, principalement pour le transport, mais aussi pour la génération d'électricité de réserve (au cas où le réseau électrique tombe en panne) ou pour l'électrification isolée. Pour la génération d'électricité, la taille typique du GEG varie de quelques kiloWatts pour un foyer, à plusieurs mégaWatts pour les réseaux locaux de taille moyenne.

Pour l'électrification locale, la génération d'électricité par les groupes électrogènes (GEG) possède de nombreux avantages. Le moteur peut démarrer rapidement, s'il y a une demande d'énergie urgente, et la vitesse de régulation est correcte et stable : la vitesse chute à peu prés de 3 ou 4 % entre le fonctionnement sans charge et celui de pleine charge. Le fuel peut être stocké indéfiniment et avec plus de sécurité que le pétrole.

L'inconvénient des groupes électrogènes (GEG) est le coût de fonctionnement, qui a tendance à être excessif à cause principalement du fuel. Ce dernier est raffiné à partir du pétrole brut dont le prix a considérablement augmenté durant les dernières années. En 1973, la guerre au Moyen Orient a eu pour résultat la hausse du prix du baril de pétrole de 2 à 12 Dollars ($). Bien que le prix du pétrole ait chuté durant les dernières années, il est prévu que la tendance des prix sera à l'augmentation puisque les réserves en combustibles diminuent.

2.4 Energies renouvelables

L'énergie solaire peut être utilisée de plusieurs façons et prend plusieurs formes indirectes. Les réserves mondiales totales de combustibles fossiles sont à peu prés équivalentes à une semaine d'irradiation solaire, et approximativement 1 % du rayonnement solaire incident sur la surface terrestre qui se convertit en énergie éolienne [105]. Les combustibles fossiles, tels que le charbon, le pétrole et le gaz ont effectivement emmagasiné l'énergie solaire pour plusieurs millions d'années. Le Maroc dispose d'une insolation assez importante ce qui rend l'électrification par l'option solaire des communautés isolées possibles malgré le prix non encore compétitif des cellules photovoltaïques.

L'énergie éolienne est considérée aujourd'hui comme la source la plus prometteuse des énergies renouvelables. Dans les sites où la force du vent est élevée, l'énergie éolienne peut fournir de l'électricité moins chère que le charbon ou le

nucléaire. A l’échelle nationale, quelques décisions ont été prises pour exploiter l'énergie éolienne, allant de l'utilisation des aérogénérateurs individuels ou intégrés au Panneaux photovoltaïque/Groupe électrogène à la construction de parcs éoliens. Avec l'arrivée d'autres opérateurs que l'Office National d'Electricité sur le marché de la production de l'électricité, il est possible de prévoir la construction d'un grand nombre de parcs éoliens à travers le Maroc.

Pour plusieurs communautés isolées au Maroc utilisant actuellement les groupes électrogènes (GEG) pour s'approvisionner en électricité et disposant d'une vitesse du vent moyenne annuelle dépassant 5 m/s, le vent peut devenir une ressource d'énergie abondante : l'énergie éolienne est une solution appropriée pour l'électrification des communautés isolées situées dans ces régions mais un certain nombre de problèmes techniques et économiques restent à résoudre avant que ces régions puissent bénéficier d'une telle énergie.

3 Energie éolienne

L'homme a exploité l'énergie éolienne depuis la navigation à voile jusqu'à la génération d'électricité par les aérogénérateurs. Les anciennes utilisations des énergies éoliennes, de type voile à toile, trouvent leur origine en Perse, en Chine et en Méditerranée. Elles sont utilisées pour drainer, scier le bois et moudre les grains, mais la commodité et l'efficacité des moteurs à vapeur et plus récemment les moteurs à combustible marquent la fin des éoliennes traditionnelles.

Vers les années cinquante, dans le cadre des programmes des énergies alternatives, l'exploitation de l'énergie éolienne a été encouragée, mais l'intérêt porté à ce type d'énergie s'est affaibli à cause de la chute du prix du pétrole et du prix prometteur de l'énergie nucléaire. C'est à partir de 1977, suite à la crise du pétrole en 1973 due à la guerre au Moyen Orient, que la construction des parcs d’éoliens a connu un développement rapide et continu.

4 Grandes lignes de la thèse

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la valorisation et l'utilisation des énergies renouvelables, en particulier l'énergie éolienne au Maroc qui tend à être considérée comme une pièce maîtresse pour répondre aux besoins immédiats des populations rurales et contribuer à l’indépendance énergétique et au développement économique.

Cette étude s'est, avérée d'une part, nécessaire pour le Maroc, qui est dépourvu de ressources pétrolières et qui importe actuellement une bonne partie de son approvisionnement en énergie. L'exploitation de l'énergie éolienne peut donc constituer un moyen de diversification des sources d'énergie. D'autre part, sachant qu'il existe une grande variété de systèmes de conversion éolienne, il est nécessaire de bien étudier les caractéristiques du gisement éolien marocain afin d'y adapter les systèmes : choisir le type de convertisseur le mieux adapté au site, dimensionner le système et évaluer ses performances. Ceci est d'autant plus important que la source - vent est différente des sources classiques d'énergie. Lorsqu'on utilise l'énergie éolienne, il n'y a pas de consommation de matière mais seulement utilisation d'un flux d'énergie dont les caractéristiques essentielles sont ses variabilités quotidienne et saisonnière, aux ses effets prévisibles et calculables, alors que ses variations d'origine climatiques sont complètement aléatoires.

L'un des objectifs de ce travail est de montrer que le coût de génération du kWh pour électrifier les villages isolés et situés dans des zones venteuses telle que la région de Tanger, peut être significativement réduit par l'intégration des aérogénérateurs aux groupes électrogènes (GEG) avec ou sans stockage pour au moins assurer la continuité d'approvisionnement en électricité, mais en espérant améliorer sa qualité.

Ce mémoire contient une description détaillée d'un modèle informatique d'un système hybride Aérogénérateur/Groupe électrogène avec stockage à court et moyen terme pour calculer le combustible consommé, et cela pour une vaste gamme de données. Il est possible de déterminer les effets de la combinaison de plusieurs paramètres, principalement à travers les données du vent et la demande en électricité.

Les deux entrées principales du programme informatique considéré sont la source d'énergie principale, soit le vent, et la raison de la génération d'électricité, soit la demande. Nous nous sommes limités aux moyennes horaires de la vitesse du vent mesurées de 1978 à 1989 à l'aéroport de Tanger et aux puissances électriques horaires moyennes mesurées durant deux journées, l'une représentant l'été et l'autre représentant l'hiver pour le village Tirga-Ait Oukki (province d'Errachidia) comptant 116 foyers électrifiés dans le cadre du Programme Pilote d’Electrification Rural (PPER), et cela à cause du manque de données pour des fréquences élevées de mesure (un pas de mesure de 1 à 2 secondes) avec une grande variation des caractéristiques pour ces deux entrées.

Dans le premier chapitre, après un aperçu sur l'évolution de la situation énergétique au Maroc depuis 1980, une étude bibliographique concernant ce qui a été fait au niveau de l'évolution et l'exploitation des énergies renouvelables, plus particulièrement, l'énergie éolienne au Maroc a été faite. L'un des volets de ce travail consiste à comparer les potentiels solaire et éolien pour 17 stations météorologiques où les mesures du vent sont fiables. Ce qui permet d'identifier des sites venteux et/ou bien des sites où il y a complémentarité entre des potentiels solaire et éolien. Ensuite, après une étude bibliographique sur les besoins énergétiques dans les communautés rurales, les efforts d'électrification rurale entrepris au Maroc et les solutions possibles, nous montrerons la possibilité d'intégrer l'énergie éolienne pour la production d'électricité de puissance par parcs éoliens ou pour l'électrification décentralisée des villages dont l'extension au réseau électrique national est coûteuse.

Le deuxième chapitre traitera ensuite les caractéristiques du gisement éolien marocain avec une étude spécifique pour le site de Tanger. Le choix de cette zone venteuse est consécutif au fait que pour ce site, nous disposons d'une longue série des moyennes horaires de la vitesse du vent (MHVV) s'étalant de 1987 à 1989 (échantillon de 105 000 données) et deux années de données horaires pour la direction du vent (1988-1989) relevées dans la station météorologique de Tanger par la Direction de la Météorologie Nationale (DMN).

Le traitement des données et la présentation des résultats dépendent de la nature et du nombre de mesures disponibles ainsi que du système de conversion choisi. C'est pour cela que nous nous sommes efforcés de présenter un grand choix des données, afin de répondre aux besoins des utilisateurs.

Après une première réduction du volume important des données par des traitements statistiques, celles-ci sont compactées sans perte significative d'informations qu’elles contiennent par l'adaptation des modèles statistiques aux distributions fréquentielles de la vitesse du vent. Cette méthode a l'avantage de représenter les données observées par un nombre de paramètres limités. Une troisième représentation des données déduite de l'étude de l'influence du pas et du nombre d'années de mesures sur l'estimation du potentiel éolien présente l'avantage de limiter la série de mesures sans perte des caractéristiques statistiques de la série originale.

Le dimensionnement d'un système éolien basé uniquement sur une analyse statistique non temporelle des moyennes horaires de la vitesse du vent (MHVV) est

insuffisant car les fluctuations aléatoires de la vitesse du vent au cours du temps contraignent le système à fonctionner en régime permanent, de plus la mémoire de ces fluctuations influence grandement le dimensionnement optimal du système. L'étude du comportement dynamique d'un système éolien exige donc que l'on prenne en compte les corrélations avec le temps. Cette étude peut être faite grâce aux modèles dynamiques qui ont l'avantage de générer des séries de valeurs probables à un pas de temps défini, en un site donné, avec les mêmes caractéristiques dynamiques de la série réelle. II suffit donc de quelques paramètres pour générer toute une série de données dont l'optimisation nous produit une année de référence de la vitesse du vent. Nous présentons dans cette partie deux approches de modélisation, une par l’utilisation de modèles auto régressifs de type AR(p), où p est l’ordre du modèle, l’autre par l’utilisation d’une modélisation probabiliste en chaîne de Markov.

L'avantage de la modélisation par ordinateur pour l'évaluation et la comparaison rapide de différents systèmes hybrides est de faciliter la collecte des données de base sur les caractéristiques de fonctionnement de l'aérogénérateur, le groupe électrogène (GEG), les batteries et l'onduleur.

Certaines de ces informations seront présentées dans ce chapitre, sous forme d'étude préliminaire de chaque composante du système, ainsi que les données particulières et les hypothèses qui vont être utilisées dans le modèle ultérieurement. Pour les caractéristiques de l'aérogénérateur, notre choix s'est porté sur celui d'un aérogénérateur à axe horizontal à vitesse de rotation constante qui a l'avantage de pouvoir être relié au réseau électrique national en cas d'électrification du village considéré.

Dû à la spécificité de la demande en énergie de la communauté considérée et dans le but de généraliser l'application des résultats de cette modélisation, nous avons utiliser un ensemble harmonieux d'entrées généralisées au programme informatique afin de permettre une comparaison directe des performances de différents systèmes. Pour la généralisation des résultats, on les calcule par kW de demande moyenne en normalisant la demande plutôt que de se baser sur le type et la taille particulière du village considéré. Les paramètres d'entrées sont aussi exprimés de la même manière : la taille de l'aérogenérateur est présentée en terme de surface balayée (m2) ou de la puissance nominale (kW) par kW de demande moyenne où les effets de l'échelle vont dépendre des hypothèses économiques. Ceci peut être simplement accommodé par le

changement de paramètre prix dépendant du profil de la demande, et par conséquent de la gamme de la taille du système.

Le profil de la demande normalisée sera utilisé partout avec une gamme étroite d’hypothèses économiques pour évaluer les performances relatives aux différents systèmes sur la base du coût de génération du kWh d'électricité délivrée. La section.IV du chapitre III présente deux options de stratégies de contrôle pour intégrer les composantes du système examinées.

Enfin, au chapitre IV, 10 projets de parcs d'éoliens dans les régions les plus venteuses du Maroc proposés, seront soumis aux tests des critères de coûts et de rentabilité. Il s'agit du coût de l'énergie du vent pour différents sites à travers le pays; utilisant des aérogénérateurs de puissances nominales de la gamme 150 à 250.kW par aérogénérateur allié à une variation du prix de vente du kWh. De plus, les projets seront soumis au test d'autres paramètres énergétiques et financiers, tels que la capacité de la puissance à installer, le financement de l'installation, le taux d'intérêt, le taux d'actualisation, etc.

PRESENTATION DES ANNEXES

Afin de ne pas surcharger la partie principale de ce mémoire, nous avons regroupé en annexes nos publications antérieure les plus importantes relative au sujet sont présentées en annexe ainsi que les caractéristiques de la vitesse du vent d’un site, les caractéristiques théoriques et techniques d’un aérogénérateur et les outils de calcul concernant la rentabilité économique d’un projet.

Dans l’étude du gisement éolien d’un lieu, on a toujours besoin d’un certain nombre de formules et de modèles, exposées à la section 1 du chapitre II, et surtout des mesures de la vitesse du vent pour connaître ses caractéristiques. L’Annexe A regroupe les distributions de la vitesse du vent mesurée pour les sites venteux choisis.

S’il est plus facile de déterminer l’énergie éolienne reçue au sol, elle est, par contre, difficilement calculable après sa conversion en électricité par un aérogénérateur. L‘Annexe B et C présentent les formules de calcul des caractéristiques théoriques d’un aérogénérateur à axe horizontal et à vitesse de rotation constante pour l’optimisation du système Aérogénérateur/Groupe électrogène et les caractéristiques techniques pour deux types d’aérogénérateurs (150 kW et 250 kW) nécessaires pour l’étude de la rentabilité économique des parcs éoliens considérés.

L’Annexe D présente une revue bibliographique des outils nécessaire pour une étude de la rentabilité économique d’un projet

Enfin, les Annexes E, F, G, H, I et J, regroupent nos publications les plus importantes de 1993 à 2004

C H A P I T R E I

SITUATION ENERGETIQUE, GISEMENT EOLIEN ET BESOINS

I. SITUATION ENERGETIQUE, GISEMENT EOLIEN ET BESOINS ENERGETIQUES DANS LES COMMUNAUTES RURALES AU MAROC

Introduction

Le Maroc est confronté à une forte contrainte énergétique causée par sa dépendance de l’importation des énergies commerciales, et l'utilisation extensive de l'énergie traditionnelle : le bois de feu et le charbon de bois, dans le secteur rural. Ceci se manifeste par un montant de la facture énergétique nette élevé et par une consommation énergétique par habitant au Maroc, en tant qu'indice de développement, faible.

Compte tenu de l'insuffisance en ressources énergétiques locales mobilisables, la satisfaction des besoins est demeurée largement tributaire des produits énergétiques importés. Pour faire face au problème de la dépendance, il y a différentes solutions proposées telles que l'intégration des énergies renouvelables, l'augmentation de la consommation du gaz naturel ou l'installation des centres nucléaires pour la production d'électricité.

Une forte inégalité de consommation caractérise le modèle de consommation entre un secteur moderne (résidentiel riche, tertiaire moderne, industrie, transports) qui, en règle générale, utilise l'énergie de façon peu efficace, et un secteur rural et périurbain largement privé d'énergies commerciales et consommant du bois de feu et du charbon de bois, contribuant à la déforestation.

L'un des volets de ce travail de recherche consiste à sélectionner les sites prometteurs pour l'utilisation de l'énergie éolienne, d'évaluer et de déterminer les caractéristiques du potentiel éolien et de présenter des informations spécifiques dont les utilisateurs de l'énergie éolienne avaient besoin en reprenant les études antérieures par le choix d’une longue série de données climatologiques du vent pour ces sites. Cette évaluation s'avère intéressante non seulement pour l'étude de l'efficacité des systèmes éoliens destinés au pompage de l'eau ou l’utilisation électrique autonome, mais aussi pour juger la faisabilité des parcs éoliens au Maroc et trouver une nouvelle source d'électricité.

Dans ce chapitre, nous allons aussi donner un aperçu sur l'évolution de la situation énergétique au Maroc depuis 1982. Ainsi, nous présentons la nécessité d'intégrer l'énergie éolienne pour l'électrification décentralisée des villages dont l'extension au réseau électrique national est coûteuse ou pour la production d'électricité de puissance par l’installation des parcs éoliens.

I-A Contexte général

I-A.1 Energie : une matière première vitale

Dans toutes nos activités quotidiennes, nous faisons appel à l’énergie sous ses différentes formes. Elle est une source stratégique pour le développement durable. Pour la majorité des pays importateurs d’énergie, l’approvisionnement en ressources énergétiques en quantités suffisantes relève de la sécurité nationale dans la mesure où son manque peut immobiliser l’appareil productif et handicaper la croissance économique du pays. La crise énergétique de 1973, la guerre de Golf en 1991 et la guerre d’Irak en 2003 sont autant d’exemples qui illustrent, si besoin est, le rôle géopolitique et stratégique que joue l’énergie au niveau planétaire. La question énergétique doit être examinée dans une perspective globale intégrant les aspects institutionnels, économiques, environnementaux et les aspects du développement social.

I-A.2 Perspectives mondiales de l’énergie

La croissance démographique, le développement économique et social suscitent une demande de plus en plus accrue en énergie surtout en pétrole et en gaz. La réserve énergétique mondiale est limitée et estimée à 784.Milliards Tonne en Equivalent de Pétrole (TEP) (Figures I.1 et I.2)

0.0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 0 1 2 3 4 5 6 2030 2020 2010 2000 1990 1980 1970 Hydraulique Renouvelable Nucléaire Charbon Gaz Pétrole E n er g ie p ri m ai re en m il li ar s d e T E P Année

Figure I.1 : Demande mondiale de l’énergie primaire [1].

Total toutes énergies = 784 Milliards TEP

65% 18% 17%

Pétrole 142 MTEP 40 ans

Charbon 507 MTEP 507 ans

Gaz natuel 135 MTEP 135 ans

Figure I.2 : Réserve énergétique mondiale (Source : Observatoire de l’Energie Français d’après BP Statistical Review, Juin 2000) [1]

Les statistiques du Conseil Mondial de l’énergie montrent qu’au cours des quarante dernière années, les besoins mondiaux en énergie ont augmentés dans des proportions considérables. En 1960, la consommation énergétique mondiale était de 3.3Milliards de TEP; en 2000, elle a atteint 10.0 Milliards de TEP, ce qui présente une augmentation de 203 % en 40 ans, ou encore un accroissement annuel moyen de 2.8 % [1,2].

Année 2000 : 10 Milliards TEP Charbon 26% Hydraulique 3% Renouvelable 3% Nucléaire 8% Gaz naturel 23% Pétrole 37%

Année 2030 : 15 Milliards TEP

Pétrole 37% Gaz naturel 28% Charbon 24% Renouvelable 4% Hydraulique 2% Nucléaire 5%

Figure I.3 : Consommation mondiale en énergie primaire par produit [1].

L’analyse des perspectives mondiales futures de la fourniture et l’utilisation de l’énergie est complexe dans la mesure où plusieurs facteurs façonnent l’offre et la demande d’énergie tels que les effets de l’environnement, l’efficacité dans l’utilisation d’énergie, etc… Selon la référence [1], la demande d’énergie primaire passera de 10.0Millions de TEP en 2000 à 15.0 Millions de TEP en 2030 (Figure I.3).

Notons que plus de la moitié de cet énergie est consommée par les pays membres de l’Organisation pour la Coopération et le Développement Economique

(OCDE) mais, tout le continent africain ne consomme que 5 % de la consommation énergétique mondiale (Figure I.4).

Asie 11% OCDE 53% Chine 12% Moyen orient 4% Amérique Latine 5% Afrique 5% Ex URSS 9%

Europe hors OCDE 1%

Figure I.4 : Consommation mondiale en énergie primaire par région [1].

I-A.3 Energie et développement économique

Jusqu’au milieu des années 1970, on constate une liaison étroite entre la croissance du Produit Intérieur Brut (PIB) dans les pays industrialisés et la croissance de la consommation d’énergie. Les chocs pétroliers vont montrer qu’il n’en est rien et que le lien est beaucoup plus souple qu’on le supposait [1].

I-A.4 Energie et environnement

La fourniture et l’utilisation de l’énergie contribuent à la dégradation de l’environnement surtout à celle de la qualité de l’air, et, dans certaines mesures, à la pollution du sol et de l’eau. Par exemple, le dioxyde du carbone, CO2, émis lors de la combustion des combustibles fossiles et de la biomasse, contribue à l’effet de serre, et, par la suite, à l’échauffement de la planète et à la destruction de la couche d’ozone.

I-B Situation énergétique du Maroc I-B.1 Introduction

Cette partie se propose d'étudier la situation énergétique au Maroc sous les aspects suivants : économiques, écologiques et sociales.

I-B.2 Aspects économiques

I-B.2.1 Indicateurs économiques du secteur

I-B.2.1.1 Balance, consommation et dépendance énergétiques

Le bilan énergétique marocain demeure caractérisé par la prédominance des produits pétroliers qui ont représenté, en 2002, environ 61 % de la consommation en énergie conventionnelle évaluée à prés de 10.5 Millions de TEP. Le charbon occupe la deuxième place avec 32 %, tandis que l'apport de l'électricité d'origine hydraulique s'est limité à 2 % compte tenu de la sécheresse (alors qu'elle comptait pour 8 % environ en 1980). Durant les deux dernières décades, la consommation d’énergie au Maroc a augmenté de 122%, plus du double comme le montre les tableaux I.1-I.3 et les figures I.5 et I.6.

Tableau I.1 : Consommation et production d'énergie au Maroc [2]

Consommation 1000 TEP 1982 1992 2002 1982/2002 en % Electricité (1) 149 255 634 326 Charbon (2) 438 1 107 3 382 672 Produits pétroliers (3) 4 086 5 801 6 445 58 Gaz naturel (4) 60 18 37 38 Total 4 733 7 181 10 498 122 Production 1000 TEP 1982 1992 2002 1982/2002 en % Electricité hydraulique 149 255 222 49 Electricité éolienne - - 50 Charbon 412 322 0 -100 Pétrole brut 15 10 12 -19 Gaz naturel 60 18 37 -103 Total 635 606 321 -49

TEP : Tonne en Equivalent de Pétrole soit : Electricité : 1000 kWh = 0.26 TEP Charbon local : 1 tonne = 0.56 TEP Pétrole brut : 1 tonne = 0.93 TEP Charbon importé : 1 tonne = 0.66 TEP Gaz naturel : 1 tonne = 0.76TEP (1) Il s’agit de la production brute de l’ONE jusqu’à 1996 (4) : production locale (2) Ventes locale + importation du charbon et du coke

(3) Il s’agit des ventes des sociétés distributrices des produits suivants:essences, gasoil, fuel-oil, essence aviation, pétrole lampant, propane, butane, essences spéciale et paraffine

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 81% 86% 61% 4.7 7.2 10.5 M il li o n s d e T E P Années Electricité Charbon Produits pétroliers Gaz natural

(*) : il s’agit de l’électricité hydraulique

Figure I.5 : Consommation énergétique au Maroc [3].

1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 0 500 1000 1500 Année P u is sa n ce in st al lé e (M il li o n s d e k W ) Puissance installée 0 500 1000 1500 2000 2500 P ro d u ct io n (M ill io n s d e k W h ) Production d'électricité

Tableau I.2 : Importation, exportation et facture énergétiques [2,3]. Importation 1982 1993 2002 énergétique Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Pétrole brut 4468 6 351 6 981 6 182 12 073 Produits pétroliers 176 743 1 295 1 533 4 132 Electricité (GWh) - - 1 027 437 1 392 400 Charbon 42 1 310 422 5 000 2 500 Total 9 135 19 105 Importation 1982 1993 2002

produits pétroliers* Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Pétrole brut 4468 6 351 6 981 6 182 12 073 Gas oil - - 216 357 381 966 Bîtumes 21 - - - -Butane 109 495 883 923 2 529 Propane - - 32 55 77 231 Carburéacteur - - - - 144 377 Huiles 35 - - 8 29 Paraffine 7 - - - -Additifs 4 - - - -Total 176 7 094 8 276 7 716 16 205

* hors gasoil pêche

Exportation 1982 1993 2002

produits pétroliers Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Quantité 103tonnes Valeur (MDh) Huiles - - 33 74 46 135 Naphta 200 463 662 597 1 462 Propane 7 - - -Fuel oil - - - 744 1 105 Total 207 496 736 1 387 2 702

Facture énergétique nette

Année 1982 1993 2002

Total (MDh) 8 399 16 403

Tableau I.3 : Dépendance énergétique [2,3]

1982 1993 2002

Déficit énergétique 1000 TEP 4 098 6 748 10 176

Taux de dépendance énergétique (%) 87 93 97

Part du pétrole dans la consommation (%) 86 82 61

Comparé à la France, un pays industrialisé, ou à la Tunisie dont la population n’est que le tiers de celle du Maroc, ce dernier consomme des quantités annuelles en énergie conventionnelle et en électricité en 2001 comparables à celles de la Tunisie mais, elles sont très faibles par rapport à celles de la France (Figures I.7 et I.8). La même remarque reste valable pour les consommations par an et par habitant (Figure I.9 et I.10). Anné e 2000 8 77 10 24 125 257 0 100 200 300 Turquie Tunisie France Portugal Espagne Maroc Millions de TEP Sé rie1

Figure I.7 : Consommation énergétique annuelle en TEP en 2001 [1].

Année 2000 9 104 15 41 441 209 0 100 200 300 400 500 Turquie Tunisie France Portugal Espagne Maroc TWh Série1

1.15 0.35 3.13 2.46 4.25 0.82 0 1 2 3 4 5 Turquie Tunisie France Portugal Espagne Maroc TEP Série1

Figure I.9 : Consommation annuelle par habitant en TEP en 2001 [1].

1560 990 5250 500 7300 4100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Turquie Tunisie France Portugal Espagne Maroc kWh Sé rie1

Figure I.10 : Consommation annuelle par habitant en kWh en 2001 [1].

Si l'on examine la consommation d'énergie par secteur de 1990 à 2001, on remarque que la répartition sectorielle de la consommation énergétique n’a pas beaucoup changée malgré son augmentation de 78 % (Tableau I.4).

Tableau I.4 : Répartition sectorielle de la consommation d’électricité[1].

1990 1995 1999 2001 Electricité en TWh 7.34 9.47 11.6 13.1 Commercial (%) 47 44 43 43 Résidentiel (%) 26 29 29 29 Industriel (%) 15 18 19 19 Autres* (%) 9 9 9 9

I-B.2.1.2 Secteur pétrolier

La consommation énergétique nationale est passée de 4.7 Millions de TEP en

1982 à près de 10.5 Millions de TEP en 2002. Elle reste marquée par la

prépondérance des produits pétroliers même si la part de ces derniers est tombée de 86 % en 1982 à 61 % en 2002 en raison de l'entrée en service de la centrale de Jorf Lasfar fonctionnant au charbon (Tableaux I.1 et I.2, Figure I.5).

Pour assurer l'adéquation de l'offre et de la demande des produits pétroliers, le Maroc importe directement certains produits raffinés tels que le gasoil, le butane, le carburéacteur et le propane. Il procède également à l'exportation des excédents de raffinage notamment le naphta (Tableau I.2).

La figure I.11 montre que le marché national des produits pétroliers en 2001 est dominé par le gasoil avec 49 %, en second rang vient le fuel et le butane avec 19 % et 18 % respectivement, l’essence, le carboréacteur (Kérosène) et le propane partage les 14 % restant avec un cumul de 6.1 MTEP.

Gasoil 49% Fuel oil 19% Super 5% Butane 18% Propane 2% Pétrole 2% Ordinaire 1% Carbureacteur 4%

Figure I.11 : Répartition des produits pétroliers au marché national en 2001 [1]

I-B.2.1.3 Secteur gaz naturel

La consommation du gaz, qui est restée à ce jour quasi - négligeable (20.millions de m3/an), est appelée à s'accroître de manière significative, après la mise en service du Gazoduc Maghreb Europe (GME) [1,2]. Dans le cadre de la sécurité d’approvisionnement, l'introduction du gaz va modifier le paysage énergétique national. Son utilisation est prévue dans un premier temps, pour les futures centrales électriques de Tahaddart I (384 MW, mise en service 2005) et Tahaddart II (384 MW, mise en

service 2006) qui vont consommer 540 Millions de m3 de gaz naturel [1]. Le projet de construction d'un deuxième Gazoduc en vue d'alimenter les industries de l'axe Kénitra, Mohammedia et Casablanca, est à l'étude [2].

I-B.2.1.4 Secteur électrique

D'origine hydraulique et thermique, la quasi - totalité de la production de l'électricité est assurée par l'Office National de l'Electricité (ONE) jusqu’à 1996 avec une contribution faible du privé de l’ordre de 10 % [2]. La puissance électrique installée par l’ONE et les auto producteurs est passée de 1 815 MW en 1982 à 4696.MW en 2002 dont 53.9 MW est d’origine éolienne installée en 2000 soit 1.2 % de la puissance électrique installée (Figure I.12).

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1.22% 80% 62% 61% P u is sa n ce in st al lé e (e n M W ) Année Thermique Hydraulique Eolien

Figure I.12 : Puissance électrique installée [2]

L'Office National d’Electricité (ONE) a disposé du monopole de transport et jusqu'en 1994, de celui de la production. Il assure également la distribution dans les centres éloignés et dans certaines villes non desservies par les régies. Cependant, dans la plupart des zones urbaines, la distribution est assurée par onze régies autonomes (distribution d'eau et d'électricité) qui représentent ainsi une proportion de l'ordre de 50 % des ventes de kWh [2].

Les importations d'électricité de l’Espagne, d'Algérie et l'apport des tiers (principalement l'Office Charifien des Phosphates, OCP) se sont élevées à 1 477 GWh en 2002, soit 10 % de la consommation électrique totale durant cette année. Suite à la libéralisation progressive du secteur électrique par la privatisation des sociétés de raffinage tels que l’octroi de concessions pour la production d’électricité : cas pour la centrale de Jorf Lasfer et du parc éolien de Koudia AlBeida et la centrale électrique de Tahaddart, la production concessionnaire de l’électricité a atteint 62 % de l’énergie électrique nette consommée en 2002. La consommation électrique nette s’est établie à 15540 GWh en augmentation de 64 % par rapport à l’année 1982 (Tableau I.5, Figure.I.13)

Tableau I.5 : Production nette de l'électricité [3].

Production en 1982 1992 2002

GWH Quantité % Quantité % 82/92 % Quantité % 92/02 %

Usines hydrauliques Centrales thermiques Usines auto producteurs de secours 555 4 479 9 11 89 0 964 7 418 14 11 88 1 74 66 57 842 3641 40 19 80 1 -13 -51 198 Production :ONE 5 043 100 8 396 100 66 4 523 100 -46 Achat électrique en 1982 1992 2002

kWh Quantité % Quantité % 82/92 % Quantité % 92/02 %

Production concessionnaire (1)

Apport des tiers (2) Parc éolien Auxiliaires centralesTHT /HT pompés du réseau -35 -100 -1 054 -100 2 911 9 567 1 477 14.1 -40.5 87 13 100 40 Total 35 100 1 054 100 2 911 11 018 100 945

Energie nette consommée 5 078 100 9 450 100 86 15 540 100 64

(1) : Jorf Lasref + Parc éolien de Koudia AlBeida

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Production électrique par l'O.N.E. Energie électrique nette appelée

E n er g ie él ec tr iq u re en m il li o n s d e K W h Années

Figure I.13 : Consommation nette d'électricité [3].

I-B.2.1.5 facture énergétique nationale

Au cours de l’année 2002, la facture énergétique brute s'est élevée à 19105.MDh dont 63 % pour l'importation du pétrole brut. Au cours de cette même année, le Maroc a exporté les excédents de raffinage (principalement du naphta) pour une valeur globale de 2 702 MDh. La facture énergétique nette s’est élevée à 16403.MDh, absorbant 10 % des recettes des exportations (Tableaux I.2).

I-B.3 Aspects écologiques

L’utilisation de l'énergie conventionnelle contribue à la dégradation de l'environnement, surtout à celle de la qualité de l'air. Si la consommation de l'énergie reste une donnée fondamentale de notre style de vie moderne et un important facteur de développement et d'amélioration des conditions de vie de la population mondiale, il n'en demeure pas moins que des efforts doivent être consentis en vue d'atténuer l'impact environnemental associé à l'énergie. Ces efforts doivent être orientés selon les quatre axes principaux suivants :

- une meilleure maîtrise du secteur énergique en vue d'une amélioration des rendements de production, de conversion, de distribution et d'utilisation de l'énergie, - la promotion de l'utilisation de technologies propres,

- l'utilisation des énergies renouvelables en complément aux énergies classiques,

- la promotion des combustibles moins polluants par l'intégration du concept du coût environnemental dans les prix des combustibles.

I-B.3.1 Ressources naturelles

Le Maroc ne dispose pas de ressources énergétiques locales importantes. Si on comptabilise l'hydro – électricité, qui peut être considérée comme ressource renouvelable, l'énergie commercialisable locale ne dépasse pas 380 000 TEP, soit 4.5% de la consommation globale nationale. Cependant, la consommation du bois de feu et du charbon de bois est très répandue surtout dans le milieu rural [2].

L'énergie traditionnelle occupe une place très importante dans la consommation énergétique nationale : le bois de feu et le charbon de bois représentent une consommation annuelle estimée à 30 % de la consommation totale, soit près de 3.47MTEP [2].

L'exploitation massive et non contrôlée du bois de feu, peut avoir plusieurs conséquences préjudiciables à l'environnement. En effet, l'abattage excessif des arbres pour leur utilisation comme bois de feu ou du bois de charbon, peut engendrer une déforestation massive, un déséquilibre écologique de l'écosystème qui se manifeste par la dégradation de la qualité de l'air, l'érosion des sols, la désertification, les changements climatiques, etc.

I-B.3.2 Impact des changements climatiques

Les grands modèles climatiques prévoient, qu'en cas de doublement de la concentration en dioxyde de carbone, CO2, dans l'atmosphère (prévu en 2050), la région du Maroc connaîtrait une augmentation de la température moyenne annuelle de plus de 4° C, ce qui aurait des conséquences directes sur les ressources en eau disponibles et sur leur qualité, avec des impacts négatifs sur l'eau potable, l'agriculture, la santé et d'une manière générale sur le développement économique du pays [2].

L'une des conclusions d’une étude réalisée sur les sources d'émissions des Gaz à Effet de Serre (GES) au Maroc est que le Maroc contribue peu à l'accroissement de la concentration dans l'atmosphère des GES. Par contre, c'est un pays à haut risque quant à l'impact possible des changements climatiques sur ses ressource en eau, sa forêt et son littoral (Tableau I.6).

En effet, de par la situation géographique du Maroc (zones aride et semi-aride) et ses choix politiques (priorité pour le développement agricole), son développement se trouve largement conditionné par le climat et l'eau.

Tableau I.6 : Bilan des émissions des Gaz à Effet de Serre par source d'émission et par type de gaz en 1990 (en 1000 tonnes) [2].

CO2 CH4 CO _{NO2 NOx} Total

E-CO2 % 1. Energie. Energies conventionnelles,fossiles 19 287 8.8 42 0.57 66.32 19 685 44.8 2. Forêts. Biomasse – Energie(combustible hors site)

Eclaircissement net des forêts * Incendies forêts 965 1 320 80 54 -0.3 455 -3 0.35 -0.002 8.4 -0.06 2 400 1 320 88 5.5 3.0 0.2

Total émission forêts 2 365 54.3 458 0.35 8.46 3 808 8.7

3. Agriculture.

Conversion des prairies** Riziculture Elevage : Fermentation entérique Déchets animaux Engrais chimiques 8 213 -2.9 231 10 -0.19 -8 213 71 5 660 245 61 18.7 0.2 12. 0.6 0.1

Total émission agriculture 8 213 243.9 - 0.19 - 14 250 32.5

4. Industrie (procédés).

Cimenteries 2 680 - - - - 2 680 6.1

3. Déchets.

Décharges d'ordures Eaux usées municipales Eaux usées industrielles

-138 3.5 1.3 -3 -382 86 32 7.7 0.2 0.1

Total émission déchets - 142.8 - - - 3 500 8.0

TOTAL 32 545 450 500 1.11 74.8 43 923 100

Total E-CO2 32 545 11 025 - 355 - 43 923

Pourcentage 74.1 25.1 - 0.8 - 100

Source : Etude réalisée par le GERERE pour le Ministère de l’Environnement, Rabat avril 1995 * Eclaircissement net = défrichement - reboisement

Le climat de la région se caractérise périodiquement par des épisodes de sécheresse, fréquentes et de longue durée (quelques années) au cours desquelles les potentialités en eau mobilisable (estimées à 21 milliards de m3) connaissent des baisses importantes (de 50 à 90 %) et leur impact au niveau économique est fortement ressenti [2]. Le déficit hydraulique que pourrait connaître la région aura un impact négatif certain sur la forêt ainsi que sur la désertification.

Un autre impact possible des changements climatiques est l'élévation du niveau des océans avec des conséquences sur le littoral qui représente au Maroc une zone importante par la concentration de la population qui y vit et par les rôles qu'elle joue (pêche, transport maritime, tourisme balnéaires, etc.) [2].

I-B.3.3 Bilan général des émissions des Gaz à Effet de Serre, GES

En 1990, le Maroc a émis environ 44 Millions de tonnes de gaz Equivalent-CO2, dont 74 % de Equivalent-CO2, soit 1.7 tonnes E-CO2 par habitant dont 1.3 tonne de CO2.[2]

Le captage de CO2, par la forêt en 1990 a été estimé à 4.6 Millions de tonnes environ, ce qui représente 14 % de CO2 total émis. Ce chiffre, qui confirme la faible productivité de la forêt marocaine, aurait tendance à diminuer avec la déforestation [2].

L’analyse des résultats obtenus pour 1990 montre que 45 % des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) au Maroc sont imputables à la consommation des combustibles fossiles, essentiellement les produits pétroliers (84 %) et charbon (16 %) (Tableau I.6). C’est donc sur ce secteur qu’il faudra concentrer les efforts. A noter que malgré l’importance de ces chiffres, au niveau global, la consommation de l’énergie au Maroc reste faible en comparaison à des pays voisins tels que l’Algérie et la Tunisie [2].

I-B.3.4 Déforestation

La situation géographique du Maroc entre la Méditerranée au Nord, l'Atlantique à l'Ouest et le désert saharien au Sud ainsi que l'orientation générale de son relief (du Sud - Ouest au Nord - Est) lui confère une grande variété bioclimatique et une importante gamme de milieux naturels (types d'écosystèmes) où se développent une

flore et une faune extrêmement variées. Ainsi, l'ensemble des formations végétales y sont représentées : 4 700 espèces végétales sont dénombrées dont 537 néfastes [2].

Les formations forestières (y compris les nappes alfatières), qui abritent une importante biodiversité, couvrent quelques 9 millions d'hectares situés en majeure partie dans des climats semi-arides, subhumides. Selon les espèces, ces formations se répartissent en cèdre, chêne vert, acacia, arganier, alfa, etc. La superficie boisée au Maroc, qui ne représente que 8% du territoire national, reste faible par rapport à la norme (15 à 20) nécessaire à l'équilibre écologique et environnemental [2].

I-B.4 Aspects sociaux

L'importance de l'énergie ne provient pas seulement de sa valeur intrinsèque en tant que matière première, mais surtout pour les services qu'elle est susceptible de rendre : chauffage, climatisation, cuisson, éclairage, mobilité et force motrice. Du fait de la diversité de ces services et leur importance primordiale pour les ménages, l'industrie, l'agriculture, la communication, le transport, etc., l'énergie constitue une ressource vitale pour le développement humain.

I-B.4.1 Développement inégal en milieu rural et urbain

Presque la moitié de la population marocaine demeure une population rurale. La majorité de cette population rurale vit dans des sites enclavés, dispersés et difficiles d'accès. Elle dispose de peu de moyens et n'a pas accès aux services et infrastructures de base pour satisfaire ses besoins vitaux: éducation, santé, hygiène, etc.

Avec les retards cumulés de plusieurs années, le développement social du monde rural pose un véritable défi au progrès du Maroc. Les moyens nécessaires pour juste assurer les infrastructures de base pour les besoins vitaux tels que l'éducation, la santé et l'hygiène doivent être augmentés.

I-B.4.2 Milieu rural

Contrairement au milieu urbain, le milieu rural au Maroc se caractérise par une sous énergitisation. Cette situation constitue un handicape pour le développement socio-économique du monde rural aussi dans les secteurs économiques que sociaux (santé, qualité de vie, etc….). De même l'énergie permet l'accès, grâce au pompage, à

l'eau dans les régions où cette ressource est rare, favorisant ainsi l'hygiène et la prévention.

En l'absence des énergies commerciales, les populations rurales ont recours surtout au bois de feu. Les particules émises par la combustion de bois dans les fours traditionnels peuvent causer des affections respiratoires des enfants et des femmes.

I-B.5 Conclusion

Le Maroc dépend, pour plus de 85 % de l'extérieur en ce qui concerne son approvisionnement en produits énergétiques. La facture pétrolière éponge 10 % des recettes d'exportation en 2002. Comparée à la moyenne mondiale (1.4 TEP/habitant par an) en 1994, la consommation annuelle énergétique primaire commerciale par habitant 0.3TEP par an n'est pas seulement très faible par rapport aux pays voisins de la Communauté Economique Européenne (CEE) (3.0 TEP) ou des Etats Unis d’Amérique (USA) (7.5 TEP), mais aussi par rapport aux autres pays du Maghreb (Algérie, 0.61TEP et Tunisie, 0.57 TEP par an et par habitant) [2] et n’a pas beaucoup variée durant la dernière décade, 0.35 TEP en 2001 [1].

Cependant, l'usage des formes traditionnelles d'énergie comme le bois, le charbon de bois, reste largement extensif, la part de la consommation est estimée à 30 % de la consommation totale. Ce qui constitue un grand danger pour l'équilibre écologique et socio - culturel des écosystèmes.