Evaluation of Wind Energy Potential Using the Rayleigh Distribution for the City of Iriba in Chad

Dans les vastes paysages arides du Sahel, où la terre est souvent sèche et l'air immobile, une révolution énergétique silencieuse est en cours. Pour les communautés vivant dans ces zones arides, le besoin le plus pressant n'est souvent pas l'électricité pour l'éclairage ou les téléphones, mais l'eau. L'accès à l'eau potable est une lutte quotidienne, exigeant de longs et pénibles trajets qui pèsent de manière disproportionnée sur les femmes et les enfants, tandis que le bétail fait face à une soif similaire. Si le soleil est une force constante et puissante dans ces régions, le vent est un partenaire plus insaisissable, soufflant parfois avec une grande force et d'autres fois remuant à peine la poussière. Pour exploiter le vent, les scientifiques doivent d'abord comprendre son caractère. Ils recherchent des modèles dans la vitesse de l'air et la fréquence de ses rafales, utilisant des outils statistiques pour prédire si un lieu spécifique peut générer suffisamment de puissance pour faire fonctionner des pompes ou des turbines. L'objectif est de trouver un moyen de transformer une force invisible et changeante en une source d'énergie fiable capable de puiser l'eau du sol, offrant ainsi une bouée de sauvetage aux communautés qui ont longtemps dépendu des combustibles fossiles ou du travail humain.

Dans la ville d'Iriba, située dans la province orientale du Tchad, une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de déterminer si le vent pouvait apporter cette solution. Iriba est un lieu défini par son paysage de steppe et une grave pénurie d'eau qui menace les moyens de subsistance de ses habitants et de leurs troupeaux de chameaux. Les chercheurs ont recueilli des données éoliennes couvrant plus de deux décennies, de l'an 2000 à 2022, afin de construire un tableau complet du climat local. Ils se sont concentrés sur une approche mathématique spécifique connue sous le nom de distribution de Rayleigh, une méthode qui aide les scientifiques à décrire comment la vitesse du vent varie au fil du temps sans nécessiter une quantité incroyablement grande de données complexes. En appliquant cette méthode aux relevés éoliens, ils ont pu modéliser le flux d'air et estimer l'énergie qu'il transportait, particulièrement à la hauteur où les turbines éoliennes modernes sont généralement installées, soit cinquante mètres au-dessus du sol.

L'étude a révélé qu'Iriba est effectivement un lieu doté d'un potentiel éolien significatif, mais que ce potentiel est profondément lié aux saisons. Le vent n'est pas constant ; il suit un rythme distinct dicté par les cycles climatiques de la région. Pendant la saison sèche, particulièrement de novembre à avril, un vent fort et régulier, connu sous le nom d'harmattan, balaie la région depuis le nord-est. Durant ces mois, le vent est puissant et constant. En décembre, au sommet de cette saison, le vent à une hauteur de cinquante mètres transporte une quantité énorme d'énergie, atteignant une densité de puissance de 414 watts par mètre carré. Il s'agit d'un niveau d'énergie très adapté à la production d'électricité. Cependant, le vent ne souffle pas avec la même force tout au long de l'année. Entre juin et octobre, pendant la saison des pluies, les vents faiblissent considérablement. En septembre, la vitesse du vent atteint son point le plus bas, et l'énergie disponible se réduit à une fraction de son pic hivernal. Ce creux saisonnier est un défi critique, car cela signifie qu'un système exclusivement éolien peinerait à fournir de l'énergie durant le milieu de l'année sans assistance.

Pour comprendre comment cette ressource éolienne pourrait être utilisée, les chercheurs ont testé trois types différents de turbines éoliennes face aux conditions locales. Ils ne cherchaient pas simplement la machine la plus puissante ; ils cherchaient plutôt celle qui fonctionnerait le mieux avec les vitesses spécifiques présentes à Iriba. La première machine testée était une grande turbine d'une capacité de 500 kilowatts, l'EWT DW54-500. La seconde était un modèle plus petit de 30 kilowatts, l'Antaris. La troisième était une massive turbine de 850 kilowatts, la Vestas V52, conçue pour les régions dotées de vents très forts et constants. Les résultats de cette comparaison furent révélateurs. La massive turbine Vestas, malgré sa taille, a peu performé à Iriba. Parce qu'elle est construite pour attendre des vents très élevés, elle a passé la majeure partie de l'année à tourner lentement ou pas du tout, générant très peu de puissance et entraînant un coût nettement plus élevé de 0,0898 dollars par kilowattheure. La plus petite turbine Antaris a bien performé, surtout durant les mois calmes, grâce à sa capacité à commencer à tourner à des vitesses très basses, ce qui lui a permis de continuer à travailler quand d'autres machines s'arrêtaient. Cependant, l'EWT DW54-500 est apparue comme la grande gagnante pour ce site spécifique. Sa conception offrait le parfait équilibre, capturant suffisamment d'énergie lors des vents forts de l'harmattan pour générer une quantité massive de puissance, tout en performant de manière adéquate durant les mois plus faibles.

Les implications économiques de ces découvertes sont aussi frappantes que les implications techniques. Les chercheurs ont calculé le coût de l'électricité que chaque turbine produirait sur sa durée de vie de vingt ans. L'EWT DW54-500 s'est avérée être une solution exceptionnellement rentable. Elle a généré de l'électricité à un coût moyen de seulement 0,031 dollars par kilowattheure. Pour mettre cela en perspective, le coût de fonctionnement des générateurs diesel dans les zones reculées de l'Afrique subsaharienne varie souvent de 0,25 à 0,55 dollars par kilowattheure en raison du coût élevé du transport du carburant. La solution éolienne proposée pour Iriba est près de huit fois moins chère que l'alternative actuelle du diesel. Même durant le pire mois de l'année, lorsque le vent est le plus faible, le coût est resté compétitif, bien qu'il ait légèrement augmenté. Cette viabilité financière suggère que l'installation de turbines éoliennes à Iriba n'est pas seulement une possibilité théorique, mais un moyen pratique et abordable de transformer l'économie locale.

L'étude conclut qu'Iriba possède un réservoir d'énergie propre capable d'alimenter des infrastructures de pompage d'eau robustes, offrant une alternative viable aux combustibles fossiles pour cette zone aride. Cependant, les chercheurs prennent soin de noter que la solution n'est pas exempte de limites. L'écart saisonnier dans la puissance éolienne, particulièrement entre juin et octobre, signifie que compter uniquement sur le vent laisserait la communauté sans électricité pendant une partie de l'année. Pour résoudre cela, les auteurs recommandent une approche hybride, combinant des éoliennes avec des panneaux solaires. Puisque le soleil est souvent plus brillant lorsque le vent est le plus faible, les deux sources se compléteraient, assurant un approvisionnement constant en énergie tout au long de l'année. Ils recommandent également d'installer les turbines à une hauteur de cinquante mètres pour capturer les vents plus forts et plus stables trouvés au-dessus du sol. En suivant ces directives, la communauté d'Iriba pourrait transformer le vent qui balaie ses plaines arides en une source fiable d'eau et d'électricité, renforçant ainsi sa résilience face au climat rude du nord du Tchad.