Détails du sujet
Conception et dimensionnement d'une mini-centrale photo voltaique flotante sur le lac kivu avec intégration d'un système de gestion intelligente (Smart Grid) pour l'optimisation de l'alimentation électrique de Goma
Résumé
Auteur : MBULA AKILIMALI
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-02-18 09:13:41
Mots clés
Centrale solaire flotante et smart grid
Intérêt
Le choix de ce sujet intitulé « Conception et dimensionnement d'une mini-centrale solaire photovoltaïque flottante sur le lac Kivu avec intégration d'un système de gestion intelligente (Smart Grid) pour l'optimisation de l'alimentation électrique de Goma » a été motivé par le constat d'un paradoxe frappant : la ville de Goma, bien que dotée d'un fort potentiel solaire et d'un vaste plan d'eau qu'est le lac Kivu, connaît encore un déficit énergétique important, aggravé par l'insécurité qui fragilise régulièrement les infrastructures existantes.
Ce travail trouve sa justification dans la situation vécue quotidiennement par des milliers de familles gomatraciennes, régulièrement plongées dans l'obscurité lorsque les lignes de la SNEL ou de Virunga sont endommagées par les conflits armés, ou lorsque la demande dépasse l'offre déjà insuffisante. Les enfants qui ne peuvent étudier le soir, les centres de santé qui peinent à conserver leurs vaccins, les commerces qui ferment faute d'énergie, l'insécurité qui grandit dans les rues non éclairées, ou encore les déplacés de guerre entassés dans des camps sans électricité : autant de réalités qui appellent une réponse urgente et adaptée.
En proposant d'exploiter la surface du lac Kivu pour y installer une centrale solaire flottante, ce projet contourne le problème du manque de terrains disponibles dans une ville en pleine expansion, tout en tirant parti d'une ressource naturelle abondante et sous-exploitée. L'originalité de cette approche réside dans le couplage de cette production locale avec un système de gestion intelligente capable d'en optimiser les bénéfices : pilotage en temps réel de l'énergie produite, priorisation automatique des infrastructures critiques comme les hôpitaux ou les camps de déplacés, basculement en mode dégradé lorsque le réseau principal est paralysé par l'insécurité, et interconnexion harmonieuse avec les réseaux existants de la SNEL, Virunga et Nuru pour renforcer l'ensemble du système sans le concurrencer.
Au-delà de son apport académique, ce travail contribue à la réflexion sur des solutions énergétiques durables adaptées aux contextes difficiles. Il explore une technologie encore émergente en Afrique, tout en proposant une réponse concrète aux défis sociaux, humanitaires, économiques et environnementaux d'une région meurtrie par des décennies de conflits. En réduisant la dépendance aux groupes électrogènes polluants, en préservant les terres agricoles, en sécurisant l'alimentation des infrastructures essentielles et en offrant aux populations l'espoir d'un quotidien moins marqué par les coupures, ce projet se veut une modeste contribution à l'amélioration durable des conditions de vie à Goma.
Problématique
Problématique
La ville de Goma, située sur les rives du lac Kivu, connaît une croissance démographique et économique rapide qui entraîne une demande toujours plus pressante en électricité. Son approvisionnement repose principalement sur plusieurs sources d'énergie, notamment les centrales hydroélectriques RUZIZI 1 et RUZIZI 2 exploitées par la Société Nationale d'Électricité (SNEL), la centrale MATEBE exploitée par Virunga Énergies et SOCODEE, ainsi qu'une centrale solaire hybride de la société NURU.
Cependant, ces infrastructures présentent toutes des limites face aux défis locaux. Les centrales hydroélectriques sont implantées hors de la ville de Goma (à Bukavu pour la SNEL et à Matebe pour Virunga), nécessitant un transport d'électricité sur de longues distances à travers des zones instables et parfois hostiles. Cette situation complique considérablement les interventions en cas de pannes ou de sabotage (Virunga Energie, 2022 ; Banque Mondiale, 2021).
Les récents affrontements engendrés par les conflits armés dans l'Est du pays ont d'ailleurs tragiquement illustré cette fragilité. Lors des combats, les lignes de transport de la SNEL et de Virunga Énergies ont subi des dommages importants, provoquant une interruption totale de l'électricité pour une grande partie de la ville. Parallèlement, la demande ne cesse de croître sous l'effet de l'urbanisation et de l'exode rural, et les sites de production actuels arrivent à peine à répondre à 50 % des besoins, confirmant ainsi l'urgence d'une production locale plus diversifiée et résiliente.
La centrale solaire hybride de Nuru, avec une capacité de 1,3 MW, constitue une avancée notable. Elle n'alimente cependant que 2 172 ménages, soit environ 13 000 personnes, ce qui représente à peine 1,94 % de la population de Goma, estimée à 670 000 habitants (Africanews RDC, 2024). Surtout, tout projet d'extension de cette solution solaire se heurte à un obstacle majeur : le manque de terrains disponibles en milieu urbain, contraignant déjà l'opérateur à disséminer ses installations sur deux sites éloignés. Cette problématique foncière, commune à toutes les villes en expansion rapide, pose la question des alternatives spatiales pour le déploiement de nouvelles capacités de production.
Face à ces défis, certains acteurs, notamment dans les secteurs sensibles comme la santé, la sécurité ou les télécommunications, continuent de recourir aux générateurs fonctionnant aux énergies fossiles. Si cette solution permet de pallier ponctuellement les défaillances du réseau, elle soulève de graves problèmes environnementaux par l'émission de gaz à effet de serre et la pollution atmosphérique, à contre-courant des objectifs de développement durable.
C'est dans ce contexte que l'exploitation de la surface du lac Kivu pour y installer une centrale solaire photovoltaïque flottante apparaît comme une alternative prometteuse. Le lac offre en effet une vaste superficie inexploitée, à proximité immédiate de la ville, permettant une production locale décentralisée qui contourne la pénurie de foncier et réduit les risques liés au transport longue distance.
Mais plusieurs questions techniques doivent être résolues en amont. Quelle puissance photovoltaïque maximale peut-on réellement extraire de la surface du lac Kivu, en tenant compte des contraintes environnementales, de la navigation, des zones protégées et des usages existants ? Les structures flottantes présentent-elles des avantages techniques et économiques suffisants par rapport aux centrales solaires terrestres, notamment en termes d'occupation de l'espace et de rendement énergétique ? Comment la technologie des modules photovoltaïques flottants peut-elle être optimisée pour maximiser la production sur ce plan d'eau spécifique, avec ses particularités climatiques et limnologiques ?
Mais produire localement ne résout pas tout. L'injection d'une nouvelle source d'énergie dans un réseau déjà fragilisé et multi-acteurs (SNEL, Virunga, Nuru) soulève des défis considérables de coordination, de régulation et d'optimisation. Comment éviter les surcharges ou les déséquilibres ? Comment garantir que cette énergie supplémentaire bénéficie prioritairement aux zones et aux infrastructures qui en ont le plus besoin ? Comment assurer une continuité de service lorsque les conflits paralysent une partie des infrastructures existantes ?
C'est précisément pour répondre à ces défis que s'impose la nécessité d'un système de gestion intelligente, ou Smart Grid. Un tel système permettrait de :
· Piloter en temps réel la production solaire, le stockage et l'injection sur les différents réseaux ;
· Basculer automatiquement en mode dégradé ou îloté lorsque les infrastructures de la SNEL ou de Virunga sont touchées par l'insécurité ;
· Prioriser les charges critiques (hôpitaux, centres de santé, camps de déplacés, stations de pompage d'eau) pour garantir un service minimum en toutes circonstances ;
· S'interfacer harmonieusement avec les réseaux existants pour injecter l'énergie solaire là où elle est la plus utile, sans perturber les zones déjà stables ;
· Optimiser le stockage afin de garantir une disponibilité de l'électricité en soirée et durant les périodes de faible ensoleillement.
Ainsi, la centrale solaire flottante et le smart grid ne forment pas deux projets distincts mais bien un seul système intégré, où la production et la distribution sont pensées ensemble pour maximiser l'efficacité et la résilience. Plan provisoire
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR L'ÉNERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE ET LES SYSTÈMES DE GESTION INTELLIGENTE
CHAPITRE 2 : REVUE DE LA LITTÉRATURE SUR LES STRUCTURES FLOTTANTES ET LEUR COUPLAGE AVEC LES SMART GRIDS
CHAPITRE 3 : MÉTHODOLOGIE DE L'ÉTUDE ET DIMENSIONNEMENT
CHAPITRE 4 : PRÉSENTATION DES RÉSULTATS, DISCUSSION ET RECOMMANDATIONS
CONCLUSION GÉNÉRALE
Hypothèses
1. Hypothèse principale
Une mini-centrale solaire photovoltaïque flottante sur le lac Kivu, dimensionnée de manière optimale et couplée à un système de gestion intelligente (Smart Grid), peut significativement contribuer à réduire les déficits énergétiques de Goma en complément des infrastructures existantes (SNEL, Virunga, Nuru), tout en assurant une alimentation résiliente aux infrastructures critiques en période de crise sécuritaire.
2. Hypothèses spécifiques
H1 :La surface exploitable du lac Kivu, déterminée en excluant les zones de navigation, de pêche, les zones à risque lié au méthane et les espaces de préservation écologique, permet d'installer une centrale solaire flottante d'une puissance suffisante pour couvrir une part significative des besoins non satisfaits de Goma, avec un rendement amélioré grâce au refroidissement naturel par l'eau et à l'optimisation technologique adaptée aux conditions spécifiques du site.
H2 :Un système de gestion intelligente (Smart Grid) intégré à la centrale flottante permet de piloter en temps réel la production et le stockage, de prioriser automatiquement les infrastructures critiques (hôpitaux, camps de déplacés, pompage d'eau) lors des crises sécuritaires, et d'assurer une interopérabilité harmonieuse avec les réseaux existants (SNEL, Virunga, Nuru), renforçant ainsi la résilience globale du système électrique de Goma face à l'insécurité et aux défaillances.
H3 :Le projet intégrant centrale flottante et smart grid présente une viabilité économique acceptable à moyen terme, tout en générant des impacts sociaux et humanitaires significatifs : amélioration durable des conditions de vie des ménages et commerces, sécurisation des services essentiels (santé, éducation, eau), réduction de la pollution liée aux groupes électrogènes, et contribution à la préservation du foncier urbain déjà rare à Goma.
Méthodes
Pour mener à bien cette étude et vérifier les hypothèses formulées, une approche méthodologique combinant plusieurs techniques de collecte et d'analyse de données sera adoptée. Ces méthodes sont organisées en fonction des trois hypothèses spécifiques qui structurent ce travail.
En lien avec la première hypothèse relative à la faisabilité technique et au dimensionnement de la centrale flottante, nous procéderons d'abord à une collecte de données climatiques auprès de bases de données en ligne accessibles telles que PVGIS ou NASA POWER, afin d'obtenir les valeurs d'ensoleillement moyen sur la ville de Goma. Une analyse cartographique sera ensuite réalisée à l'aide d'outils comme Google Earth ou QGIS pour déterminer la surface réellement exploitable du lac Kivu, en excluant les zones dédiées à la navigation, à la pêche, les zones à risque lié à la présence de méthane et les espaces nécessaires à la préservation de l'écosystème aquatique. Des entretiens avec des environnementalistes ou des experts locaux pourront compléter cette analyse pour mieux cerner les contraintes spécifiques du site. À partir de ces données, des calculs de dimensionnement seront effectués sous Excel ou à l'aide du logiciel PVSyst pour estimer la puissance extractible, le nombre de panneaux nécessaires et la surface de flotteurs correspondante. Une revue de la littérature scientifique permettra enfin de comparer les rendements des installations flottantes par rapport aux installations terrestres, notamment en ce qui concerne l'avantage du refroidissement naturel par l'eau.
En lien avec la deuxième hypothèse concernant le système de gestion intelligente et la résilience du réseau, une revue de littérature technique sera d'abord menée pour comprendre les principes fondamentaux des smart grids et leurs applications dans des contextes similaires. Des entretiens semi-directifs seront organisés avec des techniciens et responsables des différents opérateurs énergétiques présents à Goma (SNEL, Virunga, Nuru) afin de comprendre l'architecture de leurs réseaux, leurs contraintes opérationnelles et les possibilités d'interconnexion. Parallèlement, une enquête ciblée auprès des responsables d'infrastructures critiques (hôpitaux, centres de santé, camps de déplacés, stations de pompage d'eau) permettra d'identifier leurs besoins spécifiques et de définir les priorités à intégrer dans les algorithmes de gestion. Sur la base de ces informations, une architecture de smart grid adaptée au contexte de Goma sera proposée sous forme de schémas fonctionnels, avec une modélisation simple des flux d'énergie et des mécanismes de priorisation en période de crise sécuritaire, notamment le basculement automatique en mode îloté.
En lien avec la troisième hypothèse relative à la viabilité économique et aux impacts du projet, une recherche documentaire sera menée pour estimer les coûts d'investissement (panneaux, flotteurs, onduleurs, stockage, équipements du smart grid) à partir de devis en ligne, de catalogues de fournisseurs et d'études de cas de projets similaires. Ces données permettront de réaliser une analyse financière sous Excel incluant le calcul du coût actualisé de l'énergie (LCOE), de la valeur actuelle nette (VAN), du taux de rentabilité interne (TRI) et du temps de retour sur investissement. Pour évaluer les impacts sociaux attendus, des enquêtes par questionnaire seront administrées à un échantillon représentatif de ménages et de petits commerçants de Goma, afin de comprendre leurs habitudes de consommation, leur vécu des coupures et leurs attentes vis-à-vis d'une nouvelle source d'énergie. Des entretiens avec des responsables de camps de déplacés et de structures sanitaires permettront d'appréhender les dimensions humanitaires du projet. Enfin, une estimation de la réduction potentielle des émissions de gaz à effet de serre sera réalisée par comparaison avec l'utilisation de groupes électrogènes, contribuant ainsi à l'évaluation des impacts environnementaux.
L'ensemble de ces méthodes, articulées autour des trois hypothèses, permettra d'apporter des éléments de réponse solides à la problématique posée, tout en tenant compte des contraintes spécifiques liées au contexte de Goma. Bibliographie
Ouvrages généraux et manuels techniques
A.Labouret, Michel Villoz. (2006). Energie solaire photovoltaïque (3e éd.). Dunod.
Ouvrage de référence sur les bases du photovoltaïque, utile pour le chapitre 1.
Falk Antony, Christian Durschner, Karl-Heinz Remmers. (2010). Le photovoltaïque pour tous, conception et réalisation d'installations (2e éd.). Berlin.
Guide pratique pour le dimensionnement et l'installation de systèmes PV.
Ricaud, Alain. (2008). Module et système photovoltaïque. Compresse.
Référence technique sur les composants des systèmes photovoltaïques.
T.Muneer. (2004). Solar radiation and daylight models. Elsevier Butterworth-Heinemann.
Pour les calculs d'ensoleillement et de rayonnement solaire.
W.A.Beckman, J.A.Duffie. (2006). Solar engineering of thermal processes (3e éd.). John Wiley and Sons.
Classique incontournable pour l'ingénierie solaire.
Articles scientifiques et revues
M.Sahu, N.Yadav, K.Sudhakar. (2018). Floating photovoltaic power plant : A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1736-1745.
Revue complète sur les centrales solaires flottantes, très utile pour l'état de l'art.
M.Santafé, et al. (2014). Theoretical and experimental analysis of a floating photovoltaic cover for water irrigation reservoirs. Energy, 67, 246-255.
Étude technique sur les performances des PV flottants.
Y.K.choi. (2014). A study on power generation analysis of floating PV system considering environmental impact. [Revue], 8(1), 75-84.
Analyse de la production et des impacts environnementaux.
F. Blaabjerg, et al. (2017). Smart grid and renewable energy systems. IEEE Transactions on Industry Applications, 53(3), 2018-2029.
Article de référence sur l'intégration des énergies renouvelables dans les smart grids.
S. Massoud Amin, B.F. Wollenberg. (2005). Toward a smart grid : power delivery for the 21st century. IEEE Power and Energy Magazine, 3(5), 34-41.
Article fondateur sur les concepts et architectures des smart grids.
Rapports institutionnels et documents techniques
IRENA (International Renewable Energy Agency). (2023). Floating solar photovoltaics : Assessing the technical potential in Africa. Abu Dhabi : IRENA.
Rapport clé sur le potentiel du solaire flottant en Afrique, avec des données exploitables.
World Bank et ESMAP. (2019). Where sun meets water : Floating solar market report. Washington D.C. : World Bank.
Référence mondiale sur les projets de centrales flottantes.
Virunga Energie. (2022). Rapport sur les infrastructures hydroélectriques au Nord-Kivu. Goma : Virunga Energies.
Source locale incontournable sur le contexte énergétique de Goma.
Banque Mondiale. (2021). Amélioration de l'accès à l'électricité en République Démocratique du Congo. Washington D.C.
Contexte général sur les défis énergétiques en RDC.
NIST (National Institute of Standards and Technology). (2014). NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 3.0. USA.
Référence technique sur les normes d'interopérabilité des smart grids.
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGE
Encadreur: KAMUNDALA Janvier
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON
Conception et dimensionnement d'une mini-centrale photo voltaique flotante sur le lac kivu avec intégration d'un système de gestion intelligente (Smart Grid) pour l'optimisation de l'alimentation électrique de Goma
Résumé
Auteur : MBULA AKILIMALI
Niveau: G3
Département: Genie Electrique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-02-18 09:13:41
Mots clés
Centrale solaire flotante et smart gridIntérêt
Le choix de ce sujet intitulé « Conception et dimensionnement d'une mini-centrale solaire photovoltaïque flottante sur le lac Kivu avec intégration d'un système de gestion intelligente (Smart Grid) pour l'optimisation de l'alimentation électrique de Goma » a été motivé par le constat d'un paradoxe frappant : la ville de Goma, bien que dotée d'un fort potentiel solaire et d'un vaste plan d'eau qu'est le lac Kivu, connaît encore un déficit énergétique important, aggravé par l'insécurité qui fragilise régulièrement les infrastructures existantes.Ce travail trouve sa justification dans la situation vécue quotidiennement par des milliers de familles gomatraciennes, régulièrement plongées dans l'obscurité lorsque les lignes de la SNEL ou de Virunga sont endommagées par les conflits armés, ou lorsque la demande dépasse l'offre déjà insuffisante. Les enfants qui ne peuvent étudier le soir, les centres de santé qui peinent à conserver leurs vaccins, les commerces qui ferment faute d'énergie, l'insécurité qui grandit dans les rues non éclairées, ou encore les déplacés de guerre entassés dans des camps sans électricité : autant de réalités qui appellent une réponse urgente et adaptée.
En proposant d'exploiter la surface du lac Kivu pour y installer une centrale solaire flottante, ce projet contourne le problème du manque de terrains disponibles dans une ville en pleine expansion, tout en tirant parti d'une ressource naturelle abondante et sous-exploitée. L'originalité de cette approche réside dans le couplage de cette production locale avec un système de gestion intelligente capable d'en optimiser les bénéfices : pilotage en temps réel de l'énergie produite, priorisation automatique des infrastructures critiques comme les hôpitaux ou les camps de déplacés, basculement en mode dégradé lorsque le réseau principal est paralysé par l'insécurité, et interconnexion harmonieuse avec les réseaux existants de la SNEL, Virunga et Nuru pour renforcer l'ensemble du système sans le concurrencer.
Au-delà de son apport académique, ce travail contribue à la réflexion sur des solutions énergétiques durables adaptées aux contextes difficiles. Il explore une technologie encore émergente en Afrique, tout en proposant une réponse concrète aux défis sociaux, humanitaires, économiques et environnementaux d'une région meurtrie par des décennies de conflits. En réduisant la dépendance aux groupes électrogènes polluants, en préservant les terres agricoles, en sécurisant l'alimentation des infrastructures essentielles et en offrant aux populations l'espoir d'un quotidien moins marqué par les coupures, ce projet se veut une modeste contribution à l'amélioration durable des conditions de vie à Goma.
Problématique
ProblématiqueLa ville de Goma, située sur les rives du lac Kivu, connaît une croissance démographique et économique rapide qui entraîne une demande toujours plus pressante en électricité. Son approvisionnement repose principalement sur plusieurs sources d'énergie, notamment les centrales hydroélectriques RUZIZI 1 et RUZIZI 2 exploitées par la Société Nationale d'Électricité (SNEL), la centrale MATEBE exploitée par Virunga Énergies et SOCODEE, ainsi qu'une centrale solaire hybride de la société NURU.
Cependant, ces infrastructures présentent toutes des limites face aux défis locaux. Les centrales hydroélectriques sont implantées hors de la ville de Goma (à Bukavu pour la SNEL et à Matebe pour Virunga), nécessitant un transport d'électricité sur de longues distances à travers des zones instables et parfois hostiles. Cette situation complique considérablement les interventions en cas de pannes ou de sabotage (Virunga Energie, 2022 ; Banque Mondiale, 2021).
Les récents affrontements engendrés par les conflits armés dans l'Est du pays ont d'ailleurs tragiquement illustré cette fragilité. Lors des combats, les lignes de transport de la SNEL et de Virunga Énergies ont subi des dommages importants, provoquant une interruption totale de l'électricité pour une grande partie de la ville. Parallèlement, la demande ne cesse de croître sous l'effet de l'urbanisation et de l'exode rural, et les sites de production actuels arrivent à peine à répondre à 50 % des besoins, confirmant ainsi l'urgence d'une production locale plus diversifiée et résiliente.
La centrale solaire hybride de Nuru, avec une capacité de 1,3 MW, constitue une avancée notable. Elle n'alimente cependant que 2 172 ménages, soit environ 13 000 personnes, ce qui représente à peine 1,94 % de la population de Goma, estimée à 670 000 habitants (Africanews RDC, 2024). Surtout, tout projet d'extension de cette solution solaire se heurte à un obstacle majeur : le manque de terrains disponibles en milieu urbain, contraignant déjà l'opérateur à disséminer ses installations sur deux sites éloignés. Cette problématique foncière, commune à toutes les villes en expansion rapide, pose la question des alternatives spatiales pour le déploiement de nouvelles capacités de production.
Face à ces défis, certains acteurs, notamment dans les secteurs sensibles comme la santé, la sécurité ou les télécommunications, continuent de recourir aux générateurs fonctionnant aux énergies fossiles. Si cette solution permet de pallier ponctuellement les défaillances du réseau, elle soulève de graves problèmes environnementaux par l'émission de gaz à effet de serre et la pollution atmosphérique, à contre-courant des objectifs de développement durable.
C'est dans ce contexte que l'exploitation de la surface du lac Kivu pour y installer une centrale solaire photovoltaïque flottante apparaît comme une alternative prometteuse. Le lac offre en effet une vaste superficie inexploitée, à proximité immédiate de la ville, permettant une production locale décentralisée qui contourne la pénurie de foncier et réduit les risques liés au transport longue distance.
Mais plusieurs questions techniques doivent être résolues en amont. Quelle puissance photovoltaïque maximale peut-on réellement extraire de la surface du lac Kivu, en tenant compte des contraintes environnementales, de la navigation, des zones protégées et des usages existants ? Les structures flottantes présentent-elles des avantages techniques et économiques suffisants par rapport aux centrales solaires terrestres, notamment en termes d'occupation de l'espace et de rendement énergétique ? Comment la technologie des modules photovoltaïques flottants peut-elle être optimisée pour maximiser la production sur ce plan d'eau spécifique, avec ses particularités climatiques et limnologiques ?
Mais produire localement ne résout pas tout. L'injection d'une nouvelle source d'énergie dans un réseau déjà fragilisé et multi-acteurs (SNEL, Virunga, Nuru) soulève des défis considérables de coordination, de régulation et d'optimisation. Comment éviter les surcharges ou les déséquilibres ? Comment garantir que cette énergie supplémentaire bénéficie prioritairement aux zones et aux infrastructures qui en ont le plus besoin ? Comment assurer une continuité de service lorsque les conflits paralysent une partie des infrastructures existantes ?
C'est précisément pour répondre à ces défis que s'impose la nécessité d'un système de gestion intelligente, ou Smart Grid. Un tel système permettrait de :
· Piloter en temps réel la production solaire, le stockage et l'injection sur les différents réseaux ;
· Basculer automatiquement en mode dégradé ou îloté lorsque les infrastructures de la SNEL ou de Virunga sont touchées par l'insécurité ;
· Prioriser les charges critiques (hôpitaux, centres de santé, camps de déplacés, stations de pompage d'eau) pour garantir un service minimum en toutes circonstances ;
· S'interfacer harmonieusement avec les réseaux existants pour injecter l'énergie solaire là où elle est la plus utile, sans perturber les zones déjà stables ;
· Optimiser le stockage afin de garantir une disponibilité de l'électricité en soirée et durant les périodes de faible ensoleillement.
Ainsi, la centrale solaire flottante et le smart grid ne forment pas deux projets distincts mais bien un seul système intégré, où la production et la distribution sont pensées ensemble pour maximiser l'efficacité et la résilience.
Plan provisoire
INTRODUCTION GÉNÉRALECHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR L'ÉNERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE ET LES SYSTÈMES DE GESTION INTELLIGENTE
CHAPITRE 2 : REVUE DE LA LITTÉRATURE SUR LES STRUCTURES FLOTTANTES ET LEUR COUPLAGE AVEC LES SMART GRIDS
CHAPITRE 3 : MÉTHODOLOGIE DE L'ÉTUDE ET DIMENSIONNEMENT
CHAPITRE 4 : PRÉSENTATION DES RÉSULTATS, DISCUSSION ET RECOMMANDATIONS
CONCLUSION GÉNÉRALE
Hypothèses
1. Hypothèse principaleUne mini-centrale solaire photovoltaïque flottante sur le lac Kivu, dimensionnée de manière optimale et couplée à un système de gestion intelligente (Smart Grid), peut significativement contribuer à réduire les déficits énergétiques de Goma en complément des infrastructures existantes (SNEL, Virunga, Nuru), tout en assurant une alimentation résiliente aux infrastructures critiques en période de crise sécuritaire.
2. Hypothèses spécifiques
H1 :La surface exploitable du lac Kivu, déterminée en excluant les zones de navigation, de pêche, les zones à risque lié au méthane et les espaces de préservation écologique, permet d'installer une centrale solaire flottante d'une puissance suffisante pour couvrir une part significative des besoins non satisfaits de Goma, avec un rendement amélioré grâce au refroidissement naturel par l'eau et à l'optimisation technologique adaptée aux conditions spécifiques du site.
H2 :Un système de gestion intelligente (Smart Grid) intégré à la centrale flottante permet de piloter en temps réel la production et le stockage, de prioriser automatiquement les infrastructures critiques (hôpitaux, camps de déplacés, pompage d'eau) lors des crises sécuritaires, et d'assurer une interopérabilité harmonieuse avec les réseaux existants (SNEL, Virunga, Nuru), renforçant ainsi la résilience globale du système électrique de Goma face à l'insécurité et aux défaillances.
H3 :Le projet intégrant centrale flottante et smart grid présente une viabilité économique acceptable à moyen terme, tout en générant des impacts sociaux et humanitaires significatifs : amélioration durable des conditions de vie des ménages et commerces, sécurisation des services essentiels (santé, éducation, eau), réduction de la pollution liée aux groupes électrogènes, et contribution à la préservation du foncier urbain déjà rare à Goma.
Méthodes
Pour mener à bien cette étude et vérifier les hypothèses formulées, une approche méthodologique combinant plusieurs techniques de collecte et d'analyse de données sera adoptée. Ces méthodes sont organisées en fonction des trois hypothèses spécifiques qui structurent ce travail.En lien avec la première hypothèse relative à la faisabilité technique et au dimensionnement de la centrale flottante, nous procéderons d'abord à une collecte de données climatiques auprès de bases de données en ligne accessibles telles que PVGIS ou NASA POWER, afin d'obtenir les valeurs d'ensoleillement moyen sur la ville de Goma. Une analyse cartographique sera ensuite réalisée à l'aide d'outils comme Google Earth ou QGIS pour déterminer la surface réellement exploitable du lac Kivu, en excluant les zones dédiées à la navigation, à la pêche, les zones à risque lié à la présence de méthane et les espaces nécessaires à la préservation de l'écosystème aquatique. Des entretiens avec des environnementalistes ou des experts locaux pourront compléter cette analyse pour mieux cerner les contraintes spécifiques du site. À partir de ces données, des calculs de dimensionnement seront effectués sous Excel ou à l'aide du logiciel PVSyst pour estimer la puissance extractible, le nombre de panneaux nécessaires et la surface de flotteurs correspondante. Une revue de la littérature scientifique permettra enfin de comparer les rendements des installations flottantes par rapport aux installations terrestres, notamment en ce qui concerne l'avantage du refroidissement naturel par l'eau.
En lien avec la deuxième hypothèse concernant le système de gestion intelligente et la résilience du réseau, une revue de littérature technique sera d'abord menée pour comprendre les principes fondamentaux des smart grids et leurs applications dans des contextes similaires. Des entretiens semi-directifs seront organisés avec des techniciens et responsables des différents opérateurs énergétiques présents à Goma (SNEL, Virunga, Nuru) afin de comprendre l'architecture de leurs réseaux, leurs contraintes opérationnelles et les possibilités d'interconnexion. Parallèlement, une enquête ciblée auprès des responsables d'infrastructures critiques (hôpitaux, centres de santé, camps de déplacés, stations de pompage d'eau) permettra d'identifier leurs besoins spécifiques et de définir les priorités à intégrer dans les algorithmes de gestion. Sur la base de ces informations, une architecture de smart grid adaptée au contexte de Goma sera proposée sous forme de schémas fonctionnels, avec une modélisation simple des flux d'énergie et des mécanismes de priorisation en période de crise sécuritaire, notamment le basculement automatique en mode îloté.
En lien avec la troisième hypothèse relative à la viabilité économique et aux impacts du projet, une recherche documentaire sera menée pour estimer les coûts d'investissement (panneaux, flotteurs, onduleurs, stockage, équipements du smart grid) à partir de devis en ligne, de catalogues de fournisseurs et d'études de cas de projets similaires. Ces données permettront de réaliser une analyse financière sous Excel incluant le calcul du coût actualisé de l'énergie (LCOE), de la valeur actuelle nette (VAN), du taux de rentabilité interne (TRI) et du temps de retour sur investissement. Pour évaluer les impacts sociaux attendus, des enquêtes par questionnaire seront administrées à un échantillon représentatif de ménages et de petits commerçants de Goma, afin de comprendre leurs habitudes de consommation, leur vécu des coupures et leurs attentes vis-à-vis d'une nouvelle source d'énergie. Des entretiens avec des responsables de camps de déplacés et de structures sanitaires permettront d'appréhender les dimensions humanitaires du projet. Enfin, une estimation de la réduction potentielle des émissions de gaz à effet de serre sera réalisée par comparaison avec l'utilisation de groupes électrogènes, contribuant ainsi à l'évaluation des impacts environnementaux.
L'ensemble de ces méthodes, articulées autour des trois hypothèses, permettra d'apporter des éléments de réponse solides à la problématique posée, tout en tenant compte des contraintes spécifiques liées au contexte de Goma.
Bibliographie
Ouvrages généraux et manuels techniquesA.Labouret, Michel Villoz. (2006). Energie solaire photovoltaïque (3e éd.). Dunod.
Ouvrage de référence sur les bases du photovoltaïque, utile pour le chapitre 1.
Falk Antony, Christian Durschner, Karl-Heinz Remmers. (2010). Le photovoltaïque pour tous, conception et réalisation d'installations (2e éd.). Berlin.
Guide pratique pour le dimensionnement et l'installation de systèmes PV.
Ricaud, Alain. (2008). Module et système photovoltaïque. Compresse.
Référence technique sur les composants des systèmes photovoltaïques.
T.Muneer. (2004). Solar radiation and daylight models. Elsevier Butterworth-Heinemann.
Pour les calculs d'ensoleillement et de rayonnement solaire.
W.A.Beckman, J.A.Duffie. (2006). Solar engineering of thermal processes (3e éd.). John Wiley and Sons.
Classique incontournable pour l'ingénierie solaire.
Articles scientifiques et revues
M.Sahu, N.Yadav, K.Sudhakar. (2018). Floating photovoltaic power plant : A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1736-1745.
Revue complète sur les centrales solaires flottantes, très utile pour l'état de l'art.
M.Santafé, et al. (2014). Theoretical and experimental analysis of a floating photovoltaic cover for water irrigation reservoirs. Energy, 67, 246-255.
Étude technique sur les performances des PV flottants.
Y.K.choi. (2014). A study on power generation analysis of floating PV system considering environmental impact. [Revue], 8(1), 75-84.
Analyse de la production et des impacts environnementaux.
F. Blaabjerg, et al. (2017). Smart grid and renewable energy systems. IEEE Transactions on Industry Applications, 53(3), 2018-2029.
Article de référence sur l'intégration des énergies renouvelables dans les smart grids.
S. Massoud Amin, B.F. Wollenberg. (2005). Toward a smart grid : power delivery for the 21st century. IEEE Power and Energy Magazine, 3(5), 34-41.
Article fondateur sur les concepts et architectures des smart grids.
Rapports institutionnels et documents techniques
IRENA (International Renewable Energy Agency). (2023). Floating solar photovoltaics : Assessing the technical potential in Africa. Abu Dhabi : IRENA.
Rapport clé sur le potentiel du solaire flottant en Afrique, avec des données exploitables.
World Bank et ESMAP. (2019). Where sun meets water : Floating solar market report. Washington D.C. : World Bank.
Référence mondiale sur les projets de centrales flottantes.
Virunga Energie. (2022). Rapport sur les infrastructures hydroélectriques au Nord-Kivu. Goma : Virunga Energies.
Source locale incontournable sur le contexte énergétique de Goma.
Banque Mondiale. (2021). Amélioration de l'accès à l'électricité en République Démocratique du Congo. Washington D.C.
Contexte général sur les défis énergétiques en RDC.
NIST (National Institute of Standards and Technology). (2014). NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 3.0. USA.
Référence technique sur les normes d'interopérabilité des smart grids.
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGEEncadreur: KAMUNDALA Janvier
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON