Vers une électricité plus stable en zone rurale

La thèse du Dr TCHOUMTCHA Daniel Borice qui mise sur l’éolien et l’intelligence de commande.

Le Dr TCHOUMTCHA Daniel Borice a présenté et soutenu le lundi 13 juillet 2026 à l’auditorium Joseph Fondjo de l’Université de Dschang, sous la direction du Professeur KENNE Godpromesse, ses travaux de thèse intitulés « Contribution à l’amélioration de la qualité de l’énergie électrique dans les systèmes de conversion d’énergies renouvelables ». Le jury, présidé par le Professeur René TCHINDA, Directeur de l’Institut Universitaire de Technologie Fotso Victor de l’Université de Dschang à Bandjoun, établissement reconnu comme le pôle de la formation technologique au Cameroun, a salué la rigueur et la pertinence de la recherche.

Dans cette thèse, le Dr TCHOUMTCHA s’attaque à un défi central de notre temps : garantir un accès à une énergie électrique de meilleure qualité, notamment dans les zones non couvertes par le réseau. Au Cameroun, l’hydroélectricité représente encore plus de 73,3% de la capacité installée et les autres énergies renouvelables demeurent marginales, avec moins de 1%. Alors que l’Etat ambitionne 25% de renouvelables d’ici 2030, l’éolien reste peu valorisé en raison de vitesses de vent généralement inférieures à 5 m/s. Le Dr TCHOUMTCHA démontre pourtant que cette ressource peut devenir stratégique pour l’électrification rurale à condition d’améliorer le contrôle des chaînes de conversion.

C’est dans cette perspective qu’il a orienté ses recherches vers les systèmes de conversion d’énergie éolienne en mode autonome. Ces systèmes associent une turbine éolienne à une génératrice synchrone à aimants permanents, des convertisseurs de puissance et un système de stockage par batterie pour alimenter des charges isolées. Le Dr TCHOUMTCHA identifie la commande comme le verrou principal. Les régulateurs PI classiques, largement répandus, perdent en robustesse dès que la vitesse du vent ou la charge fluctue. La commande par mode glissant, plus robuste, introduit quant à elle un phénomène de chattering préjudiciable aux actionneurs.

Pour lever ces limites, le Dr TCHOUMTCHA a conçu et développé deux stratégies de commande non linéaires : la commande synergétique et l’algorithme Super-Twisting d’ordre supérieur. L’objectif qu’il poursuit est clair : élaborer des lois de contrôle permettant d’extraire le maximum de puissance de la turbine, d’assurer une gestion optimale de la charge et de la décharge de la batterie, et de délivrer à la charge une énergie de haute qualité, avec un taux d’harmoniques réduit.

Il a d’abord établi la modélisation complète du système étudié, comprenant la turbine couplée à la GSAP, le redresseur MLI côté génératrice, le bus continu, le convertisseur DC-DC bidirectionnel pour le stockage et l’onduleur MLI avec filtre LC côté charge. A partir de ces modèles, il a synthétisé ses deux lois de commande. Dans le cadre de la commande synergétique, il définit des macrovariables d’ordre un et deux pour réguler le courant axe d, la vitesse de rotation, la tension du bus continu et les tensions de charge. Pour l’algorithme Super-Twisting, il construit des surfaces de glissement d’ordre deux visant les mêmes performances. La stabilité et la convergence en temps fini de chaque approche sont démontrées par la théorie de Lyapunov, tandis que la MLI assure la mise en œuvre des signaux de commande des convertisseurs.

Soucieux d’ancrer ses résultats dans une perspective expérimentale, le Dr TCHOUMTCHA propose également un protocole de validation. Il met en place, en première étape, un émulateur éolien à base de moteur à courant continu et de convertisseurs Buck et Boost afin de tester la commande synergétique sur la régulation du couple et de la vitesse.

La validation principale est réalisée par simulation sous Matlab/Simulink. Le Dr TCHOUMTCHA soumet ses algorithmes à des profils de vent variables, à des charges résistives et inductives, et à des variations paramétriques de la GSAP. Les résultats obtenus établissent la supériorité des deux commandes proposées par rapport aux commandes PI classique et PI d’ordre fractionnaire. Elles permettent une réduction significative du taux de distorsion harmonique des courants statoriques ainsi que des tensions et courants de charge, avec une performance légèrement meilleure pour l’algorithme Super-Twisting. Les erreurs de convergence relatives à la vitesse, à la tension du bus et à la tension de charge sont également plus faibles. Enfin, la qualité de la régulation du couple, de la vitesse, du bus continu et des courants de batterie confirme la maîtrise de l’extraction de puissance et de la gestion du stockage, y compris en présence d’incertitudes.

Au terme de ces travaux, le Dr TCHOUMTCHA établit que la commande synergétique et l’algorithme Super-Twisting constituent des leviers efficaces pour améliorer durablement la qualité de l’énergie dans les systèmes éoliens autonomes. Au-delà des résultats de simulation, sa contribution trace une voie concrète pour exploiter le potentiel éolien camerounais, même modeste, et pour offrir aux populations des zones reculées une énergie plus stable et plus propre.