Chapitre I.introduction Cor

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I.1. Introduction

Depuis l’existence de l’homme sur cette terre, l’énergie a été parmi les besoins nécessaires pour la continuité de la vie. Au début l’énergie avait des simples formes par exemple l’utilisation de la force du corps humaine ou les animaux; après et avec la découverte du feu l’homme a commencé à bruler le bois pour avoir ce qu’on appel l’énergie thermique.

L’énergie a connu un changement révolutionnaire dans les quatre derniers siècles, surtout depuis la révolution industrielle en Europe et en Amérique du nord où l’homme commence à utiliser les machines à vapeur. Le développement de la vie d’homme est devenu rapide depuis que les hydrocarbures ont apparus dans le marché de l’énergie; et avec l’accroissance de la demande mondiale de l’énergie quelle est accompagné par l’accroissance démographique, beaucoup de questions étaient posé par l’ensemble des scientifiques, mais ces questions n’avaient aucune significations qu’à au ce siècle avec l’apparition de beaucoup de problèmes parmi ces problèmes la durabilité de ces énergies, c'est-à-dire que si les hydrocarbures sont stockés dans un réservoir et ils ont besoin de millions d’années pour être reformer, donc avec le niveau actuel de consommation, ces hydrocarbures va disparaitre, ce que signifier le blocage dans le développement. Autre question est le problème des changements climatique et ses influences sur la vie sur terre.

Ces dernières années, l’énergie nucléaire a été proposée pour remplacer les hydrocarbures. Cette énergie a la capacité de couvrir les besoins énergétiques du marché mondiale. Mais beaucoup de questions sont soulevées concernant non seulement sa durabilité mais aussi la sécurité de son utilisation particulièrement après les graves accidents survenus dans le monde, l’accident de Tchernobyl en Ukraine et celle ayant lieu récemment à Fukushima au japon.

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Pour toutes ces raisons, le besoin d’avoir des nouvelles sources d’énergie est indispensable. Toutefois, il est important que ces énergies soient durables et qu’ils contribuent à la protection de l’environnement. D’où l’importance de développement des énergies renouvelables.

I.2. Les énergies renouvelables

Ce sont l’ensemble des énergies qui sont proposées pour remplacer les sources conventionnelles d’énergie. Ces énergies ont plusieurs caractéristiques, sont durables et gratuite, aussi sont impactes sur l’écosystème est réduit.

Parmi les difficultés rencontrées dans la production des énergies renouvelables est leurs caractères diffus et aléatoire. Par exemple dans le cas d’énergie solaire, l’irradiation solaire sont dispersées au niveau de l’atmosphère, donc il faut capté et concentré ces irradiation pour augmenter les performances en utilisant des concentrateur d’énergie.

Aussi chaque type d’énergie a ses avantages et ses inconvénients en matière de disponibilité, technique de production, les effets sur l’environnement, et le pouvoir énergétique.

Les énergies renouvelables les plus importants sont l’hydraulique, la biomasse, l’énergie éolienne, l’énergie géothermique et en Algérie surtout l’énergie solaire.

I.2.1. L’énergie hydraulique

Le principe consiste à utiliser l'énergie mécanique de l'eau pour faire tourner une turbine et un alternateur pour produire de l'électricité. Cette forme

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d'énergie est

essentiellement produite dans les barrages hydrauliques. La

puissance produite dépend de la hauteur de la chute d'eau et de son débit. Il existe aussi d'autres procédés de génération électrique à travers l'exploitation de l'eau comme l'utilisation des mouvements des vagues marines, ou des courants sous-marins.

Le principal avantage est d'ordre environnemental dans la mesure où l'énergie produite est très propre, et peut être très abondante dans les régions disposant d'un réseau hydrographique très dense. La principale contrainte relève de l'inondation de grands espaces par les barrages et de l'influence parfois négative sur l'écosystème. Il faut noter aussi que les accidents survenus au niveau des barrages, sont souvent plus meurtriers que ceux occasionnés par les autres énergies.

L’énergie hydraulique en Algérie participe par 6% dans la production d’électricité.[1]

I.2.2. L’énergie éolien

Le principe consiste à utiliser la force du vent pour faire tourner une génératrice et produire de l'électricité ou exploiter l’énergie mécanique pour pomper de l’eau.

L’énergie

éolienne

est

utilisée

dans

le

monde

entier,

mais

les

investissements les plus lourdes se localisent en Europe pour plusieurs raisons, le cout des énergies fossiles est devenus insupportables par l’industrie européenne surtout ces énergies sont importées, et aussi les taxes d’émission de CO2 mettent des pressions sur les factures de production industriel.

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En Algérie beaucoup travaux étaient faite pour évaluer le potentiel du vent dans déférentes régions en Algérie, les travaux montrent que le potentiel est important dans le sud d’Algérie spécialement en sud-ouest limité par Timimoune In Salah et Tamanrasset où la vitesse dépasse 5 m/s tout au long de l’année dans la région d’Adrar, Il est plus important au printemps représenté par les mois de mars, avril et mai [2].

Il y a plusieurs applications d’énergie éolienne, il y a le pompage d’eau en utilisant un système bielle manivelle pour transformer le mouvement de rotation à un mouvement rectiligne qui commande la pompe à piston, on peut utiliser ce mouvement aussi pour générer de l’électricité, l’avantage de cette dernière application est que l’énergie électrique générer peut transporter vers un autre site, par contre l’éolienne de pompage doit être installer sur le puits.

I.2.3. La biomasse

Le principe consiste à transformer des matières ou déchets d’origine végétale ou organique en énergie en les brûlant, en les laissant pourrir (fermentation), ou en les transformant chimiquement. L’incinération en tant que combustible du bois, des déchets agricoles, domestiques, ou industriels, est largement utilisée à travers tous les pays. La transformation chimique de certains déchets par putréfaction sert à produire du biogaz composé essentiellement de méthane.

La fermentation alcoolique ou la distillation est de nos jours de plus en plus utilisée pour produire des biocarburants. Beaucoup considèrent que les biocarburants peuvent constituer au moins une alternative de transition face à l’épuisement des carburants fossiles, les biocarburants sont caractérisés par de

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nombreux risques et contraintes, l’utilisation de quelques produits alimentaires comme les céréales pour produire les biocarburants a causé l’augmentation de ces produits dans le marchée ce qui provoque des problèmes dans les pays de sud, aussi cette méthode peut engendrer la déforestation et réduction des surfaces arables à l’échelle mondiale.

I.2.4. L’énergie géothermique

Consiste à utiliser la chaleur produite par la radioactivité naturelle des roches de la croûte terrestre et par les échanges thermiques avec les zones internes de la Terre.

La géothermie de haute énergie (> 180°C) et de moyenne énergie (entre 100°C et 180°C) valorisent les ressources géothermales sous forme d'électricité et de chaleur. La géothermie basse énergie (entre 30°C et 100°C) permet de couvrir des besoins de chauffage locaux.

Les pompes à chaleur (PAC) géothermiques, utilisées pour chauffer et rafraîchir des locaux, sont des applications de

très basse énergie. Cette

technologie capte les calories contenues dans le sol, l’eau ou la chaleur ambiante de l’air. Les PAC ont besoin d’électricité pour fonctionner (généralement 1kWh d’électricité consommé pour 4 kWh de chaleur produits), seule l’énergie thermique utile produite par des PAC satisfaisant un coefficient de performance minimal est prise en compte comme énergie renouvelable.

Le potentiel de l’énergie géothermique en Algérie est important, plusieurs études montrent la répartition de ce potentiel à travers le territoire algérien, la partie sud du pays avait un gradient géothermique de 3 à 4 °C/100m de

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profondeur, par contre dans le coté sud ouest le gradient géothermique atteint le niveau de 7°C/100m spécialement dans le basin de Béchar [3].

I.2.5. L’énergie solaire

Il s'agit de l'énergie renouvelable par excellence surtout pour les pays qui bénéficient d'un ensoleillement presque continu comme l'Algérie, Les principales caractéristiques de l’énergie solaire étaient sa gratuité sa disponibilité sur une grande partie du globe terrestre et l’absence de risque d’épuisement connu par les sources d’énergie fossile.

Le soleil est une sphère gazeuse composée presque totalement d’hydrogène. Son diamètre est de 391 000 km (100 fois celui de la Terre), sa masse est de l’ordre de 2.1027 tonnes. Toute l’énergie du Soleil provient de réactions thermonucléaires qui s’y produisent. Elles transforment à chaque seconde l’hydrogène en Hélium, lors de la réaction le soleil libère une quantité d’énergie vers l’univers. La Terre étant à une distance de 150 million km du Soleil, elle reçoit une partie de cette énergie. Cette énergie solaire est atténuée lors de la traversée de l'atmosphère par absorption ou diffusion, suivant les conditions météorologiques et la latitude du lieu au niveau du sol. Afin d’exploiter au mieux cette ressource énergétique et pour un bon dimensionnement des installations solaires, il est nécessaire de connaître la quantité de l’énergie solaire disponible à un endroit spécifique à chaque instant de la journée et de l’année.

L’Algérie par sa position géographique est devenue parmi les pays le plus prometteur dans la région, avec plus de 2 millions Km² de superficie et une largeur nord-sud dépasse les 2000 Km l’Algérie peut assurée un gisement solaire énorme, réellement la duré d’insolation moyenne pour le territoire national est de l’ordre de 2500 heurs par an, elle atteint le niveau de 3900 heurs par an dans le sud. [4]

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Il y a une variété d’applications d’énergie solaire, on peut les classer en deux catégories, thermique et photovoltaïque.

Pour le thermique des capteurs vitrés dans lesquels circule un liquide caloporteur réchauffé par le rayonnement solaire, qui transmet ensuite la chaleur à un chauffe-eau ou éventuellement à un plancher chauffant basse température, ou pour les applications lourdes la chaleur solaire produit de la vapeur qui alimente une turbine à vapeur produisant de l’électricité, pour cette dernière application il faut accroître le flux optique incident qui pourrait être réalisé par concentration de rayonnement solaire. Cette opération est réalisée à l’aide de capteurs appelés concentrateurs solaires. Parmi ce type de concentrateurs, il y a les concentrateurs solaires cylindro-paraboliques. En Algérie une installation hybride (gaz-solaire) a été installée à Hassi R’mel d’une capacité de 150 MW, la partie solaire contribue par 20% dans la génération d’électricité. [5]

L’application photovoltaïque consiste à utiliser des cellules photovoltaïques qui sont des composants électroniques constitués de semi-conducteurs, qui exposées à la lumière, génèrent du courant électrique, cette application été le sujet de recherche en Algérie depuis longue temps, le territoire algérien est 98% électrifier les 2% restant sont des foyers éparts et éloignés, et le cout de lier ces foyer au réseau national d’électricité est très élever, la solution était d’utiliser les cellules photovoltaïques, cette solution a aidée les gents de sud algérien et les régions rurale d’avoir un minimum de confort avec 2 KWh, aussi Le groupe Sonelgaz a décidé d’investir dans la fabrication des modules photovoltaïques. [6]

I.3. L’hydrogène et ses applications L’hydrogène est l’élément chimique le plus abondant dans l’Univers. Sur terre, la molécule d’hydrogène n’existe pas à l’état naturel, on le trouve lié à d'autres atomes comme l’oxygène pour former de l’eau ou le carbone pour former par exemple du gaz naturel.

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Dans ces dernières années l’utilisation des énergies renouvelables est devenu incontournable, l’impacts sur l’écosystème produit par les énergies fossiles évolue jours après jours. De ce fait, l’hydrogène est parmi les solutions prometteuse pour remplacer les anciennes types d’énergie, l’important aussi que la combustion d’hydrogène est presque non polluante, aussi les autres énergies renouvelables comme solaire par exemple sont utilisée pour produire l’hydrogène. Une fois produit, il peut être stocké, transporté et utilisé.

I.3.1. Propriétés générales

Découvert par le chimiste anglais Henry Cavendish, l’hydrogène doit son nom au français Antoine Lavoisier. Dérivé de la langue grecque, le nom vient des deux mots : hydro = eau, et gène = générateur, donc le mot hydrogène signifie « générateur d’eau ». En effet, l’anglais

Cavendish fut le premier chimiste à

démontrer que lorsque l’hydrogène et l’oxygène sont combinés, ils forment de l’eau.

Les caractéristiques qui font l’hydrogène un important vecteur énergétique pour le futur sont : -

l’hydrogène est un élément chimique simple, léger (plus que l’air), stable, peu réactif à température ambiante.

-

il est facile à transporter.

-

il peut être produit en quantités presque illimitées.

L’hydrogène est un gaz très volatil, incolore, inodore, et non-polluant.

I.3.2. Techniques de production

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Dans la production d’hydrogène il faut prendre en considération trois axes principaux, la matière première, la source d’énergie et le procédé de production. L’eau, les hydrocarbures comme le méthane sont utilisées comme matière première dans la production d’hydrogène. L’apport de l’énergie dans la production d’hydrogène est assuré par plusieurs types d’énergies, conventionnelles, nucléaires et renouvelables. Concernant le procédé de production plusieurs procédés sont proposés comme la photolyse, électrolyse ou la thermochimie.

I.3.2.1. Production à partir des énergies fossiles

La production d’hydrogène à partir d’hydrocarbure présente presque 90% de la totalité d’hydrogène produit dans le monde, l’utilisation du gaz naturel est la méthode la plus simple, il existe trois procédés utilisant les hydrocarbures, vaporeformage, oxydation partielle et le reformage auto thermique.[7]

La voporeformage consiste à traiter un mélange de gaz naturel et vapeur d’eau dans un réacteur sous une température de l’ordre de 600 à 900 °C, l’application passe par trois étapes, la première assure la pureté du gaz naturel, le gaz naturel avec la vapeur d’eau donne un mélange d’hydrogène et monoxyde de carbone, la deuxième étape sert à traiter le monoxyde de carbone par l’eau pour donner l’hydrogène et le dioxyde de carbone, et finalement pour augmenter la pureté d’hydrogène produit un système de captage d’hydrogène est utilisé soit par adsorption de CO2 sur le carbone ou l’utilisation des amine.

L’oxydation partielle est plus simple si on compare avec le vaporeformage, la réaction est exothermique ce qu’est un avantage, aussi dans cette méthode un processus de purification et de captage est nécessaire.

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Le reformage auto thermique consiste à mettre l’hydrocarbure en contacte avec l’oxygène et aussi la vapeur d’eau, et comme la réaction d’oxygène avec l’hydrocarbure est exothermique, l’énergie de cette réaction est utilisée dans la vaporeformage dans le même réacteur. [8]

I.3.2.2. Production à partir des énergies renouvelables

La production d’hydrogène à partir des ressources renouvelables présente un véritable avantage qui contribue dans la politique mondiale de la protection de la terre et l’atténuation des impacts d’effet de serre. L’important dans quelques énergies renouvelables qu’elles ont double effets, par exemple dans le cas d’énergie éolienne on peut utiliser la cinétique du vent pour pomper l’eau vers le électrolyseur et aussi de générer l’électricité utiliser par le électrolyseur aussi.

Dans le cas d’utilisation de l’énergie géothermique la vapeur d’eau des puits qui est à haute température chauffe l’eau utilisé dans l’électrolyseur, cette solution aide à conserver une partie de la puissance électrique ce qu’est influe positivement sur les couts de production d’hydrogène par cette méthode. Aussi on peut utiliser la vapeur d’eau produite dans les puits géothermique pour générer de l’électricité consommée par l’électrolyseur, ceci aide aussi à améliorer les performances du processus.

L’énergie éolienne est parmi les énergies renouvelables les plus utilisé depuis longtemps, elle peut couvrir des vastes régions dans le monde, l’important est d’utilisé cette énergie dans la production d’hydrogène, en effet le travaille n’est pas que produire l’hydrogène qui peut être utilisé comme vecteur énergétique mais aussi il est considéré comme moyen de stockage d’énergie éolienne. L’énergie éolienne a double rôles dans la production d’hydrogène, elle peut engendrer une énergie électrique et aussi pomper l’eau vers l’électrolyseur.

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L’énergie la plus connu et quelle est opérationnelle depuis longtemps est bien l’énergie solaire, c’est une énergie qu’on peut l’utiliser dans plusieurs procédés, elle est gratuite et non polluante. Dans la production d’hydrogène cette énergie

est

utilisée

par

deux

formes

principales,

photovoltaïque

et

thermodynamique.

Les cellules photovoltaïques sont utilisées pour avoir l’énergie électrique nécessaire dans l’électrolyseur, dans cette application trois équipements sont utilisés, les modules photovoltaïques pour convertir l’énergie solaire en énergie électrique, un dispositif de conditionnement du courant électrique produit, et l’électrolyseur pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau. [9]

Le procédé thermodynamique consiste à convertir l’énergie solaire en énergie thermique. Il y a deux types d’équipement les panneaux plans ou les concertateurs, ces deux équipements sont utilisés pour produire de l’énergie thermique présenté en vapeur d’eau, cette vapeur est introduit dans un processus thermodynamique permit d’engendrer de l’électricité par les turbines à vapeur.

Cette énergie est utilisée par deux voix directe ou indirecte. Processus indirecte consiste à produire l’électricité par l’intermédiaire des turbines à vapeur, l’électrolyseur consomme le courant électrique produit, ou un processus direct consiste à utiliser l’énergie thermique pour libérer la molécule d’hydrogène d’eau, mais cette méthode est difficile à appliquer par ce que la température nécessaire est très élevée. [7]

I.3.3. Transport de l’hydrogène

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Les modalités de transport de l’hydrogène varient avec son mode de production. Sous forme gazeuse, il est transporté par gazoduc. Sous forme liquide, il peut être transporté par la route, par le rail ou par bateau exactement comme les combustibles liquides usuels.

I.3.4. Stockage de l’hydrogène Une fois produit, l’hydrogène, doit être stocké pour pouvoir ensuite être distribué. Le principal obstacle lié au stockage de l’hydrogène et lié au fait qu’il est le plus léger élément du tableau périodique. Il peut être stocké de trois manières différentes : gazeux, liquide ou solide. Ces trois méthodes de stockage différent par leurs densités volumiques, leurs aspects sécuritaires et leurs coûts.

Les méthodes conventionnelles sont les plus utilisées. Par le stockage sous pression l’hydrogène reste toujours en état gazeux, la pression de stockage peut atteindre le niveau de 350 bars, la densité d’hydrogène à cette pression est presque

11 Kg/m3, c’est 130 fois plus que la densité d’hydrogène à la pression

normale. Le stockage d’hydrogène sous forme liquide est très pratique pour le secteur de transport, la liquéfaction d’hydrogène se réaliser à une température de 20K à cette température la densité devient 71 Kg/m, le problème dans cette méthode est qu’il est très difficile de garder la température d’hydrogène dans ce niveau très bas. [7]

Le stockage d’hydrogène dans les solides apparait comme la méthode la plus sécuritaire, car l’hydrogène fait une liaison avec les molécules du solide et se localise dans les pores. Il existe deux méthodes : -

Dans des hydrures métalliques dans lesquels l’hydrogène est absorbé (chimisorption) par des métaux appropriés, ces métaux ont la tendance d’absorber l’hydrogène sous des pressions modérées.

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-

Dans des composés carbonés dans lesquels l’hydrogène est adsorbé sur les surfaces de ces composés (physisorption), pour améliorer cette méthode de stockage il faut développer les surfaces latérales des pores.

I.3.5. Utilisations de l’hydrogène comme vecteur énergétique

L’hydrogène est utilisé dans l’industrie sous deux formes, soit dans les processus chimique ou comme source d’énergie.

Dans les processus chimique l’hydrogène est un composé qu’on l’utilise dans la production de quelque produit comme l’ammoniac lorsqu’on le mélange à haute température avec le nitrogène, ou dans l’industrie pétrochimique où la quantité d’hydrogène consommé par quelque processus augmente énormément.

L’utilisation d’hydrogène comme source d’énergie est très limité dans l’industrie sauf pour la propulsion spatiale où l’hydrogène est utilisé comme fuel, les autres applications l’hydrogène est considéré comme moyen pour avoir de l’énergie comme le cas de la pile à combustible ou les pompes à chaleur à base d’hydrure.

i. Moteurs à combustion interne et turbines à gaz

On peut produire de l’électricité en alimentant un moteur à combustion interne ou une turbine à

gaz

en

hydrogène

ou

en

un

mélange

hydrogène/carburant fossile afin de réduire les émissions en CO2 de ce type de machines énergétiques. Cette utilisation de l’hydrogène permettra une transition douce vers « l’hydrogène économie », s’il en est, avant la généralisation des piles à combustible pour les applications automobiles et stationnaires.

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ii. La pile à combustible

L’hydrogène peut

réagir avec

l’oxygène pour

libérer de

l’énergie

électrique et de la chaleur selon le procédé inverse de l’électrolyse de l’eau. La pile à combustible est donc un dispositif qui produit de l'électricité à partir de cette réaction. Depuis sa découverte par William Grove en 1839, différents types de piles à combustible ont été inventés. Les principes de base sur les quels repose la technologie demeurent identiques. La pile à combustible est composée de deux électrodes et d'un électrolyte. Le combustible et

le comburant

proviennent d'une source externe. L’électrode négative (anode) est alimentée en hydrogène et l'électrode positive (cathode) est alimentée en oxygène. L'anode et la cathode sont ensuite mises en contact avec un électrolyte qui permet le transport des ions.

I.4. La climatisation

La climatisation est la technique qui consiste à contrôler la température d’un local pour des raisons de confort ou pour des raisons techniques. La climatisation fonctionne essentiellement par le principe de fonctionnement des pompes à chaleur et se trouve de plus en plus associé dans un même appareil, un climatiseur réversible qui a double fonction, climatisation en été, et chauffage en hiver. La climatisation essaie de mettre la température d’un local plus confortable, l’augmentation de la température est due à l’apport de la chaleur externe par le soleil, et un apport interne par les équipements utilisés dans ce local ou par l’éclairage interne.

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Dans la climatisation conventionnelle on utilise des fluides caloporteurs nommées les fluides frigorigènes. Un fluide frigorigène (ou réfrigérant) est un fluide pur ou un mélange de fluides purs. La principale propriété des fluides frigorigènes est de s'évaporer à une faible température sous

pression

atmosphérique.

Le fluide frigorigène est choisi principalement pour leur absorption de la chaleur, mais aussi il faut que le fluide frigorigène obéisse à quelques critères de sécurité, par exemple il ne doit pas être polluent ou offensif pour l’homme en cas de fuite, aussi la pression de fonctionnement soit modérée. Il y a plusieurs types des fluides frigorigènes on va juste les citer. •

les chlorofluorocarbures (CFC) ;

•

les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) ;

•

les hydrofluorocarbures (HFC) ;

•

les perfluorocarbures (PFC) ou hydrocarbures perfluorés;

•

les composées inorganiques comme l'ammoniac.

I.4.1. Les machines frigorifiques conventionnelles

Une première description du cycle de fonctionnement a été donnée en 1805 par l’américain Oliver Evans (1755-1819. Les premières machines à compression qui eurent un succès industriel sont le fait d’un écossais émigré en Australie, James Harrison (1816-1893).

Le fluide actif du cycle frigorifique, se vaporise dans un évaporateur en produisant le froid utile. La vapeur produite est aspirée et comprimée par un compresseur mécanique. Elle est refoulée dans un condenseur où elle se liquéfie.

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Le liquide formé retourne vers l’évaporateur en traversant un régleur (ou détendeur). Ce système est le plus répandu.

Figure 1. Schéma simplifié d’une pompe à chaleur

Figure 2. Diagramme T-S d’une machine frigorifique

Les études montrent que les effets destructifs du chlore sur l’ozone comme les frigorigènes chlorés, CFC et HCFC. Actuellement des frigorigènes fluorés mais non chlorés sont proposés, des HFC purs comme le R134a ou des mélanges de

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HCFC (R410A, R407C, R404A, etc.) fluides qui ont une action plus ou moins forte sur l’effet de serre.

I.4.2. Les machines frigorifiques d’origine renouvelable

L’utilisation des énergies renouvelables dans ces dernières années est devenue une politique mondiale, cette politique a encouragé l’avancement et le développement des nouvelles sources d’énergie. Certains systèmes utilisent l’absorption et la désorption du fluide frigorigène pour avoir l’effet de refroidissement, mais ces systèmes ont besoin toujours d’une quantité de chaleur pour être activé, l’intéressent est que avec le développement des énergies renouvelables l’apport de chaleur pour ces systèmes est d’origine renouvelables, par exemple l’utilisation de l’énergie solaire.

I.4.2.1. Les machine à sorption

Contrairement à la climatisation électrique traditionnelle qui produit du froid en comprimant un fluide, dans les machines à sorption, la compression mécanique est remplacée par une compression thermique. Ces systèmes utilisent également un fluide frigorigène et ses changements de phase (liquide/vapeur) mais provoquent ces changements grâce à un apport de chaleur. Le fluide frigorigène est dans ce cas de l’eau mélangé avec un second composant. Si ce dernier est un liquide, on parle alors d'absorbant et de machine à absorption, si c’est un solide poreux, on parle alors d'adsorbant et de machine à adsorption.

L’eau chaude dont la température doit être comprise entre 65 à 80 °C permet au fluide réfrigérant de se vaporiser et de se séparer de l’adsorbant dans le premier compartiment avant de rentrer dans le cycle classique condenseur (condenser)/détenteur/évaporation (évaporateur) et de s’adsorber dans le second

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compartiment. Au fur et à mesure, le premier compartiment se vide de fluide frigorigène tandis que le second se remplit. Il suffit ensuite d’inverser le phénomène et ainsi de suite. Une machine frigorifique est énergétiquement efficace si elle demande peu d'énergie pour fournir une puissance frigorifique donnée. On évalue son efficacité par le calcul du coefficient de performance (COP) rapport entre la puissance frigorifique produite et la puissance fournie au compresseur. Dans le cas d'une machine frigorifique traditionnelle, la puissance fournie est électrique. Le COP d'une telle machine peut atteindre la valeur de 3 voire plus. Dans le cas d'une machine frigorifique à absorption, le COP thermique tourne autour de 0,7 ; celui d'une machine à adsorption varie entre 0,5 et 0,6.

Ces machines à sorption sont déjà répandues dans le secteur industriel car certains processus libèrent une chaleur importante dont il est possible de tirer une puissance frigorifique utile par ailleurs. Dans le secteur du bâtiment, l’idée est de coupler ces machines avec des panneaux solaires. La chaleur nécessaire pour séparer les deux produits proviendrait par conséquent de panneaux solaires thermiques.

I.4.2.2. Les machines à base d’hydrure

Avec le même principe de fonctionnement, les systèmes à base d’hydrure fonctionnent, sauf que le fluide frigorigène est l’hydrogène; les hydrures sont des alliages métalliques ont la possibilité d’absorption et la désorption d’hydrogène, ces deux phénomènes s’accompagnent avec un transfert de chaleur, la désorption est endothermique et l’absorption est exothermique. Pour rendre les systèmes à base d’hydrure des systèmes qui contribuent dans la protection d’environnement il faut activer l’hydrure par une quantité de chaleur d’origine renouvelable, par exemple le solaire. Concernant ce type de machine, il sera le sujet de cette étude, et on va présenter les différents hydrures utilisés, types de machine, principe de

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fonctionnement, et les performances de ces systèmes dans les chapitres qui se suivent.

I.5. Objectif du travail

L’objectif est de contribuer à l’étude de l’utilisation de l’hydrogène dans des applications résidentielles, dans la présente étude nous nous intéresserons au cas de ses utilisations dans les systèmes de chauffage et climatisation. Nous considérant le cas de la climatisation d’un local utilisant un système à base d’hydrure, l’étude se fait sur la forme la plus simple d’un système à base d’hydrure.

L’apport de chaleur est assuré par l’énergie solaire, plusieurs formes sont proposées, dans cette présente étude nous utilisons les collecteurs cylindroparabolique. Le système fonctionne entre trois température caractéristiques « Th, Tm et Tc », nous étudions l’influences de Th sur les performances du système spécialement le coefficient COP.

La présente étude est divisée en cinq chapitres. Dans le chapitre 2 nous allons présenter les hydrures et leurs caractéristiques et aussi les travaux réalisés avant. En chapitre 3 nous décrirons les composants du système et le principe de fonctionnement.

En

ce

chapitre

aussi

nous

faisons

une

modélisation

mathématique des deux parties du système, la partie du solaire avec le collecteur cylindro-parabolique, et la deuxième partie qui contienne les deux réservoirs d’hydrures. En chapitre 4 nous présenterons les résultats obtenues à l’aide du code de programmation Matlab ; et nous discuterons ces résultats, en chapitre 5 nous essayons de donner quelques remarques concernant la présente étude.

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