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Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II (2017)

Développement, test et modélisation d’un système solaire à haute température muni d’un support de stockage d’énergie pour la cuisson domestique intérieure

MBODJI Ndiaga

Titre : Développement, test et modélisation d’un système solaire à haute température muni d’un support de stockage d’énergie pour la cuisson domestique intérieure

Auteur : MBODJI Ndiaga

Université de soutenance : Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II

Grade : Doctorat 2017

Résumé
L’objectif principal de cette thèse est de concevoir, de construire, de tester, de modéliser, d’analyser financièrement et d’évaluer l’impact environnemental d’un système solaire à haute température destiné à la cuisson domestique qui est doté d’un support de stockage d’énergie afin de permettre une utilisation intérieure et en continue. Le système est constitué principalement d’une parabole avec un mécanisme de suivi sur deux axes, tapissée de miroirs qui reflètent les rayons solaires incidents et les concentrent sur un point focal où se trouve le récepteur, et d’un ballon de stockage. Les tests ont été effectués durant les périodes du 24 avril au 10 juillet 2014 et du 15 mai au 18 juin 2015, à Rabat (33°53’ N, 6°59’ O) sous un ciel clair, et sous une température ambiante moyenne de 24 °C. Les résultats en circuit fermé avec le premier dispositif expérimental ont montré que l’utilisation de l’eau comme fluide de transfert donne une température maximale de 97 °C. Le coefficient global des pertes de chaleur est de 17.6 W m-2 °C-1. Les rendements énergétique et exergétique sont de 29.0 à 2.4% et de 0.1 à 0.5%, respectivement. L’utilisation de l’huile synthétique comme fluide de transfert donne une température maximale de 153 °C. L’ajout d’une vitre sur la face avant de l’absorbeur et l’utilisation d’un système de suivi solaire automatique sur deux axes améliorent la température maximale de 15 °C et de 13 °C, respectivement. La température maximale du ballon de stockage en circuit ouvert avec le deuxième dispositif expérimental en utilisant l’huile synthétique est de 75 °C. Un modèle dynamique basé sur les bilans énergétiques a été développé, et les équations des modèles ont été résolues en utilisant la méthode explicite des différences finies. Il donne la répartition détaillée de la température avec l’espace à une dimension en utilisant les résistances thermiques. La comparaison entre les températures prédites avec le modèle et celles mesurées montre un bon accord avec une erreur relative de ±4.4%. Les effets des paramètres importants de conception et de fonctionnement du système sont également analysés. Les résultats ont révélé que l’augmentation de 50 W m-2 du rayonnement solaire maximal journalier augmente la température du ballon de stockage de 4 °C, et une augmentation de la réflectance ou de l’absorptance du récepteur de 5% améliore la température du ballon de stockage maximale de 3.6 °C et de 3.9 °C, respectivement. L’optimisation du rapport d’aspect du récepteur à 2 donne une température du ballon de stockage maximale de 85 °C. Les augmentations du débit massique du fluide de transfert de 0 à 18 kg h-1, ou de l’isolation thermique du récepteur de 0.01 à 0.08 m améliorent la température du ballon de stockage maximale de 65 °C et de 17 °C, respectivement. À l’échelle du ménage, l’analyse financière a montré que les temps de retour des cuiseurs solaires directs varient de 3.8 à 9.9 années pour le butane non subventionné et de 0.6 à 10.3 années pour le bois de feu selon les rendements et le prix. Les temps de retour des cuiseurs solaires indirects varient de 7.9 à 15.5 années pour le butane non subventionné et de 1.2 à 15.9 années pour le bois de feu. À l’échelle nationale, la subvention à hauteur de 50% des cuiseurs solaires au profit du butane par l’Etat donne des temps de retour d’environ 8.7 années pour la cuisson solaire directe avec un taux de pénétration de 50% en milieu rural, et de 12.1 années pour la cuisson solaire indirecte avec des taux de pénétration de 75% en milieu rural et de 25% en milieu urbain. Sur le plan écologique, les quantités de CO2 non émises et les surfaces de forêt épargnées seraient respectivement de 1.1 Mt et de 10 000 ha pour la cuisson solaire directe et de 4.7 Mt et de 38 000 ha pour la cuisson solaire indirecte, annuellement.

Présentation Revue Marocaine des Sciences Agronomiques et Vétérinaires

Page publiée le 20 janvier 2018