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République algérienne démocratique et populaire ا ﻟﻌﻠﻤ ﻲ ــــ ﻟﺒﺤ ا ﺚ ــ و ا ﻟﻌ

République algérienne démocratique et populaire ا ﻟﻌﻠﻤ ﻲ ــــ ﻟﺒﺤ ا ﺚ ــ و ا ﻟﻌﺎﻟ ﻲـ ﻢ ــﻌﻠﯿ ـﻟﺘ ا وزارة Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique ﺗﻤﻮﺷﻨﺖ ﻟﻌﯿﻦ ا ﻟﺠﺎﻣﻌﻲ ا ﻟﻤﺮﻛﺰ Centre Universitaire Belhadj Bouchaib d’Ain-Temouchent Institut des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique Projet de fin d’études Pour l’obtention du diplôme de Master en : Domaine : SCIENCE ET TECHNOLOGIE Filière : GENIE MECANIQUE Spécialité : MECANIQUE ET ENERGETIQUE Thème Présenté le: 16-06-2019 Par:  BENZINA Mohammed  TRIKI Malika Devant le jury composé de: Président: Examinateur: Encadreur: Mr.Beloufa Mohamed amine Année universitaire 2018/2019 Etude des performances mécaniques et énergétiques d'un moteur d'automobile à hydrogène Remerciement Nous remercions le bon DIEU qui nous a aidé dans nos pas, qui nous a donné le courage et la volonté pour continuer nos études. Nous tenons expressément et chaleureusement à remercier nos parents pour leur soutien et leurs encouragements tout au long de nos études Nous tenons particulièrement à remercier le professeur MR Beloufa Mohamed amine pour l’attention qu’il a apporté à notre travail. Il a encadré ce mémoire avec une grande rigueur scientifique et a répondu à nos demandes faisant preuve d’une grande disponibilité Il est également très agréable de remercier toutes personnes ayant participées de prés ou de loin à la réalisation de ce travail. Enfin, nous exprimons nos remerciements à l'ensemble des enseignants de Génie mécanique, Dr.BENZNINE Hamidou, DR.OUDED, DR.BOUAFIA, Mr.GUENDOUZ Ainsi que tous les autres, Qui on contribué à notre formation de master Dédicace J’ai le plaisir de dédie ce mémoire à : Mes parentes qui ont œuvés pour ma réussite pour tous leurs sacrifices, leur amour, leur tendresse, et leurs prières tout au long de mes études, merci pour les valeurs nobles, l’éducation et le soutien constant de vous. A ma chère famille BENZINA pour leurs encouragements permanents et leur soutien moral tout au long de mon parcours universitaire. A tous mes collègues et mes amis chacun son nom. A tous l’équipe de la formation de génie mécanique énergétique chacun son nom. BENZINA Dédicace Je dédie ce modeste mémoire de fin d’étude : A ma mère, mon père et mes grands-parents Aucune dédicace ne saurait exprimer mon respect et mon amour Pour l’amour que vous me portez depuis mon enfance. A mes frères et sœurs et à toute ma famille TRIKI. A tous mes chers collègues de Centre Universitaire Belhadj Bouchaib d’Ain-Temouchent Et à tous les enseignants Pour ses conseils et son aide constante tout au long de ma vie scolaire. A tous nos amis. A notre pays l’Algérie. TRIKI Résumé Dernièrement, des moteurs à hydrogène ont connu une évolution remarquable grâce à leur rendement exceptionnel bien que l’hydrogène est un gaz inflammable et explosif. La déformation du bloc moteur à cause des grandes températures de fonctionnement et des contraintes thermomécaniques est un défi pour les constructeurs de ce type de moteurs. L’objectif principal de notre travail est de déterminer le matériau convenable qui peut résister à l’impact des températures et des contraintes thermomécaniques élevées. L’analyse thermomécanique du bloc moteur à l’aide d’un logiciel éléments finis ANSYS-Workbench nous permis de trouver le matériau le plus convenable. Notre analyse a montré que l’utilisation de la fonte grise minimise les contraintes thermomécaniques et la propagation des températures dans les temps (combustion, échappement, compression). Abstract Lately, hydrogen engines have undergone a remarkable evolution thanks to their outstanding performance although the hydrogen is an inflammable and explosion gas. The deformation of the engine bloc because of the high temperatures of functioning of the engine and the thermo mechanical stresses it is a challenge for the builders of this type from engines. The main objective of our work is to determinate the suitable material which can resist against the impact of the high temperatures and the high thermo mechanical stresses. The thermo mechanical analysis of the engine bloc using ANSYS-Workbench finite element software has allowed us to find the suitable material. Our analysis is showed us that the utilization of the grey font is reduce the thermo mechanical stresses and the distribution of the temperatures in times (combustion, exhaust, compression). ملخص ،أخﯿﺮا عﺮفﺖ ﻣﺤﺮﻛﺎت اﻟهﯿدروجﯿﻦ ﺗطﻮرا ﻣﻠﺤﻮظﺎ بفضل ﻣﺮدودهﺎ اإلسﺘثﻨﺎئﻲ بﺎﻟﺮغﻢ ﻣﻦ أن اﻟهﯿدروجﯿﻦ هﻮ غﺎز سﺮيع اإلﺷﺘﻌﺎل وﻣﺘفﺠﺮ. ﺗشﻮه ﻛﺘﻠة اﻟﻤﺤﺮك بسﺒب اﻟﺤﺮارة اﻟﻤﺮﺗفﻌة إلﺷﺘغﺎل اﻟﻤﺤﺮك و اﻟضغﻮط اﻟﻤﯿكﺎنﯿكﯿة اﻟﺤﺮارية هﻮ ﺗﺤدي بﺎﻟﻨسﺒة ﻟﻠﻤصﻨﻌﯿﻦ ﻟهذا اﻟﻨﻮع ﻣﻦ اﻟﻤﺤﺮﻛﺎت. اﻟهدف اﻟﺮئﯿسﻲ ﻟﻌﻤﻠﻨﺎ هﻮ ﺗﺤديد اﻟﻤﺎدة اﻟﻤﻨﺎسﺒة اﻟﺘﻲ ﺗسﺘطﯿع اﻟﻤقﺎوﻣة ضد ﺗأثﯿﺮ اﻟﺤﺮارة اﻟﻤﺮﺗفﻌة و اﻟضغﻮط اﻟﻤﯿكﺎنﯿكﯿة اﻟﺤﺮارية اﻟﻌﺎﻟﯿة . اﻟﺘﺤﻠﯿل اﻟﻤﯿكﺎنﯿكﻲ اﻟﺤﺮاري بﻤسﺎعدة ANSYS-Workbench بﺮنﺎﻣج اﻟﻌﻨﺎصﺮ،اﻟﻤﺤدودة سﻤح ﻟﻨﺎ بإيﺠﺎد اﻟ ﻤﺎدة اﻟﻤﻨﺎسﺒة . ﺗﺤﻠﯿﻠﻨﺎ بﯿﻦ ﻟﻨﺎ أن إسﺘﻌﻤﺎل اﻟﺰهﺮ اﻟﺮﻣﺎدية يقﻠل ﻣﻦ اﻟضغﻮط اﻟﻤﯿكﺎنﯿكﯿة اﻟﺤﺮارية و إنﺘشﺎر اﻟﺤﺮارة فﻲ أوقﺎت (اإلحﺘﺮاق، إنﺒﻌﺎث اﻟغﺎزات اﻟﻤﺤﺘﺮقة، )اإلنضغﺎط. SOMMAIRE Remerciement ………………………………………………………………………………….ii Dédicace……………………………………………………………………………………….iii Résumé………………………………………………………………………………………...v SOMMAIRE…………………………………………………………………………………vii LISTE DES FIGURES………………………………………………………………………xi LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………………..xiv NOMENCLATURE…………………………………………………………………………xv INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………………….1 CHAPITRE I………………………………………………………………………………….3 Différents types de moteurs………………………………………………………………….3 Introduction…………………………………………………………………………………..4 1. Les moteurs à combustion interne………………………………………………………4 1.1. Moteur diesel………………………………………………………………………...4 1.1.1. Histoire………………………………………………………………………...4 1.1.2. Définition du moteur diesel……….…………………………………………..5 1.1.3. Cycle théorique diesel…………………………………………………………5 1.1.4. Principe de fonctionnement…………………………………………………..6 1.1.5. La consommation et le rendement d’un moteur diesel……………………..8 1.1.6. Les avantages et les inconvénients…………………………………………...8 1.2. Moteur essence……………………………………………………………………..9 1.2.1. Histoire………………………………………………………………………...9 1.2.2. Définition……………………………………………………………………..10 1.2.3. Cycle théorique de Beau de Rochas (4temps)…………………………...…10 1.2.4. Principe de fonctionnement…………………………………………………11 1.2.5. La consommation et le rendement………………………………………….11 1.2.6. Avantages et inconvénients………………………………………………….12 1.3. Moteur GPL………………………………………………………………………...12 1.3.1. Histoire……………………………………………………………………….12 1.3.2. Définition……………………………………………………………………..13 1.3.3. Principe de fonctionnement…………………………………………………13 1.3.4. La consommation et le rendement………………………………………….13 1.3.5. Avantages et inconvénients………………………………………………….14 1.4. Moteur à hydrogène……………………………………………………………...14 1.4.1. Histoire……………………………………………………………………….14 1.4.2. Définition……………………………………………………………………..15 1.4.3. Principe de fonctionnement de moteur à hydrogène………………………16 1.4.4. Le rendement du moteur à hydrogène et son consommation……………..16 1.4.5. Avantages et inconvénients………………………………………………….16 1.5. Moteur hybride……………………………………………………………………..18 1.5.1. Histoire……………………………………………………………………….18 1.5.2. Définition……………………………………………………………………..18 1.5.3. Principe de fonctionnement…………………………………………………18 1.5.4. Les différents types d’hybridation………………………………………….18 1.5.5. Les différents types de montages……………………………………………20 1.5.6. Avantages et inconvénients de chaque montage…………………………...22 1.5.7. La consommation et le rendement………………………………………….23 1.5.8. Avantages et inconvénients………………………………………………….23 2. Moteur électrique………………………………………………………………………..24 2.1. Histoire…………………………………………………………………………….24 2.2. Définition …………………………………………………………………………24 2.3. Principe de fonctionnement……………………………………………………...25 2.4. Différents types de moteurs électriques…………………………………………25 2.5. Le rendement de moteur électrique et la consommation………………………29 2.6. Avantages et inconvénients………………………………………………………30 Comparaison entre les moteurs………………………………………………….30 Conclusion……………………………………………………………………………………34 REFERENCE………………………………………………………………………………..35 CHAPITRE II……………………………………………………………………………….36 Introduction………………………………………………………………………………….37 I/ l’hydrogène………………………………………………………………………………...37 1. Définition de l’hydrogène……………………………………………………………….37 2. Composition de l’hydrogène……………………………………………………………37 3. Les états de l’hydrogène………………………………………………………………...39 4. Les techniques de production…………………………………………………………...40 4.1. Production par vapo-reformage…………………………………………………..40 4.2. L’électrolyse de l’eau………………………………………………………………41 4.3. Production par nucléaire…………………………………………………………..42 4.4. Production à partir du charbon…………………………………………………...43 5. Stockage de l’hydrogène………………………………………………………………...43 6. Stations de ravitaillement en hydrogène……………………………………………….46 7. L’utilisation de l’hydrogène…………………………………………………………….47 8. L’hydrogène est une source d’énergie dangereuse à manipuler……………………..48 9. L’hydrogène est plus dangereux que les carburants traditionnels…………………..49 10. Avantage et inconvénients de l’hydrogène……………………………………………50 II/ Le moteur à hydrogène…………………………………………………………………..51 1. Définition…………………………………………………………………………………51 2. Différents types de moteurs à hydrogène………………………………………………51 2.1. Moteur à hydrogène thermique…………………………………………………...51 2.2. Moteur à hydrogène électrique avec pile à combustible………………………...53 3. Avantages et inconvénients……………………………………………………………..56 Conclusion……………………………………………………………………………………58 REFERENCE………………………………………………………………………………..59 CHAPITRE III………………………………………………………………………………60 Introduction………………………………………………………………………………….61 1. La conception du bloc moteur………………………………………………………61 2. Simulation du bloc moteur en ANSYS 15.0 (Workbench)………………………..62 3. Dimensionnement et géométrie du bloc moteur…………………………………...62 4. Propriétés des matériaux……………………………………………………………63 5. Maillage………………………………………………………………………………64 5.1. Les éléments utilisés dans ce maillage………………………………………...65 6. Moteur à 4 temps 1342………………………………………………………………66 7. Procédure de calcul thermomécanique…………………………………………….66 7.1. Les conditions aux limites thermiques………………………………………..67 7.1.1. La zone de refroidissement par le liquide de refroidissement………..67 7.2. Les conditions aux limites mécaniques………………………………………..71 REFERENCE………………………………………………………………………..74 CHAPITRE IV………………………………………………………………………75 Introduction………………………………………………………………………….76 I/ Acier standard…………………………………………………………………….76 A. Cas normal……………………………………………………………………….76 B. Cas accidentel……………………………………………………………………82 II/ Alliage d’aluminium 2024……………………………………………………….88 1. Température……………………………………………………………………..88 2. Flux de chaleur…………………………………………………………………..88 3. Déformation thermique…………………………………………………………89 4. Déformation totale équivalente…………………………………………………89 5. Contrainte équivalente (Von-Mises)……………………………………………90 6. Déplacement total………………………………………………………………..90 III/ Fonte grise……………………………………………………………………….92 1. Température……………………………………………………………………..92 2. Flux de chaleur…………………………………………………………………..92 3. Déformation thermique…………………………………………………………93 4. Déformation totale équivalente…………………………………………………93 5. Contrainte équivalente (Von-Mises)……………………………………………94 6. Déplacement total………………………………………………………………..94 Comparaison entre les 3 types de matériaux………………………………………96 CONCLUSION GENERALE………………………………………………………99 ANNEXE……………………………………………………………………………101 LISTE DES FIGURES Figure 1 : Le premier moteur diesel en 1897………………………………………………….5 Figure 2 : Représentation du cycle théorique du diesel……………………………………….5 Figure 3 : Les quatre temps de moteur diesel..………………………………………………..6 Figure 4 : Le cycle théorique…….…………………………………………………………....7 Figure 5 : Moteur essence……………………………………………………………..…….. 9 Figure 6 : Cycle théorique de Beau de Rochas pour un moteur à 4 temps…………………..10 Figure 7 : Principe de fonctionnement d’un moteur à essence………………………………11 Figure 8 : Moteur GPL……………………………………………….………………………13 Figure 9 : Moteur à hydrogène……………………………………………………………….15 Figure 10 : Les différents composants du système Start & Stop de la Citroën C3………..…19 Figure 11 : Fonctionnement de la motorisation semi- hybride……………..………………..19 Figure 12 : Schéma explicatif du montage en série………………………………….………21 Figure 13 : Schéma explicatif du montage en parallèle…………………………..………….21 Figure 14 : Schéma explicatif du montage série-parallèle…………………………………...22 Figure 15 : Roue de Barlow………………………………………………………………….24 Figure 16 : Charbons…………………………………………………………………………25 Figure 17 : Moteur à courant continu..………………………………………………………25 Figure 18 : Moteur électrique de type universel……………………..………………………26 Figure 19 : Moteur électrique asynchrone……………………………………...……………27 Figure 20 : Moteur électrique synchrone…………………………………………………….27 Figure 21 : Moteur à réluctance variable……………...……………………..………………28 Figure 22 : Moteur électrique de type pas à pas………………..……………………………28 Figure 23 : Moteur linéaire…………………………………………….…………………….29 Figure 24 : Diagramme de phase de l’hydrogène………..…………………………………..38 Figure 25 : L’hydrogène est le premier élément de la classification périodique…………….38 Figure 26 : Production d’hydrogène par vapo-reformage……………………………………41 Figure 27 : L’électrolyse de l’eau……………………………………...…………………….41 Figure 28 : Production à partir du charbon………………………………….……………….43 Figure 29 : Les bouteilles de stockage de l’hydrogène…………………..…………………..44 Figure 30 : Bouteille de l’hydrogène gazeux………………..……………………………….45 Figure 31 : uploads/Geographie/ memoire-benzina-mohamed-2019.pdf