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Université Mohamed khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie G

Université Mohamed khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie Génie mécanique MÉMOIRE DE MASTER Domaine : Sciences et Techniques Filière : Génie Mécanique Spécialité : énergétique Présenté et soutenu par ; Achraf SAYAD Jury : Pr. Noureddine MOUMMI Pr. Université de Biskra Président Dr. Adnane LABED MCB. Université de Biskra Rapporteur Dr. Salah GUERBAI MCB. Université de Biskra Examinateur Année universitaire : 2019/2020Titre Etude expérimentale d’un échangeur eau-air dans la région de Biskra ; Utilisation de la géothermie pour la climatisation des habitats. Sommaire Dédicace .................................................................................................................................................. i Remerciements ..................................................................................................................................... ii Nomenclature....................................................................................................................................... iii Liste des figures et les tableaux ....................................................................................................... iv Résumé .................................................................................................................................................. vi Introduction générale .........................................................................................................................1 Chapitre I : Généralités sur la géothermie I.1. Introduction .....................................................................................................................................4 I.2.Principe..............................................................................................................................................4 I.3.Avantages/inconvénients ................................................................................................................5 I.4.La Géothermie dans l’avenir ..........................................................................................................6 I.5. Les différents types de géothermie ..............................................................................................6 I.5.1. la géothermie haute énergie........................................................................................................6 I.5.2. la géothermie moyenne énergie .................................................................................................7 I.5.3. la géothermie de basse énergie ..................................................................................................7 I.5.4. la géothermie de très basse énergie ...........................................................................................8 I.6. La géothermie en Algérie ..............................................................................................................8 Chapitre II : Les échangeurs de chaleur ; Rôles et Principes II.1. Introduction ................................................................................................................................. 12 II.2. Définition ..................................................................................................................................... 12 II.3. Principal but et fonctions d’un échangeur thermique ............................................................ 13 II.4. Les différents types d’échangeurs thermiques ........................................................................ 15 II.5. Fonctionnement général d’un échangeur thermique .............................................................. 17 II.6. Critères de performance d’un échangeur ................................................................................ 18 II.7. Critère sur les exigences d’étanchéité de l’échangeur et les risques de fuite des fluides . 18 II.8. Conclusions ................................................................................................................................. 19 Chapitre III : Résultats et discussions III.1. Introduction .............................................................................................................................. 21 III.2. Description des échangeurs .................................................................................................... 21 III.3. Résultats et discussions ............................................................................................................ 22 III.3.1. Chauffage d’air ...................................................................................................................... 22 III.3.2. Refroidissement d’air ............................................................................................................ 27 III.3.3. Efficacités des Echangeurs ................................................................................................... 34 III.4. Conclusion ................................................................................................................................. 36 Conclusion général ..................................................................................................................... 37 Bibliographie ....................................................................................................................... 39 i DEDICACES Ce mémoire est dédié à mes chers parents qui m’ont encouragée et soutenue tout au long de mon travail de recherche et de mes études. Sans leur affection et patience je n’aurais jamais pu mener à terme ce mémoire. Mon affection et mon attachement s’adressent également à : Ma sœur Maroua en témoignage de son sacrifice, de ses conseil et de encouragement continus qu’elle a consentis pour ma réussite. J’espère par ce modeste travail avoir répondu à leur souhait de me voir réussir dans la voie que j’ai choisie. Mes deux frères Mekki et Salim En témoignage de l’effort qu’ils ont déployé pour m’aider, me renforcer et me donner de l’espoir, qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude et affection à mes chères amies : Ibrahim, Imad, Soheib, Islam, Abderahman et tous mes amis. ii Remerciements Mes remerciements les plus sincères s’adressent à mon encadreur ; Monsieur Adnane LABED de m’avoir soutenue et encouragé. Je suis très reconnaissant pour la pertinence de ses conseils et ses explications qui ont contribué à l’amélioration de mes connaissances. Je le remercie, particulièrement, pour la patience qu’il a eue à mon égard et pour le temps qu’il m’aconsacré. Je remercie aussi Mr. Abderrahmane Chettir pour son assistance durant toutes les étapes de ce travail. Mes remerciements sont adressés aussi aux membres de jury, pour avoir l’extrême gentillesse de bien vouloir évaluer ce travail, sans oublier l’ensemble des enseignants du département de Génie Mécanique ainsi que le staff administratif du département et le staff technique du Hall technologique. iii Nomenclature C Celsius (Unité de température) KWh Kilo watt heure (Unité de puissance) M mètre (Unité de longueur) CO2 Dioxyde Carbonne Km Kilo mètre (Unité de longueur) PAC Pompe à chaleur KJ Kilo Jule (Unité de quantité de la chaleur) Kg Kilo gramme (Unité de masse) G La gradient géomètre T Température ᵶ Profondeur BHT Botton Hol Température COER Centre de développement des énergies renouvelables MW Méga Watt (Unité de puissance) CTA Centrale de traitement d’air LMTD La différence de température moyenne logarithmique VMC Ventilations mécaniques contrôlées DESP Directive des équipements sous pression COP coefficient de performance iv Liste des figures et des tableaux Chapitre I Les figures Figure 1 Principe de la géothermie. Figure 2 Schéma expliquant la géothermie à haute énergie. Figure 3 Schéma expliquant la géothermie à basse énergie. Figure 4 La géothermie à très basse énergie. Figure 5 Carte géothermique du Sud algérien. Les tableaux Tableau 1 Comparaison entre la géothermie et les autres énergies. Tableau 2 Principales Caractéristiques physico-chimiques de quelques sources thermales du Nord de l’Algérie. Chapitre II Les figures Principe de travail d’un échangeur Chapitre III Les figures Figure 1 Schémas des échangeurs utilisés ; a) à quatre (04) tubes, b) à six (06) tubes Figure 2 Variation de la différence de température en fonction du débit d’air. Figure 3 Variation de la différence de température en fonction du débit d’air (Ech. a 06 tubes). Figure 4 Variation de la différence de température en fonction du débit d’air (Ech. a 08 tubes). Figure 5 Variation de la différence de température en fonction du débit d’air pour les trois échangeurs. Figure 6 Variation de la différence de température en fonction de la longueur pour trois débits différents. Figure 7 Variation de la différence de température de l’air en fonction du débit (échangeur à quatre tubes). Figure 1 v Figure 8 Variation de la différence de température de l’air en fonction du débit (échangeur à six tubes). Figure 9 Variation de la différence de température de l’air en fonction du débit (échangeur à huit tubes). Figure 10 Variation de la différence de température de l’air en fonction du débit pour les trois échangeurs. Figure 11 Variation de la différence de température en fonction de la longueur pour trois débits différents. Figure 12 Variation du COP en fonction du débit pour les trois échangeurs (chauffage) Figure 13 Variation du COP en fonction du débit pour les trois échangeurs (rafraichissement) Les photos Photo 1 Echangeur à 4 tubes (chauffage) Photos2 Echangeur à 6 tubes (chauffage) Photos 3 Echangeur à 8 tubes (chauffage) Photos 4 Echangeur à 4 tubes (refroidissement) Photos 5 Echangeur à 6 tubes (refroidissement) Photos 6 Echangeur à 8 tubes (refroidissement) vi الملخص هذا العمل يهدف إليجاد حل تكنولوجي جديد الستغالل احد و من اهم المصادر الطاقوية في شرق وجنوب الجزائر والتي .تتمثل في استغالل المياه السطحية والجوفية، الساخنة والباردة التي تكاد تكون غير مستغلة ال سيما في الجانب الطاقوي ولهذا اقترحنا استعمال محول حراري مغمور داخل حوض من المياه السا خ نة/الباردة لتسخين/تبريد الهواء داخل البنايات أو ،المنشآت السكنية حيث تسم ح .لنا هذه التقنية بتقليل استهالك الطاقة ال سيما المستعملة في التدفئة/التبريد اظهرت النتائج التجريبية لهذه الدراسة أن الطاقة المكتسبة من هذا الحل التكنولوجي تتناسب وطول المحول الحراري، حيث ترتفع درجة حرارة الهواء بزيادة طول هذا األخير، وقد يتجاوز ال فارق الحراري المكتسب الـ20 درجة وهذا ما يؤكد .النجاعة التقنية للحل المقترح Résumé Ce travail consiste à étudier la faisabilité d’une nouvelle solution technologique pour l’exploitation de l’un des plus importants gisements énergétique dans l’East et le sud Algérien ; il s’agit des sources d’eau et des nappes dont les eaux chaudes et froides des forages et des sources naturelles. Ces sources, forages et les stations thermales sont mal exploitées de point de vue thermique. Pour cela nous avons proposé d’utiliser un échangeur immergé dans un réservoir et de faire souffler l’air ambiant à travers cet échangeur dans un habitat pour le chauffer/rafraichir. Cette solution technologique va permettre de diminuer la consommation électrique du chauffage/climatisation des habitats et surtout ceux des stations thermale. Les résultats expérimentaux réalisés en utilisant deux réservoirs alimentés par deux forages, chaud et froid, ont montré que le gain d’énergie est en fonction de la longueur de l’échangeur. Ce gain peut atteindre jusqu'à 20°C entre l’entré et la sortie de l’échangeur, ce qui fait que la solution proposée est très faisable de point de vue technique. 1 Introduction générale Le Sud algérien est un vaste territoire dont le potentiel géothermique est contenu dans les bassins sédimentaires des zones continentales stables. Les ressources géothermiques sont principalement de basse énergie. Afin de déterminer les régions d’intérêt géothermique, les cartes de gradient géothermique de flux de chaleur sont établies. Les forages pétroliers et hydrauliques qui traversent le territoire saharien indiquent bien que dans certaines régions, les eaux sont très chaudes, ces constatations nous permettent de considérer le Sahara algérien comme favorable à la production de l’énergie géothermique. Si le potentiel géothermique du Nord algérien est bien déterminé, pour le Sud algérien une étude détaillée s’avère nécessaire pour l’évaluation du potentiel géothermique. Dans la région de Biskra, l’aquifère du continental intercalaire se présente sous forme d’une nappe artésienne, et elle constitue la plus grande réserve d’eau souterraine dans le Sahara algérien. Cette nappe est surmontée par celle du complexe terminal qui se présente sous forme d’une nappe libre [1]. Les températures les plus élevées enregistrées sont 98 C à Guelma et 118 C à Biskra, située dans la partie Sud-Est du pays. En termes de production d'énergie, l'énergie géothermique interne a été estimée, par le CDER, pour fournir un potentiel de 700MW (plus le flux de l'exploitation de la plate-forme albienne avec le débit total des sources d'eau chaude). Cependant, ces sources d'eau chaude ne sont malheureusement uploads/Geographie/achraf-sayad.pdf