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P a g e | 1 Sujet « AMELIORATION DU PROTOTYPE D’ÉLECTROLYSEUR DE MAKUWE JUNIOR

P a g e | 1 Sujet « AMELIORATION DU PROTOTYPE D’ÉLECTROLYSEUR DE MAKUWE JUNIOR POUR LA PRODUCTION D’HYDROGÈNE » P a g e | 2 Domaine de travail : ‘’Fabrication d’un objet technique ; Un électrolyseur’’ P a g e | 3 Introduction Lors des transformations que nous observons dans l’univers, il existe toujours une grandeur qui ne varie pas. Cette grandeur quantifie, une propriété abstraite qui peut prendre de multiples formes, c’est l’énergie.1 L’énergie dans l’univers, se transforme et se manifeste par ses effets. Elle existe depuis toujours et elle est indestructible. Il y a plusieurs manières de la produire et de la gérer. Ce qui nous intéresse c’est la produire d’une manière non polluante. L’hydrogène est l’un des composants du soleil. Il est rare sur Terre à l'état isolé, celui-ci est toujours associé à d’autres éléments chimiques. Faisant partie de la famille des énergies de demain, il doit être séparé d’autres éléments chimiques pour être utilisable. Jusqu’à présent sa production industrielle est basé sur la décomposition des combustibles fossiles. Cela fait qu’il devient non écologique, car sa production fait intervenir ; soit le rejet des gaz à effet de serre dans la nature, soit d’autres polluants. Les électrolyseurs produisent l’hydrogène à partir de l’eau ionisé, existent de plusieurs formes. Les amateurs et les professionnels, en fabriquent dans le but de faire des expériences ou aussi pour étudier comment l’hydrogène peut être produit proprement, car il sera notre combustible dans le futur, en remplacement du pétrole, du charbon et d’autres combustibles nocifs pour l’environnement Dans le même cadre, l’un de nos ainés scientifiques de l’Institut Supérieur des Techniques Appliquées de Kinshasa, avait étudié et réalisé un prototype d’électrolyseur, mais qui poser des difficultés sur le fonctionnement et aussi sur d’autres paramètres, qui nous poussent à essayer de refaire le modèle d’une autre manière, pour l’améliorer. Le matériel utilisé et la structure serons à modifier, pour avoir les résultats satisfaisant. Nous serons en collaboration avec monsieur MAKUWE Junior pour plus de détails sur son prototype. Après le constat du changement climatique, l’alternatif qui consiste à l’utilisation des énergies non polluantes et facile à gérer intervient ; elle est dite renouvelable. Les combustibles utilisés dans plusieurs domaines sont à grande partie soutirés des sources non renouvelables, ce qui fait que la communauté internationale, organise des réunions pour palier à l’utilisation des sources polluantes, en améliorant certains ou encore en utilisant carrément les sources alternatives non polluante ; telle que la pile à combustible pour l’alimentation des voitures électriques, l’hydrogène pour pas mal d’application, et d’autres gaz produit par des phénomènes bio. La plupart des sources renouvelables sont en cours d’amélioration vue leur rendement d’utilisation et 1 Énergie en grec ἐνέργεια, energeia, soit « activité », « opération ». P a g e | 4 de production qui est toujours inférieure à celui des sources non renouvelables. Cela a fait que monsieur MAKUHE Junior réalise un électrolyseur, mais qui malheureusement n’a pas fonctionné comme voulue. Quelle est le réel problème de l’électrolyseur de monsieur MAKUWE ; est-il possible de restructurer cet appareil pour avoir les objectifs poursuivis au départ ; A quoi ressemblera le nouveau model après amélioration ? Avec les études, des recherches et l’appui des professionnels en matière de fabrication des électrolyseurs, nous allons rechercher les causes réelles qui ont fait que ce prototype ne réponde pas à la demande voulue, par le concepteur. Nous allons restructurer et donner le design au prototype en modifiant la forme et le système qui fait défaut au fonctionnement. Nous allons chercher un électrolyte, qui sera meilleur ou soit utiliser le même électrolyte que monsieur MAKUWE, mais en observant le facteur de concentration du mélange électrolytique. La valeur du courant électrique d’alimentation, pourra aussi influencer la quantité du gaz produit. Donner la solution d’amélioration, permettra que le prototype soit fiable et présentable au département des énergies ou alors aux sponsors qui peuvent le lancer sur le marché industriel. Le profit principal de ce travail est d’améliorer le prototype déjà réalisé, par l’un des ingénieurs ressortissants de l’Institut Supérieur de Techniques Appliquées de Kinshasa N’dolo. Faire voir par expérience, combien l’énergie hydrogène peut-être transformée et exploité de différente manière, car quand on possède l’hydrogène en quantité considérable, il peut nous être utile de l’exploitation comme combustible dans la cuisson, la soudure au chalumeaux et même pour la propulsion automobile, ainsi que dans d’autre domaine que ça. L’industrialisation de tout appareil de la sorte, ne peut être lancé que si le model du prototype est fonctionnel, fiable et plus performent du point de vue économie d’énergie et aussi quand son cout de fabrication ne pas exagérer. Non seulement que le prototype peut être proposer au marché, mais il pourra aussi servir de matériel didactique aux étudiants qui viendront après nous. Nous voulons aussi que la production d’hydrogène, soit purement écologique. Avec l’électrolyse de l’eau, alimenter par une batterie qui à son tour sera chargé par un module photovoltaïque ou une source renouvelable. La lecture des livres, les recherches à l’internet et les expériences, nous aiderons à bien travailler. Etant intéressé par la production d’hydrogène, nous nous sommes rendu compte qu’il y a aussi d’autres qui y sont passer et qui ont croisé des difficultés. Nous allons modifier le système qu’ils ont mis en place et nous allons comparer résultat final par rapport au modèle de départ. P a g e | 5 Nous allons donner les explications en générale sur la production d’hydrogène et des explications en détail à ce qui concerne le domaine qui régit cette application scientifique entre autre en physique-chimie et en électrochimie. En final, nous passerons à une expérience basé sur la combustion du gaz produit avec de l’air atmosphérique. Chapitre 1: GÉNÉRALITÉ SUR LA PRODUCTION ET LE STOCKGE DE L’HYDROGENE 1.1. L’hydrogène et ses utilisations L’hydrogène est un élément chimique de numéro atomique Z égale 1. Son symbole chimique est H et sous sa forme biochimique H2, c’est un gaz inodore, incolore et inflammable. C’est le gaz le plus léger de tous. P a g e | 6 La combustion de l’hydrogène (H2) est particulièrement énergétique de façon qu’à quantité égale l’hydrogène libère environ trois fois plus d’énergie que l’essence. la production d'hydrogène débute avec les expériences de Cavendish en 1766. Mais avant lui, il y a des scientifiques qui ont trouver l’hydrogène sans le savoir. L'alchimiste Paracelse qui vivait au 16em siècle, trouve le gaz qui pour lui, il été comparable a l’air. un siècle plus tard, Robert Boyle, scientifique anglais d’origine irlandaise, l’un des premiers adeptes de la méthode scientifique et l’un des fondateurs de la chimie moderne, parvint à recueillir l’hydrogène, mais ne le distingua pas toujours de l’air ordinaire. En 1603, Théodore de Mayerne l’enflamma, et John Mayow, vers la fin du 17em siècle, le distingua de l’air. Enfin, au commencement du 18em siècle, Nicolas Lémery en constata aussi l’inflammabilité. Il donnant au gaz le nom de l’ai inflammable, car il était incolore et inodore mais inflammable. Ce gaz fut étudié par Cavendish, physicien et chimiste britannique, l’un des fondateurs de l’électrostatique. En 1766, il identifie l’hydrogène et détermine sa densité, il devient surtout célèbre pour sa découverte de la composition de l’eau.2 Il affirment que l’eau est constituée d’air déphlogistiqué c’est à dire l’oxygène associé au phlogistique3 qui est à la base de tous les combustible (hydrogène). En 1783, Antoine Lavoisier chimiste français découvre l’air inflammable de Cavendish, qu’il baptise hydrogène (du grec « formeur d’eau »), réagit avec l’oxygène pour former de l’eau. Le nom l’air inflammable est donc rester l’ancienne appellation de l’hydrogène. Théodore de Mayerne et Paracelse obtenaient l’hydrogène par la réaction d’huile de vitriol avec l’acide sulfurique diluée, versée sur le fer ou du zinc. L’exploitation du gaz naturel et surtout du pétrole au cours du 20em siècle a provoqué l’abandon de l’hydrogène. Il n’est quasiment plus utilisé dans le domaine de l’énergie, sauf comme carburant pour les fusées. L'hydrogène étant un gaz polyvalent, utilisé uniquement comme produit chimique dans le passé, actuellement utiliser aussi comme vecteur d'énergie. Les domaines couverts par son utilisation sont sommairement détaillés ci-après : 2 Cavendish, Henry (1731-1810), physicien et chimiste britannique, fondateur de l’électrostatique, Électricité 2 3 Article ; "phlogistique." Microsoft® Encarta® 2009 [DVD]. Microsoft Corporation, 2008. Substance hypothétique représentant l'inflammabilité, créée à la fin du 17 em siècle par les chimistes allemands Johann Becher et Georg Stahl pour expliquer le phénomène de combustion. P a g e | 7 - l'industrie chimique : l'application la plus importante est la fabrication de l'ammoniac (NH3), base de la fabrication des engrais; viennent ensuite les fabrications des amines4, du méthanol, de l'eau oxygénée et autres produits. - L’industrie pétrochimique : l’hydrogène est fortement consommé par ce dernier ; la plupart des raffineries sont équipées de systèmes de production d’hydrogène ; cet hydrogène est nécessaire dans les opérations d’hydrotraitement, tel que la désulfuration ou allègement d'hydrocarbures lourds ; - Le domaine de l’énergie et autre : l’hydrogène est également utilisé dans les secteurs de la pharmacologie ainsi que uploads/Industriel/ ameliaoration-du-prototype-de-juniore-makuhe-enregistre-automatiquement.pdf