Etude du transfert thermique en régime dynamique fréquentiel

De tout temps l’être humain a toujours eu besoin de se sentir protéger contre les méfaits de la révolution industrielle (machinisme) qui a été à l’origine d’une élévation du taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère et entraînant entre autres produits une dégradation terrible de notre environnement . Pour minimiser ce danger on doit favoriser l’utilisation de produits naturels aux dépens d’autres issus de l’industrie de produits synthétiques même si ces derniers s’avèrent être de très bon isolants thermiques. Ainsi nous proposons l’utilisation du Kapok, laine issue du kapokier de son nom fromager au Sénégal, comme isolant thermique. En effet, nous avons choisi en r apport avec nos préoccupations d’améliorer l’isolation thermique à partir de produits naturels, de traiter le thème « Etude du transfert thermique en régime dynamique fréquentiel : application au kapok » .

PRESENTATION DU KAPOK

ORIGINE DU KAPOK

Le Kapok est originaire d’Amérique centrale et Amérique du sud (dont Bolivie, Brésil, Équateur, Guatemala, Guyane française, Mexique, Nicaragua, Surinam, Pérou,Venezuela) et propagé dans le reste du globe dans les forêts primaires ou secondaires en zones tropicales humides, dans les milieux humides côtiers ou zones de savanes, se rencontre en Asie du sud-est ( Birmanie, Cambodge,Inde, Laos, Sri Lanka, Pakistan, Vietnam), Australie et îles Océan Indien et Pacifique (Madagascar, Mayotte), Afrique de l’ouest (Cameroun, Congo, Côte d’Ivoire, Guinée, Niger, Sénégal, Togo..). Au Sénégal, le Kapok existe dans les régions du c entre du pay s (Thiés et Fatick) et dans la région naturelle de la Casamance.

FAMILLE VEGETALE

Le kapok, en malais (Le malais est une langue de la branche malayopolynésienne des langues austronésiennes.) kapuk, est une fibre végétale que l’on tire du kapokier ou fromager de l’espèce Ceiba pentandra. Cette fibre très légère a pour caractéristique son imperméabilité et son imputrescibilité. Elle est constituée par les poils fins et soyeux recouvrant les graines du kapokier ou fromager (Ceiba pentandra), grand arbre des zones tropicales, originaire de Java et de la famille des Bombacacées. Sous le nom de Ceiba, cet arbre est symbolique dans la mythologie maya.

Dans les paragraphes suivants, nous donnons l’intérêt du kapok dans l’évolution de notre société. Quelques avantages et inconvénients du kapok. sont ainsi mis en exergue compte tenu de l’utilisation dans la société.

AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU KAPOK

LES AVANTAGES

DANS LE CADRE DU MOBILIER

Les lits ont connu des formes et des tailles différentes. Les premiers sont faits d’un empilement de paille. L’emploi du sommier, qui n’était au départ qu’un simple treillis de branches entrelacées, tend à se généraliser. On en trouve à lattes, à ressorts, à treillis de toile. Si la forme des lits a suivi les modes et styles, la nouveauté consiste surtout à employer de nouveaux matériaux. L’emploi du fer et de l’acier concurrence le bois et le cuivre et permet en outre la fabrication de ressorts hélicoïdaux ou à boudins qui augmentent le confort du couchage. Le coton prend une place prépondérante pour les draps et les enveloppes de couettes ou de matelas. Accessoirement, le kapok remplit duvets et matelas bon marché. À partir de 1900, avec l’introduction des fibres de viscose (fibranne, mais aussi rayonne ou soie artificielle) les fibres synthétiques tendent à prendre une place prépondérante. Nous présentons dans le paragraphe suivant le kapok comme antihydrocarbure.

KAPOK ANTI- HYDROCARBURE

Le kapok est un filtre naturel. Pour prouver que le kapok est le meilleur antihydrocarbure, il a été des comparaisons avec des matières lui ressemblant, comme la bagasse (La bagasse est le résidu fibreux de la canne à sucre qu’on a passée par le moulin pour en tirer le suc. Elle est composée principalement par la cellulose de la plante.) Et la fibre de coco (fibre qui recouvre la noix de coco, fruit du cocotier). Si les expériences donnent des résultats intéressants, seul le kapok ne se gorge pas d’eau et garde donc que des hydrocarbures. Avec une petite quantité de kapok, nous parvenons à purger un canal. Il faut en effet 300g de kapok pour retirer tout l’hydrocarbure répandu sur un petit canal, (10 g de kapok peut absorber 50 ml d’hydrocarbures). Le dispositif décrit ci-après per met de retirer les hydrocarbures des eaux polluées. Deux barres en plastiques agencées en forme de la lettre V avec le kapok qui se trouve dans un gr and panier à l ‘angle de c et objet. On place le tout dans les courants d’eau et , pour éviter les vagues, nous utilisons des jacinthes d’eau qui stoppent le courant. Ainsi, les nappes d’hydrocarbures vont naturellement se déposer dans les paniers remplis de kapok… Face à la recrudescence des marées noires, cette initiative tombe à point. Ainsi le kapok peut jouer un rôle très important dans le cadre de la protection de l’environnement.

L’ISOLATION THERMIQUE

Les techniques pour faire du froid dans les pays chauds utilisent soit du gaz soit de l’énergie solaire photovoltaïque dont l’électricité produite sert à faire fonctionner un frigo économe mais classique. Grâce à l’utilisation de la chaleur du soleil, un frigo solaire a été mis au point où le phénomène d’absorption désorption qui permet de faire du froid à partir du chaud fonctionne sans électricité directement. Ce procédé utilise du méthanol et un charbon actif et nécessite l’ouverture et la fermeture d’une vanne deux fois par jour pour que cela marche. Le prototype a ét é fabriqué avec des artisans locaux en Afrique, à par tir de matériaux disponibles, en particulier le kapok compressé pour l’isolation. Ce procédé sans matériel Sophistiqué permet d’obtenir du froid à bas prix.

Cette étude nous a permis de présenter dans la première partie le Kapok. Une situation géographique des zones où le kapokier peut être trouvé a été donnée. Les avantages et inconvénients du kapok sont étudiés. Le Kapok est aussi présenté comme isolant thermique.

En perspective, une étude plus exhaustive du transfert de c haleur peut être envisagée en déterminant certains paramètres thermophysiques. L’étude à trois dimensions peut être aussi envisagée. Enfin, cette méthode pourrait être utilisée pour caractériser des matériaux d’un point de vue thermique à partir de l’analogie électrique thermique.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE PRESENTATION DU KAPOK
I. INTRODUCTION
II. ORIGINE DU KAPOK
III. FAMILLE VEGETALE
IV AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU KAPOK
IV.1 LES AVANTAGES
A – DANS LE CADRE DU MOBILIER
B- KAPOK ANTI- HYDROCARBURE
C- L’ISOLATION THERMIQUE
VI-2 LES INCONVENIENTS
V. CONCLUSION
DEUXIEME PARTIE ETUDE THERMIQUE
I. INTRODUCTION
II. ETUDE DU TRANSFERT DE CHALEUR
II.1 SCHEMA DU DISPOSITIF D’ETUDE
II.2 EXPRESSIONS DE LA TEMPERATURE ET DU FLUX DE CHALEUR
II.2 EVOLUTION DE LA TEMPERATURE
a) EN FONCTION DE LA PROFONDEUR
b) EN FONCTION DU COEFFICIENT D’ECHANGE THERMIQUE A LA FACE AVANT
II.3 EVOLUTION DU FLUX DE CHALEUR
a) EN FONCTION DE LA PROFONDEUR
b) EN FONCTION DE LA PROFONDEUR POUR DE FAIBLES FREQUENCES EXCITATRICES
III. IMPEDANCE DYNAMIQUE
III.1 EQUIVALENCE ELECTRIQUE-THERMIQUE
III.2 IMPEDANCE DYNAMIQUE DU MATÉRIAU
a) EXPRESSION
b) DIAGRAMMES DE BODE
IV. COCLUSION
CONCLUSION GENERALE