Depuis les rรฉvolutions industrielles, le monde entier se basait sur lโexploitation des sources dโรฉnergie fossiles telles que le pรฉtrole, le gaz naturel ou encore le charbon. Ces 3 ressources reprรฉsentaient, ร eux seuls, 80 % des รฉnergies consommรฉes dans le monde. Si on prend le cas du pรฉtrole, surnommรฉ lโor noir, sa consommation a augmentรฉ de 11 %aprรจs le premier choc pรฉtrolier (1973) jusquโ au dรฉbut des annรฉes 2000 en dรฉpit de lโaugmentation de son prix. Et on estime que cette consommation va encore augmenter de 30 ร 40 % ร lโhorizon 2030 en dรฉpit de sa production qui est ร son sommet en ce moment. [1] Mais รฉtant des รฉnergies fossiles, leur utilisation provoque une รฉmission de CO2 dans la nature. Ce qui constitue la principale cause de propagation des Gaz ร Effet de Serre (GES) dans notre atmosphรจre (GES).Pour Madagascar, les coรปts du pรฉtrole et du gaz naturel sont trรจs onรฉreux, ce qui rend encore leur utilisation hors portรฉe des mรฉnages locaux. Cโest pourquoi la plupart des populations, bien que ruraux ou urbains, utilisent le charbon de bois notamment pour lโรฉnergie domestique. Ainsi, Madagascar est parmi les pays les plus exposรฉs au rรฉchauffement climatique. Pour remรฉdier ร cela, on doit tourner vers des nouvelles sources dโรฉnergies, dites renouvelables et qui prรฉservent lโenvironnement terrestre. Nous pouvons citer, entre autres, lโรฉnergie solaire, lโรฉolienne, la gรฉothermique, la marรฉe motrice ou encore la biomasse. En ce qui concerne Madagascar, on possรจde un peu de tous les potentiels de ces nouveaux types dโรฉnergie mรชme si cโest le solaire qui prรฉdomine vu notre position gรฉographique. Le soleil รฉtant une รฉtoile ayant une source dโรฉnergie colossale, lโhomme essaie de lโexploiter au fil de son histoire en lโutilisant pour diffรฉrentes raisons, ร savoir la cuisson, le sรฉchage dans les civilisations archaรฏques. Mais plus tard, on lโexploite pour produire de lโรฉlectricitรฉ mรชme si son coรปt dโexploitation est nettement supรฉrieur ร ceux dโautres sources dโรฉnergie malgrรฉ son abondance.
Laboratoire Thermodynamique Thermique et Combustion
Ce mรฉmoire a รฉtรฉ rรฉalisรฉ dans le Laboratoire de Thermodynamique, Thermique et Combustion (LTTC) de la Mention Physique et Applications du Domaine Sciences et Technologies de lโUniversitรฉ dโAntananarivo oรน nous avons fait notre stage de fin dโรฉtude en partenariat avec le Laboratoire dโรnergรฉtique de lโInstitut pour la Maรฎtrise de lโรnergie (IME) de lโUniversitรฉ dโAntananarivo Le Laboratoire LTTC est lโun de sept (07) laboratoires de recherche de la Mention Physique et Applications du Domaine Sciences et Technologies de lโUniversitรฉ dโAntananarivo. Diffรฉrentes activitรฉs de recherche y sont effectuรฉes. Mais de maniรจre gรฉnรฉrale, ledit laboratoire permet aux รฉtudiants et chercheurs de rรฉaliser leur projet de fin dโรฉtude et de dรฉvelopper leurs travaux de recherche. Ce laboratoire est placรฉ sous la responsabilitรฉ par Madame RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo Professeur Titulaire ร lโUniversitรฉ dโAntananarivo.
Arduino
Prรฉsentation dโArduino
Arduino est un projet crรฉรฉ par une รฉquipe de dรฉveloppeurs composรฉe de six individus : Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti. Cette รฉquipe a crรฉรฉ le ยซย systรจme Arduinoย ยป. Cโest un outil qui va permettre aux dรฉbutants, amateurs ou professionnels de crรฉer des systรจmes รฉlectroniques plus ou moins complexes.
But et utilitรฉ
Le systรจme Arduino nous donne la possibilitรฉ d’allier les performances de la programmation ร celles de l’รฉlectronique. Plus prรฉcisรฉment, nous allons programmer des systรจmes รฉlectroniques. Le gros avantage de l’รฉlectronique programmรฉe : c’est qu’elle simplifie grandement les schรฉmas รฉlectroniques et par consรฉquent, le coรปt de la rรฉalisation, mais aussi la charge de travail ร la conception d’une carte รฉlectronique. L’utilitรฉ est sans doute quelque chose que l’on perรงoit mal lorsque l’on dรฉbute, mais une fois que lโon est rentrรฉ dans le monde d’Arduino, on est fascinรฉ par l’incroyable puissance dont il est question et des applications possibles.
Applications
Le systรจme Arduino nous permet de rรฉaliser un grand nombre de choses qui ont une application dans tous les domaines. Effectivement, l’รฉtendue de l’utilisation d’Arduino est gigantesque. Nous avons quelques exemples de ses utilisations :
โขย Contrรดler les appareils domestiques,
โขย Fabriquer son propre robot,
โขย Faire un jeu de lumiรจres,
โขย Communiquer avec l’ordinateur,
โขย Tรฉlรฉcommander un appareil mobile (modรฉlisme).
Avec Arduino, nous pouvons faire des systรจmes รฉlectroniques tels qu’une bougie รฉlectronique, une calculatrice simplifiรฉe, un synthรฉtiseur, etc. Tous ces systรจmes sont conรงus avec pour base une carte Arduino et un panel assez large de composants รฉlectroniques.
Outils Arduino
ร prรฉsent, nous allons expliquer ยซ l’utilisation ยป du systรจme Arduino et voir comment il se prรฉsente. Il est composรฉ de deux choses principales qui sont : le matรฉriel et le logiciel. Avec ces deux outils rรฉunis, il nous est possible de faire n’importe quelle rรฉalisation, une fois que son fonctionnement est clair. Il s’agit d’une carte รฉlectronique basรฉe autour d’un microcontrรดleur Atmega du fabricant Atmel.
Constituants de la carte
Les composants importants de la carte Arduino sont tels que :
โข Microcontrรดleur : le cerveau de la carte (1). Cโest lui qui va recevoir le programme crรฉรฉ en le stockant dans sa mรฉmoire pour lโexรฉcuter par la suite. Grรขce ร ce programme, il va savoir faire des choses qui peuvent consister ร : faire clignoter une LED, afficher des caractรจres sur un รฉcran, envoyer des donnรฉes ร un ordinateur, etc.
โข Alimentation : pour fonctionner, la carte a besoin d’une alimentation. Le microcontrรดleur fonctionnant sous 5V, la carte peut รชtre alimentรฉe en 5V par le port USB (2) ou bien par une alimentation externe (3) qui est comprise entre 7V et 12V. Cette tension doit รชtre continue et peut, par exemple, รชtre fournie par une pile 9V. Un rรฉgulateur se charge ensuite de rรฉduire la tension ร 5V pour le bon fonctionnement de la carte.
โข Visualisation : les trois ยซย points blancsย ยป entourรฉs en rouge (4) sont en fait des LEDs dont la taille est de l’ordre du millimรจtre. Ces LEDs servent ร deux choses : celle tout en haut du cadre est connectรฉe ร une broche du microcontrรดleur et va servir pour tester le matรฉriel. Quand on branche la carte au PC, elle clignote quelques secondes. Les deux LEDsen bas du cadre servent ร visualiser l’activitรฉ sur la voie sรฉrie (une pour l’รฉmission et l’autre pour la rรฉception). Le tรฉlรฉchargement du programme dans le microcontrรดleur se faisant par cette voie, on peut les voir clignoter lors du chargement.
โข Connectique : la carte Arduino ne possรฉdant pas de composants qui peuvent รชtre utilisรฉs pour un programme, mis ร part la LED connectรฉe ร la broche 13 du microcontrรดleur, il est nรฉcessaire de les rajouter. Mais pour ce faire, il faut les connecter ร la carte. C’est lร qu’intervient la connectique de la carte (en 5a et 5b). Par exemple, on veut connecter une LED sur une sortie du microcontrรดleur. Il suffit juste de la connecter, avec une rรฉsistance en sรฉrie, ร la carte, sur les fiches de connections de la carte. Cette connectique est importante et a un brochage qu’il faut respecter. C’est avec cette connectique que la carte est ยซย extensibleย ยป et l’on peut y brancher tout type de montage et de module Par exemple, la carte Arduino Uno peut รชtre รฉtendue avec des shields, comme le ยซ Shield Ethernet ยป qui permet de connecter cette derniรจre ร internet.
โขย Logiciel : le logiciel permet de programmer la carte Arduino.
รnergie solaireย
Origineย
L’รฉnergie solaire est ร l’origine des cycles de l’eau, du vent et de la photosynthรจse rรฉalisรฉe par les vรฉgรฉtaux dont dรฉpend le rรจgne animal via les chaรฎnes alimentaires. Le Soleil est ร l’origine de la plupart des รฉnergies sur Terre ร l’exception de l’รฉnergie nuclรฉaire et de la gรฉothermie profonde. Les conditions rรฉsidantes au cลur du Soleil favorisent lโinteraction des diffรฉrents atomes dโhydrogรจne qui subissent une rรฉaction de fusion thermonuclรฉaire. Le rรฉsultat de ce processus, lorsquโil se rรฉpรจte, est la fusion de quatre noyaux dโhydrogรจne en un noyau dโhรฉlium avec รฉmission dโรฉnergie sous forme de rayonnements gamma et X. Chaque seconde, 564 millions de tonnes dโhydrogรจne se transforment en 560 millions de tonnes dโhรฉlium, cette diffรฉrence de 4 millions de tonnes par seconde correspond ร la diffรฉrence dโรฉnergie de liaison entre les protons dโhydrogรจne et ceux dโhรฉlium donnant une รฉnergie sous forme de rayonnement, estimรฉe ร 3.7.10ยฒโถJ/s, [9].
Caractรฉristiques particuliรจresย
Lโรฉnergie solaire est la seule source dโรฉnergie externe de la Terre ET elle prรฉsente les propriรฉtรฉs suivantes
โข Elle est universelle, sa densitรฉ de puissance maximale est de 1kW/m2 ร midi par ciel bleu sur toute surface terrestre.
โข La densitรฉ de puissance maximale reรงue au niveau du sol (1kW/m2 ) est peu dense, on parle alors dโรฉnergie diffuse.
โข Elle est abondante, notre planรจte reรงoit plus de 104fois lโรฉnergie que lโhumanitรฉ consomme par jour.
โข Elle est intermittente et variable ร cause de lโalternance du jour et de la nuit, des variations saisonniรจres et quotidiennes de lโensoleillement.
โข Lโรฉnergie reรงue par une surface donnรฉe nโest pas rรฉcupรฉrable en totalitรฉ ceci est dรป aux pertes dโรฉnergie sous formes conductrice, convective ou rayonnante.
โขย Elle est propre.[9].
Ressource solaire
L’รฉnergie solaire vient de la fusion nuclรฉaire qui se produit au centre du Soleil. Elle se propage dans le systรจme solaire et dans l’Univers essentiellement sous la forme d’un rayonnement รฉlectromagnรฉtique de photons et dโun rayonnement infrarouge. Le rayonnement solaire global quotidien moyen en kWh/mยฒ pendant l’annรฉe au maximum est dโenviron1900kWh/mยฒ par an, [7].
Transferts thermiquesย
Conduction (diffusion thermique)ย
Nous distinguons les deux exemples suivants :
โขย Cuillรจre mรฉtallique dont une extrรฉmitรฉ est plongรฉe dans de lโeau bouillante,
โขย Dรฉperdition de chaleur ร travers une fenรชtre en plein hiver.
Dans ces deux cas, le transfert thermique considรฉrรฉ a lieu ร travers un milieu matรฉriel macroscopiquement au repos et cโest au niveau microscopique que le transfert dโรฉnergie sโeffectue de proche en proche. On parle de conduction (ou diffusion) thermique. Les mรฉtaux sont bons conducteurs thermiques (cela est dรป aux รฉlectrons libres qui participent ร lโรฉchange microscopique dโรฉnergie). Le bois, le verre, la laine de verre sont des solides mauvais conducteurs de la chaleur (et sont isolants รฉlectriques). Les liquides et les gaz prรฉsentent รฉgalement une conductivitรฉ thermique, beaucoup plus faible dans le cas des gaz. La diffusion thermique, au mรชme titre que la diffusion de particules et la conduction รฉlectrique, sont des exemples de ยซ phรฉnomรจnes de transport ยป.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
Chapitre 1 : THERMOCOUPLE, DS1820 ET ARDUINO UNO
1.1Laboratoire Thermodynamique Thermique et Combustion
1.2Arduino
1.2.1.Prรฉsentation dโArduino
1.2.2.But et utilitรฉ
1.2.3.Applications
1.2.4.Outils Arduino
1.3Capteurs de tempรฉrature
1.3.1.DS18B20
1.3.2.Thermocouple Max
1.4Montage thermocouple, DS1820 et Arduino Uno
1.4.1.Thermocouple Max
1.4.2.Test
Chapitre 2 : THERMIQUE SOLAIRE ET CUISEUR SOLAIRE
2.1.Soleil
2.1.1Caractรฉristiques du soleil
2.1.2Prรฉsentation gรฉnรฉrale du soleil
2.2.รnergie solaire
2.5.1Origine
2.5.2Caractรฉristiques particuliรจres
2.5.3Ressource solaire
2.5.4Gisement solaire en Afrique
2.3.Transferts thermiques
2.3.1Conduction (diffusion thermique)
2.3.2Convection thermique
2.3.3 Rayonnement thermique
2.4.Thermique solaire
2.5.Cuiseur solaire
2.5.1Dรฉfinition
2.5.2Principe de cuiseur solaire
2.5.3Diffรฉrents types de cuiseur solaire
Chapitre 3 : CONCEPTION DโUN CUISEUR SOLAIRE
3.1 Matรฉriels de construction
3.2 Outils physico-mathรฉmatiques
3.3 Construction
3.3.1.Concentrateur
3.3.2.Support en bois
3.3.3.Traverses
3.3.4.Fixateur
3.3.5.Panneau ร marmite
3.3.6.Schรฉma du montage
3.4 Rรฉsultats
3.4.1 Etude du point foyer
3.4.2 Prรฉlรจvement de donnรฉes
3.5 Analyse de donnรฉes
3.6 Calcul du rendement
3.7 Discussions
CONCLUSION GENERALE