Soutenance mémoire
Nous vivons sur une Planète dont l’abondance de richesses est réelle, mais limitée. Les ressources énergétiques font partie de ces biens que nous utilisons tousjours sous diverses formes : nos repas, le transport que nous utilisons et le confort dont nous bénéficions. Pourtant, la situation actuelle mondiale en ressource énergétique nous invite à réfléchir profondément sur notre habitude de consommer souvent abusivement. A Madagascar l’Énergie la plus employée est le bois à énergie. Mais quand nous apprenons par diverses statistiques que nos forêts disparaissent petit à petit, on se demande si, un jour nous serons contraints à importer les bois à énergie comme le pétrole, l’essence et le gaz.
Rappels des théories générales de la thermodynamique classique
Un seul atome dans un récipient a un mouvement décrit par les lois de la mécanique générale (relativiste ou non).Si, au contraire on a affaire à un ensemble d’atomes en nombre impressionnant (de l’ordre de 10²³ ou plus), les lois de la mécanique restent valables, certes mais en plus apparaissent deux concepts nouveaux :
-la température thermodynamique T (ou température absolue)
-la pression P
C’est la thermodynamique qui est la science étudiant ce genre de phénomène. Pour ce faire, elle énonce deux principes fondamentaux :
-Le premier principe qui traduit mathématiquement la conservation de l’énergie du système.
-Le second principe qui précise le sens des transformations se produisant réellement.
La température caractérise le degré de chaleur d’un corps. C’est une grandeur traduisant la sensation de chaud et de froid.
On peut apprécier la température d’un corps au toucher par comparaison de la température de la main avec la température du corps considéré. Si un corps est perçu comme «chaud » c’est que sa température est plus élevée que celle de la main. Il en est de même pour la notion de froid. La température est plus précisément la mesure de l’agitation moléculaire de la matière .Au zéro absolu (0°K soit -273°C) cette agitation cesse d’exister. La température est mesurée au moyen de thermomètres de différents types : thermomètre à dilatation de liquide, à résistance électrique, thermocouple … La pression est la force exercée par le fluide par unité de surface. Elle s’exprime en pascale (Pa=1N/m2) ou en bar (1bar=100 000 Pa) La pression atmosphérique est variable d’un lieu à l’autre selon les conditions météorologiques ou l’altitude .Elle est d’environ 1bar absolu. La pression relative d’un gaz est sa pression au dessus de la pression atmosphérique. La pression absolue est la pression comptée à partir du vide absolu. La plupart des manomètres mesurent la pression relative, d’autres la pression absolue Lorsqu’on parle de pression de fonctionnement, il s’agit toujours d’une pression relative.
Chaleur et transfert de chaleur
a) Chaleur :
● Chaleur sensible : c’est l’énergie thermique correspondant au changement de température d’une substance.
● Chaleur latente : c’est l’énergie dégagée ou absorbée lors d’un changement d’état d’une substance pure, à température et pression constantes Elle n’est pas perceptible par les aptitudes sensorielles de l’être humain. C’est pour cela qu’elle est appelée chaleur latente ou cachée.
● L’enthalpie est la mesure de l’énergie totale d’un fluide : chaleur sensible + chaleur latente.
Elle est fonction de la pression et de la température de ce fluide. Ce fluide peut fournir du travail par abaissement de sa pression et de la chaleur par abaissement de sa température. Son enthalpie diminue alors la chaleur sensible, la chaleur latente et l’enthalpie sont exprimées en joules (J).
b) Transfert de chaleur :
La chaleur se déplace toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.
● Conduction : transfert de chaleur au sein d’un corps solide
● Convection : transfert de chaleur par mouvement d’un fluide
● Rayonnement : transfert d’une chaleur d’un corps à une autre, par ondes électromagnétiques, à travers l’espace qui les sépare.
Paramètres d’état Equation d’état d’ un gaz parfait
a) Quelques définitions
● La thermodynamique est l’étude d’échange d’énergie quels que soient la forme et l’échange de la matière et son mode de transmission
Exemple : On chauffe de l’eau jusqu’à l’ébullition à l’aide de charbon
Echange d’énergie : soit calorifique , soit mécanique. Échange de la matière : c’est l’eau.
● Le système est l’ensemble de corps limité par une surface fermée ou ouverte
Exemple : Salle de classe contenant 30 étudiants
● Le milieu extérieur est l’ ensemble de corps extérieur à cette surface.
● Le système est isolé s’il n’y a aucun échange aussi bien de l’énergie que de la matière avec le milieu extérieur
Exemple : Thermos
● Le système est fermé lorsqu’il y a échange d’énergie et uniquement d’énergie et non de la matière avec le milieu extérieur
Exemple : l’air est fermé dans une pompe à bicyclette
● 19Le système est ouvert s’il y a échange de la matière et d’énergie avec le milieu extérieur
● La transformation adiabatique est une transformation sans échange de chaleur avec l’extérieur .
b) Paramètres d’états
Les paramètres d’état sont des grandeurs qui servent à connaître l’état thermodynamique et qui sont définis par un certain nombre de variables qui dépendent de la nature de corps constituant le système.
On peut distinguer deux catégories de paramètres d’état.
– Paramètres d’états extensifs
Dépendent de la quantité de matière constituant un système : la masse, le volume, le nombre de mole des composés ; les paramètres d’état extensifs ont la propriété additive.
– Paramètres d’états intensifs
ne dépendent pas de la quantité de la matière constituant un système et ont la même valeur dans toutes les parties de même phase, à savoir la température , la pression , la concentration .Ces paramètres d’état intensifs n’ont pas de propriétés additive .
c) Expression de la quantité de chaleur lors de transformation
CLAUSIUS a proposé trois formes d’expression de la chaleur échange entre un système et le milieu extérieur dans une transformation qui fait passer de l’état initial a l’état final selon le couple de variables indépendantes choisies (P,V) ;(T ,P) et (V, T) .
-Couple (T, V) :
δQ=Cv dT+ldV (I-3)
-Couple (T, P)
δQ=CpdT+hdP (I-4)
-Couple (P,V)
δQ= λdP+µdV (I-5)
avec l, h , u , λ :les coefficients calorimétriques
Cp : chaleur spécifique (ou capacité calorifique) à pression constante .
Cv : chaleur spécifique (ou capacité calorifique) à, volume constant .
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : Rappels des théories générales de la thermodynamique classique
I-1) Premier principe de la thermodynamique
I-2 Second Principe de la Thermodynamique
I-3 Diagrammes – Changement de phase
Chapitre II : gaz de Bosons et de Fermions en transformation adiabatique
II1) Rappels de physique statistique
II-2) Gaz de particules élémentaires identiques
II-3) Propriétés relatives aux gaz de particules
II-4) Transformation adiabatique
Chapitre III : Principe et technique de la frigorification classique
III-1) Le Fluide
III-2) Production de froid par compression de vapeur
III3) Fluides frigorigènes
III- 4) Chemin frigorifique à compression
Chapitre IV : Le Vent
IV-1) Généralité
IV-2) Caractère du vent
IV-3) Le régime des vents à Madagascar
Chapitre V : Principe et montage de la frigorification par un système éolien
V-1) Considération théorique de la réalisation
V-2) Choix des matériaux et dimensionnement
V-3) Fonctionnement
V-4) L’utilisation de l’énergie éolienne
V-5) Pour l’installation du capteur
Chapitre VI : Mesures des températures de frigorification en fonction du temps
VI-1)Principe de la détente classique d’un gaz parfait dans le vide
VI-2) Principe de frigorification par un système éolien
VI-3) Mesure de température dans le volume VO en fonction du temps
VI-4) Résultats des mesures et leur interprétation
CONCLUSIONS GÉNÉRALES
