thèse - Depot institutionnel de l`Universite Abou Bekr Belkaid

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAÏD DE TLEMCEN
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
UNITE DE RECHERCHE MATERIAUX
ET ENERGIES RENOUVELABLES (URMER)
THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR EN PHYSIQUE
Spécialité : Physique Energétique et Matériaux
Par
Mme Chafika ZIDANI
Sur le Thème
Conception et modélisation des systèmes photothermiques.
Applications aux systèmes photothermiques alimentés par
fibres optiques
Soutenue publiquement en Décembre 2012, devant le Jury composé de :
Président Pr. Nesr-Eddine CHABANE-SARI (Univ. Tlemcen)
Directeur de Thèse Pr. Boumédiène BENYOUCEF (Univ. Tlemcen)
Examinateurs : Pr. Michel AILLERIE (Univ. Metz)
Pr. Patrice BOURSON (Univ. Metz)
Pr. Abla CHAKER (Univ. Constantine)
Pr. Tayeb BENOUAZ (Univ. Tlemcen)

Remerciements
Cette Thèse a pu être réalisée         
 Belkaid de Tlemcen en Algérie.
Merci à mon Directeur de Thèse Boumediene 
de Tlemcen et Directeur de  Unité de Recherche Matériaux et Energies Renouvelables » (URMER),
pour avoir dirigé ma thèse et pour la confiance  pour mener à bien ce travail, et
également pour ces remarques pertinentes et constructives, ses conseils avisés et son soutien.
Nesr-Eddine CHABANE-
         « Unité de Recherche Matériaux et
Energies Renouvelables » (URMER) de présider le jury de thèse.
Tous mes remerciements vont également à Monsieur Michel AILLERIE et Monsieur
Patrice BOURSON, Professeurs      « Laboratoire Matériaux
Optiques, Photoniques et Systèmes LMOPS », 
   ratitude à Madame Abla CHAKER,    
Constantine, Directeur du « Laboratoire de Physique Energétique »,    
examinateur de cette Thèse.
Je remercie respectueusement Monsieur Tayeb BENOUAZ Professeur 
Tlemcen, Directeur du « Laboratoire du Physique Electronique et Modélisation »,  
travail.
Mes remerciements vont également aux nombreuses personnes qui ont participé de près
exprimer ici toute ma sympathie.
Je tiens à remercier sincèrement tous les membres de Matériaux et
Energies Renouvelables » (URMER) pour leurs encouragements.
Chafika ZIDANI

SOMMAIRE
Introduction Générale………..…………………………………………………………….……………………………..
Problématique…………………………………………………………………….……………………………………………..
Organisation du Travail……………………………….……….……………………….…………………………......
Références Bibliographiques…………………………..……………………..……..……………………………0
I.1. Introduction……………..…………….…………………………………………….……..………………..……….…..
I.2. Paramètres influençant le rayonnement solaire….………………………….………………...
I.2.1. Mouvement Terre  Soleil …….…………………………………………………….…………….……....
I.2.2. Mouvement de rotation…………………………………………………..…………………………….……..
I.2.3. Mouvement de translation………..…….…….…………….………………………………………….…...
I.2.4. Mouvement apparent du soleil……………………………………………………………………………...
I.2.5. Position du soleil……………………..……………………………………………………………………….....
I.2.6. Coordonnées équatoriales……….…..…..…………………………………………………………....…….
I.2.7. Coordonnées horizontales .…………..……………………………………………………………….…....
I..………..………..……….....
I.2.9. Coordonnées cartésiennes du soleil……………..……………………......………………………….
I.3. Capteur photothermique solaire……………………………………....………………..…….……..
I.3.1. ………………………...……………………………………........
………….……………………………….....……….…
I.3.3. Durée ……………………….……....…………………...
I.3.4. Durée du jour………………………………………………………………....…….………………………..…
I.3.5. Rayonnement solaire……………….………………………………………………......………………..….
I.3.5.1. Rayonnement solaire hors atmosphère……………………….……....…………..…...
I.3.5.2. Rayonnement solaire au sol …………….....………………………………………..……..
I.3.6. Concentration du rayonnement ……………….……………………………………....………………….
I.3.6.1. Valeur limite de la concentration………….……………………………....………..….
I.3.6.2. Concentration maximale théorique……………………………………....…………….
………………………………..…………………....……….…….
I.3.7. Energie solaire photothermique…………………..…………….……………………....…..…....….
I.3.7.1. Notions sur la transmission de la chaleur…………………....…..........................
I.3.7.2. Fluide caloporteur…………………………………………………..………....…………...…...
I.3.8. Effet de masque……………………………..…………………………………..…………....….………….….
I.3.9. A…………....…..……....……..
I.3.9.1. Chauffage des piscines……………………………………………………....…………....…..
CHAPITRE I
PARAMETRES INFLUANÇANT L’ENERGIE SOLAIRE
PHOTOTERMIQUE
INTRODUCTION GENERALE
7
8
8
8
8
9
10
11
12
13
13
13
13
15
15
16
17
18
19
20
20
20
22
23
23
27
28
30
30
1
3
3
5

I.3.9.2. Eau chaude sanitaire par voie solaire…….………….…….…………………….…......
I.3.9.3. Chauffage solaire des habitations………………………….………………...……….......
I.3.9.4. Distillation solaire……………………………………………..………………………….….....
I.3.9.5. Réfrigération solaire………………..………….…………………...………………………......
I.3.9.6. Cuisinière solaire……..……………………………………………...………………….….…....
I.3.9.7. Four solaire……………………………………………………..……………...……….…….......
I.3.9.8. Centrales solaires thermodynamiques……………......…………………………..…....
I.4. Conclusion………………………………..…………….…………………………………………….……….....….......
Références Bibliographiques…………………..………..………………………….……………………….….....
II.1. Introduction……………………………………………………….……..….………….……………………………....
II.2. Principaux matériaux utilisés en photothermique….……………………...……..….....
II.3. Capteur solaire……………………..…………….………………….…………………....…….………………....
II.3.1. Capteurs solaires plans.……………………………………………………….....….………………........
II.3.1.1. Couverture transparente……………………………………………………………….….....
II.3.1.2. Absorbeurs……………………………………………………………..….……….……….........
II.3.1.3. Isolation……………………………………………………………….……………..…………......
II.3.1.4. Intérêt des surfaces sélectives…………………………………………………………….....
……………………………..…….....
II.3.2. Systèmes solaires à concentrations………………………………………………………….....….....
II.3.2.1. Avantages et les inconvénients des systèmes à concentration
comparés aux capteurs plans...……….………………………..………........…….......
II.3.2.2. Dispositifs de la concentration du rayonnement solaire………………….…......
II.3.2.2.1. Système à récepteur central …………………………………….……….......
II.3.2.2.2. Systèmes à collecteurs distribués……………………………..…………......
II.4. Fibres optiques………………………………….……………………………..…..…….….……………..........
II.4.1. Fibres optiques en PMMA..…………………….…………………...…….……………….....……......
II.4.2. Fibres optiques en Silice…………………………………………………………....………..………......
II.5.Conclusion…………………………………………………………………………………….………………….…….....
Références Bibliographiques………………………………………………………………………………….…....
III.1. Introduction…………………………….…………………………………………………………………………......
III.2. Présentation des études antérieures…………………….……..….…………………………….....
III.2.1. Caractérisation des systèmes…………………………………………………………………………......
III.2.2. Eclairage solaire…………………………………………………………………………………………….....
CHAPITRE II
LES ELEMENTS ESSENTIELS DES SYSTEMES
PHOTOTERMIQUES
CHAPITRE III
ETUDE THEORIQUE ANALYSES DES SYSTEMES
ALIMENTES PAR FIBRES OPTIQUES
39
40
40
40
41
42
44
46
49
49
49
51
51
52
55
56
57
58
59
61
62
62
66
30
31
32
32
33
34
34
36
37

III.2.3. Chirurgie solaire…………………………………………………..…………………...……………….…....
III.2.4. Photobioréacteurs, la production d'hydrogène et réactions photochimiques…….....
III.2.5. Production d'énergie solaire………………………………..………….………………………………....
III.2.6. Laser de pompage solaire…..………………………………………………………….……………….....
III.3. Conclusion……………………………………………………..…………………………..………………...…….....
Références Bibliographiques………………………………………………………………………………..…......
IV.1. Introduction …………………………………………………………………………………………………………....
IV.2. Modélisation d’énergie incidente………………………….……………………………………….....
…………….……………………………………....
IV.2.2. ………......…................………....... .
…………………………………………………………….……....
………………………………………………………….………….....
……….……………………………….………………………....
IV.3. Modélisation du transport d’énergie solaire concentrée par des
Fibres optiques……………………………………………………………………………………………………....
IV.3.1. Description du système du TESC par un câble à fibres optiques…….….……………....
IV.3.2. Description du système du TESC par une fibre optique…………….……………………....
IV.4. Modélisation d’un four solaire alimenté par fibres optiques…………..……......
IV.4.1. Dispositif proposé………………………………………………………………………………………….....
IV.4.2. Bilan énergétique du récepteur ……………………………………………………………………….....
IV.4. Conclusion ………………………………………..……………………………………………..…………….……....
Références Bibliographiques…………..…………………………………….………………………….………....
V.1. Introduction…………………………………………………….…………………………………………..…....
V.2. Données météorologiques……………………………………………………………………………..........
V.2.1. Energie incidente horaire………………………………………….………………………………….........
rée du jour …………………………………………………….…………......
V.2.3. Variation de la température ambiante…………………………………………………………..…......
V.3. Course du soleil………………………………………………………………………..………..……………........
V.3.1. Coordonnées du soleil……….…..…………………………..……….………………………….….…......
………………………………………………………………………………………..........
67
68
72
76
77
78
CHAPITRE IV
MODELISATION DES SYSTEMES
PHOTOTHERMIQUES
CHAPITRE V
RESULTATS ET DISCUSSIONS
101
102
102
103
105
106
106
108
83
84
84
85
86
86
86
87
92
93
95
95
97
98
99