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-Bououdnine abd el maoula -Addaoui aymen -Bouziane Abdelrazak Encadreur : Melle

-Bououdnine abd el maoula -Addaoui aymen -Bouziane Abdelrazak Encadreur : Melle Toualbia Asma 2020/2021 الــجــمـــھــوریـــة الجــزائــریــة الد یمــقــراطـیـــة الـشــعــــــبـیة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE البـحـث العــلـم ي و العالي وزارة التـعلیم MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université Hassiba Benbouali de Chlef (U.H.B.C) Faculté de Technologie Département d’Electrotechnique Projet sur : La récupération de l’énergie thermique via l’effet thermoélectrique Licence -Présenter par: 1 Remerciements Nous tenons profondément à remercier tout d’abord ''الله '' l’unique qui a permis que ce travail voie la lumière. En second lieu, nous tenons à remercier notre encadreur mademoiselle Toualbia Asma, pour son précieux conseil et son aide durant toute la période du travail .Surtout pour l’orientation, la confiance, la patience qui ont constitué un apport considérable sans .lequel ce travail n’aurait pas pu être menée au bon port. Qu’il trouve dans ce travail un hommage vivant a sa haute personnalité. Nos remerciements s’étendent également au chef du département « Mr. mestfaoui ». Nous tenons à exprimer nos sincère remerciements à tous les professeurs qui nous ont enseigné et qui par leurs compétences nous ont soutenu dans la poursuite de nos études En fin, on remercie tous ceux qui ont, de près ou de loin, contribué à la réalisation de ce travail. 2 Dédicace Je dédie ce modeste travail Surtout à mes parents, mes soeurs(Hiba et nabila) Mes collegues (Sadek-mohammed-rafik-youcef-bilal-abdelkarim) Mes voisins (said –yakoub-omar-souhaib-ayoube-youcef-sofiane-khaled- oussama-yazide-khalil) À mes oncles, tantes, cousins et cousines Bououdnine abd elmaoula 3 Listes des figures Chapitre I: Généralités sur la Thermoélectricité Figure.I.1Premier dispositif expérimental décrit par Seebeck Figure.I. 2.Effet Seebeck. Figure.I. 3.Effet Peltier. Figure.I.4.Schéma de principe de l’effet Thomson Figure.I.5.Radio alimentée par un module thermoélectrique (a), four à bois avec module Figure.I. 6Applications de refroidissement à base de modules thermoélectriques : (a) réfrigérateur portable, (b) siège automobile Figure.I. 7Générateur (A) et refroidisseur (B) thermoélectriques Figure.I.8.Représentations de générateur thermoélectrique équipant des prototypes de véhicule Figure.I. 9.Constitution Générateur thermoélectrique (GTE) Figure.I. 10.Architecture d’un moteur thermique Figure.I.11.Organes mobiles. Figure.I. 12.Architecture mécanique d’un moteur Alternatif à 4 cylindres Figure.I.13.Schéma d’un moteur essence Figure.I. 14.Schéma d’un moteur diesel Figure.I. 15.Renomer la figure ici Figure.I. 16.Renomer la figure ici2 Figure.I.17.Bilan énergétique d’un véhicule Figure.I. 18.Schéma de véhicule en appliquant générateur thermoélectrique [17]. Figure.I. 19.Application du générateur thermoélectrique (TEG) dans automobile [17]. Figure.I. 20.Représentation schématique d’un générateur Figure.I. 21.Variation schématique des propriétés de transport des solides en fonction de la concentration de porteurs de charge à température ambiante. Figure.I. 22.Schéma d'un module thermoélectrique 4 Chapitre II: MODÉLISATION ET SIMULATION D’UN GÉNÉRATEUR THERMOÉLÉCTRIQUE Figure.II. 1 Schéma d’une cellule thermoélectrique Figure.II. 2.Schéma d’un Module thermoélectrique. Figure.II. 3.Représentation schématique d’un générateur thermoélectrique. Figure.II. 4.Schéma électrique équivalent d’une module thermoélectrique (modèle de Thévenin) Figure.II. 5. Schéma électrique équivalent d’une module thermoélectrique (modèle de Norton) Figure.II. 6.La caractéristique courant-tension et la caractéristique puissance-tension d’un module Figure.II. 7.Caractéristique courant-tension et puissance tension résultante d’un groupement en série et en parallèle des modules identiques Figure.II. 8.caractéristique courant –tension et puissance –tension d’un module TE pour différentes valeur de gradient de température Figure.II. 9.influence de la résistance interne sur la caractéristique I=f(V) et P=f (V) d’un générateur thermoélectrique 0 Chapitre III: SYSTEME THERMOÉLÉCTRIQUE UTILISÉ POUR LA RÉCUPÉRATION DE LA CHALEUR PERDUE PAR L’ÉCHAPPEMENT Figure.III .1.Convertisseur Continu-Continu. Figure.III 2.Schéma équivalent du hacheur dévolteur (Buck) [32]. Figure.III 3.Circuit électrique de base du hacheur survolteur/dévolteur. Figure.III 4.Circuit électrique du hacheur Boost Figure.III 5.Circuits équivalents de Boost, (A) : S fermé, (B) : S ouvert Figure.III 6.Schéma de principe MPPT Perturb & Observ Figure.III 7.Renomer3 Figure.III 8.Organigramme de l’algorithme perturbation et observation. Figure.III 9.Photo d'une batterie au plomb d’automobile (12V) Figure.III 10.Vue éclatée d'une batterie de démarrage. 5 Figure.III 11.Circuit équivalent de la batterie Figure.III 12.Schéma bloc de GTE-MPPT-Hacheur-Charge. Figure.III 13.Caractéristique courant-temps . Figure.III 14.Caractéristique tension-temps d’une charge résistive d’une charge résistive Figure.III 15. Caractéristique puissance-temps d’un GTE Figure.III 16.Caractéristique courant-temps Figure.III 17.Caractéristique tension- temps d’une batterie d’une batterie Figure.III 18.Caractéristique puissance-temps d’un TEG Figure.III 19.Caractéristique courant-temps d’une charge R-L Figure.III 20.Caractéristique tension temps d’une charge R-L Figure.III 21Caractéristique puissance-temps ’un GTE. 6 Sommaire Chapitre I: Générateur Thermoélectrique Introduction ......................................................................................................................................... 1 La Thermoélectricité .................................................................................................................. 8 2 Evaluation d’un matériau thermoélectrique ............................................................................ 9 2.1 Les effets thermoélectriques ............................................................................................................................ 9 2.1.1 Effet Seebeck ........................................................................................................................................... 9 2.1.2 Effet Peltier ............................................................................................................................................ 12 2.1.3 Effet Thomson ....................................................................................................................................... 13 2.2 Application de la thermoélectrique ................................................................................................................ 14 2.2.1 Application en mode « génération de courant » .................................................................................... 14 2.2.2 Application en mode « réfrigération » ................................................................................................... 15 2.3 Conversion d’énergie par l’effet thermoélectrique ........................................................................................ 16 2.4 Les matériaux thermoélectriques utilisés dans les systèmes actuels ............................................................. 16 2.4.1 Basses températures ............................................................................................................................... 17 2.4.2 Voisinage de la température ambiante ................................................................................................... 17 2.4.3 Températures intermédiaires ................................................................................................................. 17 2.4.4 Hautes températures ............................................................................................................................... 18 3 Domaine d’application d’un générateur thermoélectrique .................................................. 18 3.1 Générateur thermoélectrique utilisant de la chaleur perdue .......................................................................... 18 3.2 Secteur automobile : ...................................................................................................................................... 18 4 Moteur thermique : .................................................................................................................. 20 4.1 Moteurs à combustion interne : ..................................................................................................................... 21 4.1.1 Fonctionnement ..................................................................................................................................... 21 4.1.2 Différents types de moteurs thermiques à combustion interne .............................................................. 21 4.1.3 Propriétés du moteur à combustion interne Avantage : ......................................................................... 24 4.2 Principe de fonctionnement : ......................................................................................................................... 24 4.2.1 Définition du cycle à 4 temps : .............................................................................................................. 24 4.2.2 Déroulement du cycle : .......................................................................................................................... 25 4.3 L’énergie perdue à l'échappement des moteurs thermiques .......................................................................... 26 4.4 Récupération de l’énergie perdue à l’échappement ....................................................................................... 27 4.5 Le développement d’un alternateur thermoélectrique ................................................................................... 27 5 Sélection et optimisation des matériaux thermoélectriques ................................................. 29 6 Module thermoélectrique ......................................................................................................... 30 Conclusion ........................................................................................................................................ 31 Introduction ..................................................................................................................................... 33 1 Générateur thermoélectrique .................................................................................................. 33 1.1 Cellule thermoélectrique (TE) ....................................................................................................................... 33 1.2 Module thermoélectrique ............................................................................................................................... 33 7 1.3 Propriétés de transport ................................................................................................................................... 35 1.3.1 La conductivité thermique « λ (W/m.°K) » .......................................................................................... 35 1.3.2 La conductivité électrique « o (fi–1. m–1)» .......................................................................................... 35 1.3.3 Le coefficient Seebeck « a (V/°K) » ................................................................................................... 35 1.4 La recherche de bons matériaux thermoélectriques ....................................................................................... 36 1.4.1 Facteur de mérite des matériaux thermoélectriques ............................................................................... 36 1.4.2 Facteur de puissance .............................................................................................................................. 37 1.5 Rendement d’un générateur thermoélectrique ............................................................................................... 37 1.6 Modélisation d’un générateur Thermoélectrique ........................................................................................... 42 1.6.1 .1 Modélisation d’une module Thermoélectrique .................................................................................. 42 I.6.1.1 Modèle comme source de tension .......................................................................................................... 42 I.6.1.2 Modèle comme source de courant ......................................................................................................... 43 1.6.2 Simulation de la caractéristique I(V) et P(V) d’une module TE............................................................ 50 1.6.3 Influence de la résistance interne .......................................................................................................... 52 Conclusion ........................................................................................................................................ 52 Introduction ..................................................................................................................................... 54 1 Convertisseurs DC-DC ............................................................................................................. 54 1.1 Types des convertisseurs DC-DC .................................................................................................................. 54 1.1.1 Hacheur abaisseur de tension(Buck) ...................................................................................................... 55 1.1.2 Hacheur Buck-Boost .............................................................................................................................. 55 1.1.3 Hacheur survolteur (Boost) .................................................................................................................... 56 2 Connexion de la charge via un étage d’adaptation DC/DC .................................................. 59 2.1 Stratégie de recherche du point de fonctionnement optimal .......................................................................... 60 2.2 Poursuite de point de puissance maximale MPPT ......................................................................................... 60 2.3 Algorithme perturbation et observation (P&O) ............................................................................................. 61 3 Système de stockage .................................................................................................................. 62 3.1 Définition de batterie ..................................................................................................................................... 62 3.2 Choix Type de batterie................................................................................................................................... 64 3.2.1 La batterie au plomb-acide .................................................................................................................... 64 3.2.2 Constitution d’une batterie plomb- Acide ............................................................................................. 65 3.2.3 Les phases de fonctionnement ............................................................................................................... 65 4 Modélisation de stockage ......................................................................................................... 66 4.1 Simulation de l’association générale des bloques .......................................................................................... 68 4.2 Résultat de simulation.................................................................................................................................... 69 4.2.1 Premier essai .......................................................................................................................................... 69 4.2.2 Second essai ........................................................................................................................................... 70 4.2.3 Troisième essai ...................................................................................................................................... 71 Conclusion ........................................................................................................................................ 72 Conclusion générale ........................................................................................................................ 73 8 Chapitre I: Généralités sur la Thermoélectricité Chapitre I Généralités sur la Thermoélectricité 8 Introduction Un effort important pour développer techniquement la conversion énergétique utilisant des matériaux solides a été engagé à partir des années 1950. C'est au cours des années 1960 qu'ont été développés les programmes de recherche les plus importants dans ce domaine à partir des matériaux semi-conducteurs. Les propriétés désirées pour les matériaux sont déterminées par le biais du facteur de mérite Z qui dépend des propriétés de transport du matériau comme la résistivité électrique, le coefficient de Seebeck et la conductivité thermique. La recherche de nouvelles sources d'énergies non polluantes est devenue un enjeu majeur pour nos sociétés. C'est pourquoi la production d'électricité à partir de chaleur perdue aux moyens de modules thermoélectriques (application de l’effet Seebeck) apparaît à ce jour comme une voie très prometteuse. Par ailleurs, des matériaux thermoélectriques peuvent être utilisés pour évacuer la chaleur par effet Peltier, notamment pour refroidir des composants de la microélectronique. Ainsi, la thermoélectricité, ou conversion d’énergie à partir de la chaleur, fait partie de ces nouvelles sources d’énergies renouvelables. La conversion d’énergie thermique en énergie électrique est l’un des piliers des temps modernes. Des millions de tonnes d’énergie fossile sont chaque jour sacrifiés à la fée électricité pour notre confort. Pourtant, une large part de cette énergie se perd dans l’atmosphère sous forme de chaleur dans les centrales électriques, qui ne pouvant pas être efficacement exploitée. Les progrès des transports ont augmenté considérablement. Aujourd’hui le consommateur est aussi un nomade qui veut emporter son confort avec lui, créant de nouveaux besoins en sources d’énergie électrique. Ces besoins sont actuellement satisfaits au prix de la pollution de notre environnement par les métaux lourds contenus dans les batteries. La conversion thermoélectrique apporte une nouvelle voie à uploads/Geographie/ memoire-abdelmaoula-1.pdf