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Département de Génie Mécanique MEMOIRE DE FIN D’ETUDE En vue de l’obtention du

Département de Génie Mécanique MEMOIRE DE FIN D’ETUDE En vue de l’obtention du diplôme de : MASTER En Génie Mécanique Option : ENERGETIQUE Thème : Etude d’une installation de chauffage géothermique Proposé et dirigé par : Présenté : Mr Amirat Belkacem Bachiri Abdelghani Meloudj Moussa Année Universitaire : 2017 / 2018 N° d’ordre : GM/……………../2016 République algérienne démocratique et populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université de M’sila Faculté de Technologie الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية وزارة التعليم العالي والبحث العلمي جامعة المسيلة كلية التكنولوجيا Résumé : La géothermie est certainement la filière qui présente le plus large spectre d’activités : production de chaleur, production d’électricité, production de chaleur sur réseau, production de chaleur individuelle. Par rapport à d'autres énergies renouvelables, la géothermie présente l'avantage de ne pas dépendre des conditions atmosphériques (soleil, pluie, vent), ni même de la disponibilité d'un substrat. C'est donc une énergie fiable et stable dans le temps. Le présent projet a pour objectif l’étude et la conception d’un système de chauffage d’hôtel du complexe de hammam ksana (Bouira). Eu égards à toutes ces considérations le choix du site de hammam ksana répond à la plupart de nos préoccupations techniques et organisationnelles. Mots clés : géothermie, énergie renouvelables, gradient géothermique ملخص الطاقة الحرارية األرضية هي بالتأكيد القطاع الذي لديه أوسع مجموعة من األنشطة: إنتاج الحرارة، توليد الكهرباء، إنتاج الحرارة الشبكي، إنتاج الحرارة الفردية. بالمقارنة مع الطاقات المتجددة األخرى، فإن الطاقة الحرارية األرضية تتميز بعدم االعتماد على الظروف الجوية (الشمس، المطر، الرياح)، أو توفر الركيزة. ولذلك فهي طاقة موثوقة ومستقرة مع مرور .الوقت يهدف هدا العمل الى)دراسة وتصميم نظام التدفئة لفندق مجمع حمامات كسانا (البويرة. مع مراعاة كل االعتبارات في .اختيار موقع حمام كسانا بما فيها التقنية والتنظيمية الكلمات المفتاحية : الطاقة الحرارية،األرضية الطاقة المتجدد،ة تدرج الحرارة الجوفية Abstract Geothermal energy is certainly the sector that has the widest spectrum of activities: heat production, electricity generation, network heat production, individual heat production. Compared to other renewable energies, geothermal energy has the advantage of not conditions (sun, rain, wind), or even the availability of a substrate. It is therefore a reliable energy and stable over time. The present project aims to study and design a hotel heating system of the ksana hammam complex (Bouira). Considering all these considerations, the choice of the ksana hammam site meets most of our technical and organizational concerns. Key words: geothermal energy, renewable energy, geothermal gradient Figure (Ⅰ.1) : Evolution de la consommation mondiale de l’électricité(Mtep)…………..3 Figure (Ⅰ.2) : Répartition des ressources de production d'énergie mondiale…………….4 Figure (Ⅰ.3) : Schéma représentant le déplacement du vent. …………………………….6 Figure (Ⅰ.4) : Schéma détaillé du fonctionnement d'une éolienne………………………….6 Figure (Ⅰ.5) : Eolienne à axes horizontal…………………………………………………….7 Figure (Ⅰ.6) : Eolienne à axe vertical………………………………………………………..8 Figure (Ⅰ.7) : Les composantes de l'aérogénérateur………………………………………….8 Figure (Ⅰ.8) : Composition de l'intérieur d'une éolienne……………………………………10 Figure (Ⅰ.9) : barrage hydraulique……………………………………………………………12 Figure (Ⅰ.10) : La centrale géothermique de Palin Pinon (Philippines)…………….………16 Figure (Ⅰ.11) : Évolution de la température interne de la Terre en fonction de la profondeur 16 Figure (Ⅰ.12) : cellule photovoltaïque …………………………………………………..…18 Figure (Ⅰ.13) : principe de la photosynthèse…………………………………………………22 Figure (Ⅱ.1) : Exemple de système hydrothermal. Source …………………………………30 Figure (Ⅱ.2) : magmas………………………………………………………………………32 Figure (Ⅱ.3) : la nappe de la terre……………………………………………………………35 Figure (Ⅱ.4) : la structure de la terre ………………………………………………………37 Figure (Ⅱ.5) : Courbe illustrant le gradient géothermique………………………………….38 Figure (Ⅲ.1) : une serre agricole…………………………………………………………….48 Figure (Ⅳ.1) : Hammam ksana……………………………………………………………..50 Figure (Ⅳ.2) : le bain de vapeur………………………………………………………….51 Figure (Ⅳ.3) : schéma de l’installation du bain de vapeur ………………………………..52 Figure (Ⅳ.4) : plan de l’hôtel………………………………………………………………..53 Figure (Ⅳ.10) : les dimensions de différents modèles de radiateurs………………………65 Figure (Ⅳ.11) : composition de radiateur………………………………………………….65 Figure (Ⅳ.12) : les caractéristiques techniques des différents modèles…………………..66 Figure (Ⅳ.5) : schéma de l’installation de chauffage………………………………………69 Figure (Ⅳ.6) : schéma d’un serpentin………………………………………………………71 Figue (Ⅳ.7) : Schéma du circuit de distribution……………………………………………72 Tableau (Ⅰ.1) : les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne……………………10 Tableau (Ⅱ.1): Production électrique par les énergies renouvelables……………………39 Tableau (Ⅱ.2) : Principales Caractéristiques physico-chimiques de quelques sources thermales du Nord de l’Algérie…………………………………………………………..40 Tableau (Ⅲ.1): l’utilisation de la géothermie à travers le monde…………………………46 Tableau (Ⅳ.1): données de base du chauffage suivant la zone C………………………….50 Tableau (Ⅳ.2) : compositions de différentes parois……………………………………….54 Tableau (Ⅳ.3) : les déperditions surfaciques de chambre 01…………………………….60 Tableau (Ⅳ.4) : les déperditions surfaciques des chambres 1-19………………………61 Ⅳ ) : les déperditions surfaciques de chambre 20…………………………….61 Tableau (Ⅳ.6) : les déperditions surfaciques du couloir…………………………………62 Tableau (Ⅳ.8) : les déperditions linéiques………………………………………………..63 Tableau (Ⅳ.9) : les déperditions totales des chambres…………………………………64 Symbole Désignation Unité DS Déperdition surfacique W DL Déperdition linéique (à travers les liaisons) W Dr Déperdition par renouvellement d’aire W Dt Déperdition totale W e Epaisseur m K Coefficient d’échange d’une paroi par convection W/m²k R Résistance thermique de matériaux m²k/W h Coefficient d’échange par convection W/m²K S Surface d’échange m² QV Débit volumique m³/s Qm Débit massique Kg/s qinf débit de volume d’aire entrant par les infiltrations Kg/m³ qr débit volumique d’aire entrant par les orifices ou les bouches des ventilations W²/n Tce Température d’entre de fluide chaud °C Tcs Température de sortie de fluide chaud °C Tfe Température d’entré de fluide froid °C Tfs Température de sortie de fluide froid °C Te Température d’entre dans le radiateur °C Ts Température de sortie dans le radiateur °C ................................................................................................................... 01 I. Généralités ........................................................................................................................... 03 I.1.L’énergie éolienne ..............................................................................................................05 I.1.1 introduction ........................................................................................................ 05 I.1.2 Définition ............................................................................................................ 05 I.1.3 L’origine du vent................................................................................................. 05 I.1.4 Définition de l’éolienn..........................................................................................06 I.1.5.Les différents types d'éoliennes .......................................................................... 07 I.1.5.1 Les éoliennes à axe horizontal:......................................................................... 07 I.1.5.2 Les éoliennes à axe vertical…………………………………………………...07 . I.1.6.Les composantes de l'aérogénérateur :................................................................ 08 I.1.2.7.Fonctionnement :.............................................................................................. 09 I.1.8 Les avantages et les inconvénients :.................................................................... 10 I.2.L’énergie hydraulique : ................................................................................................... 11 I.2.2.Définition : ....................................................................................................... 11 I.2.4.Fonctionnement :............................................................ ……………......…13 I.3. L’énergie géothermique : ........................................................................................ ……14 I.3.1.Généralités:....................................................................................................... 14 I.3.2.Les types de la géothermie :............................................................................. 14 I.3.2.1.La géothermie haute énergie :....................................................................... 14 I.3.2.2.La géothermie basse énergie :................................................................ …...15 I.3.2.3. La géothermie très basse énergie :......................................................... …...15 I.3.2.4.Géothermie roche chaude sèche (HDR)........................................................ 15 I.3.3.GRADIENT GEOTHERMIQUE :............................................................ …...15 I.4. L’énergie solaire ....................................................................................................... …...17 I.4.1.Généralités :................................................................................................. …...17 I.4.2.L’énergie solaire passive : ......................................................................... ……17 I.4.3.L’énergie solaire thermique :....................................................................... …...18 I.4.4.L’énergie solaire photovoltaïque :.......................................................................18 I.4.4.1.Application de l’énergie solaire photovoltaïque :..................................... …..19 I.4.5.Différences entre l'énergie solaire active et l'énergie solaire passive………...19 I.4.6.Les avantages et les inconvénients de l’énergie solaire .................................... 19 a. Les avantages :................................................................................ 19 b. Les inconvénients :......................................................................... 20 I.5. L’énergie de la biomasse............................................................................................ …..21 I.5.1.Introducion :................................................................................................ …..21 I.5.2.Définition :................................................................................................... …..21 I.5.3.L’origine de la biomasse :........................................................................... …..21 I.5.4.Les applications :............................................................................................... 22 I.5.4.1.La biomasse comme biocombustible pour produire de la chaleur et de l’électricité……………………………………………………………………………………22 I.5.4.2.La biomasse comme biomatériau traditionnel ou innovant........................... 23 I.5.4.3.La biomasse comme matière première de la chimie.................................... .23 I.5.4.4.La biomasse pour les biocarburants............................................................... 23 I.5.5.Les avantages et les inconvénients ................................................................... 24 . Introduction Générale : ......................................................................................................25 Ⅱ.1. GENERALITES SUR LA GEOTHERMIE ............................................................ .27 Ⅱ.1. 1 Introduction. ................................................................................ ….27 Ⅱ.1. 2 Définition :........................................................................................ 27 Ⅱ.1. 3 Principe :……………………………………………….……………28 Ⅱ.1. 4 Types de gisements géothermiques :................................................. 28 Ⅱ.1. 5 Les systèmes géothermiques : .......... ................................................ 29h Ⅱ.1.5.1 Les systèmes hydrothermaux……………………............................30 Ⅱ.1.5.2 Les systèmes Engineered ou Enhanced Géothermal Systems (EGS).. 31 Ⅱ.1.5.3 Les autres systèmes géothermiques: …………………………....31 Ⅱ.1. 6. Les types de géothermie: ................................................................................32 Ⅱ.1. 6.1. La géothermie haute énergie :......................................................... 33 Ⅱ.1. 6.2. La géothermie basse énergie :..........................................................33 Ⅱ.1. 6.3. La géothermie très basse énergie :………………………………..34 Ⅱ.2. Géothermie roche chaude sèche (HDR) …………………………………..…………34 Ⅱ.3. Forage géothermique :………………… ……………………………...…………….34 Ⅱ.4. Origine de la chaleur de la Terre :……… …………………………………………35 Ⅱ.4.1.L'origine de la chaleur terrestre :………………………………………… 36 Ⅱ.4.2 Gradient géothermique :………………………………………………..…37 Ⅱ.5. Méthodes usuelle d’exploration …………………………………………….……….38 Ⅱ.6. La géothermie dans le monde ………………………………………………………39 Ⅱ.7. La géothermie en Algérie ………………………..……………………………………39 Ⅱ.7.1. L’exploration :……………………………….……………………………39 Ⅱ.7.2.l’exploitation :……………………………………………………………..41 Ⅱ.8.Potentiel de l’Energie Géothermique :…………………………………………….42 Ⅱ.9. Avantages et inconvénients de l'énergie géothermique :…………………………42 . Introduction :……………………………………….………………………...…………. .45 Ⅲ.1. Historique …………………………………………………………………………….46 Ⅲ.2. L’utilisation : ……………………………………………………………………….. 46 Ⅲ.3. Chauffage des habitations …………………………………………………….…….47 Ⅲ.4. Agriculture ……………………………..…………………………………………….48 Ⅲ.5. Industrie ……………………………………………………………………………...49 Introduction :………………………………………………………………………………...50 Ⅳ.1. Présentation de la région d’étude : …………………………………..……………….50 Ⅳ.1.1 cadre géographique :……………………………………………50 Ⅳ.2 Les sources chaudes de Hammam ksana………………………………………….….51 Ⅳ.3. Les installations de chauffage géothermique actuel à Hammam Ksana:…..………51 Ⅳ.3.1 le bain de vapeur : …………………………………………….. 51 Ⅳ.4. étude d’un chauffage de l’hôtel de Hammam ksana :………………………………53 Ⅳ.4.1. Plan de l’hôtel :……………………………………………….….53 Ⅳ.4.2. Compositions des parois :………………………………...………54 Ⅳ.5. Bilan thermique des chambres d’hôtel :………………………….…………………55 Ⅳ.5.1 Calcule des coefficients de transmission surfacique :………………55 Ⅳ.6 Calcule des déperditions thermiques :…………………………….……………..……59 Ⅳ.6.1 Calcule des déperditions surfaciques totales de la chambre :…59 Ⅳ.6.2 Calcule les déperditions par renouvellement d’air :………..……62 Ⅳ.6.3 Calcule les déperditions à traverse les liaisons :……………...….63 Ⅳ.6.4 Les déperditions totales de chaque chambre :………………..….64 Ⅳ.7. Choix des corps de chauffage et détermination du nombre d’élément : ………...…65 Ⅳ.7.1. Caractéristique des radiateurs :……………………………………..65 Ⅳ.7.2.Emplacement des radiateurs :………………………………………..67 Ⅳ.8. conclusion ……………………………………………………………………………..68 Ⅳ.9. Dimensionnement de l’échangeur de chaleur ..............................................................69 Ⅳ.9.1 Introduction ……………………………………………………….69 Ⅳ.9.2.Principe générale …………………………….……………………70 Ⅳ.9.3.Le choix technologique ……………………………..…………….71 Ⅳ.9.4.Dimensionnement thermique ……………………………………..72 Ⅳ.9.4.1.La puissance ………………………………………………..72 Ⅳ.9.4.2.Calcule de ∆TLM ………………………………….……….73 1 Introduction générale : La demande mondiale de l’énergie primaire a atteint sa forte croissance, elle ne cesse pas de diminuer à moyen terme, compte tenu du développement souhaitable et nécessaire pour la plupart des pays du uploads/Geographie/ memoire-de-fin-d-x27-etude-theme 1 .pdf