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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHESCIENTIFIQUE UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI OUM EL BOUAGHI FACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES APPLIQUEES DÉPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES MEMOIRE En vue de l'obtention DU DIPLOME DE MASTER EN GENIE CHIMIQUE Présenté par : Encadreur : 1. SALHI Ali Mme. HAMDANE Soumia 2. BENDAIKHA Rachid Promotion 2013-2014 Etude cinétique, par modélisation, de l’effet de la variation de la pression et de la richesse sur la combustion du méthanol I REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHESCIENTIFIQUE UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI OUM EL BOUAGHI FACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES APPLIQUEES DÉPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES MEMOIRE En vue de l'obtention DU DIPLOME DE MASTER EN GENIE CHIMIQUE Présenté par : Encadreur : 1. SALHI Ali Mme. HAMDANE Soumia 2. BENDAIKHA Rachid Promotion 2013-2014 Etude cinétique, par modélisation, de ’effet de la variation de la pression et de la richesse sur la combustion du méthanol II Dédicace Avec un énorme plaisir, un coeur ouvert et une immense joie, que je dédie mon travail à mes très chers, respectueux et magnifiques parents qui m’ont soutenu tout au long de ma vie ainsi à mon frère et ma sœur. Je tiens aussi à dédier ce travail à mes amis et a tous les membres de ma famille proche sachant combien leur soutien, leur compréhension et leur bonne humeur m’ont été précieux, en contribuant à libérer mon esprit des petits soucis matériels quotidiens et en m’apportant l’énergie et l’optimisme nécessaire pour mener ce travail. Le mémoire n’est pas un long fleuve tranquille et je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont aidée à le traverser. A toutes personnes qui m’ont encouragé ou aidé au long de mes études. III Remerciements : Avant toute chose, nous remercions DIEU tout puissant qui nous a guidé tout au long de notre vie, qui nous a permis de nous instruire et d’arriver jusqu’ici dans nos études, qui nous a donné courage et patience. Nous souhaitons tout d’abord remercier notre encadreur madame HAMDANE Soumia pour son soutient, sa confiance, et ses connaissances dont nous avons bénéficié pendant ce travail, nous lui exprimons notre profond respect et notre éternelle reconnaissance. Nous souhaitons aussi remercier Monsieur REZGUI Yasine pour sa disponibilité ses conseils qui nous ont aidé à avancer dans ce travail. Nous remercions également Monsieur GHERRAF Nourddine pour ses efforts afin de nous garantir de meilleures conditions de travail. Nous tenons à remercier aussi les membres du jury d’être intéressés à ce travail et de l’évaluer. Sommaire SOMMAIRE IV Sommaire INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………………….1 CHAPITRE I : CARBURANT ET BIOCARBURANT…....................................................3 Ι. Carburant …………………………………………………………………………………...3 1. Introduction ……………………………………………………………………………….3 2. Définition de carburant……………………………………………………………………3 3. Types de carburant ………………………………………………………………………..4 3.1. Les essences ………………………………………………………………………..….4 3.1.1. Caractéristique des essences……………………………………………………...4 3.1.1.1. Propriétés physiques ……………………………………………………...…4 3.1.1.2. Propriétés thermiques ………………………………………………………..5 3.1.1.3. Propriétés chimiques : définition des indices d'octane………………………7 3.2. Le gazole…………………………………………………………………………….....8 3.2.1. Caractéristique de gazole…………………………………………………………9 3.2.1.1. Propriétés physiques ………………………………………………………...9 3.2.1.2. Propriétés chimiques : l'indice de cétane…………………………………...10 3.2.1.3. Formulation du gazole……………………………………………………...11 3.3. Le carburéacteur………………………………………………………………………11 3.4. Le gaz de pétrole liquéfié (GPL)……………………………………………………..12 Π. biocarburant………………………………………………………………………………12 1. Définition de biocarburant……………………………………………………………….12 2. Généralité sur les biocarburants………………………………………………………….13 3. les générations de biocarburant……………………………………………………….….13 3.1. Les filières de première génération…………………………………………...………13 3.1.1. Filière huile pour les véhicules diesel (biodiesel)…………………………….....13 3.1.2. Filière alcool pour les véhicules à essence…………………………………...…14 3.2. Les filières de deuxième génération……………………………………………….…14 3.2.1. Voie biochimique d’éthanol cellulosique……………………………………….15 3.2.2. Gazole de synthèse ou BTL……………………………………………………..15 3.3. Les filières biogaz…………………………………………………………………….16 SOMMAIRE V 3.4. Les filières troisième génération ……………………………………………………..17 ΠΙ. Méthanol ………………………………………………………………………………..20 1. Introduction ………………………………………………………………………….20 2. Principaux types de méthanol ………………………………………………………..21 3. Caractéristique physique……………………………………………………………...21 4. Caractéristiques thermodynamiques ………………………………………………....23 5. Réaction chimiques…………………………………………………………………25 CHAPITRE II: LA COMBUSTION………………………………………………………..26 1. Introduction………………………………………………………………………………26 2. Définition de la combustion………………………………………………………………26 2.1. L’oxydation et la combustion…………………………………………………….......27 2.2. Oxydation des alcools……………………………………………………………..….28 2.3. Les combustibles……………………………………………………………………...30 2.4. Les comburants……………………………………………………………………….31 3. Différents types de combustion………………………………………………………......31 3.1. Combustion rapide……………………………………………………………………31 3.2. Combustion complète………………………………………………………………...32 3.3. Combustion incomplète………………………………………………………………32 3.4. Combustion complète avec excès d'air…………………………………………….…32 3.5. Combustion incomplète avec excès d'air……………………………………………..32 3.6. Combustion chaude (turbulente) ……………………………………………………..33 3.7. Autres classification de combustion………………………………………………….33 3.7.1. Combustion sans flamme……………………………………………………..…34 3.7.1.1. Combustion lente………………………………………………………..…35 3.7.1.2. Combustion spontanée……………………………………………………..35 3.7.2. Combustion avec flamme (vive) ……………………………………………..…35 3.8. Combustion stoechiométrique……………………………………………………..…37 4. Énergie dégagée et pouvoir calorifique…………………………………………………..37 5. Vitesse du front de flamme et explosion…………………………………………………38 6. Auto inflammation et propagation…………………………………………………….….38 7. Cinétique chimique et élaboration de modèle réactionnel………………………………..39 SOMMAIRE VI 7.1. Étapes réactionnelles………………………………………………………………….39 7.2. Élaboration d’un modèle réactionnel…………………………………………………40 8. Brûleurs…………………………………………………………………………………...41 8.1. Brûleurs à flamme de prémélange………………………………………………...…41 8.2. Brûleurs à flamme de diffusion……………………………………………………….43 9. Structures de flammes plates laminaires et pré-mélangées………………………………..44 9.1. Caractéristique de la flamme………………………………………………………...44 9.2. Stabilisation des flammes sur brûleur………………………………………………...45 9.3. Caractérisation d'un mélange combustible - comburant……………………………...46 10. Structure de flamme……………………………………………………………………..47 CHAPITRE III: MODELISATION CINETIQUE.…..........................................................48 1. Modélisation de la cinétique chimique de combustion ………………………………...…48 1.1. Modélisation : Généralités et objectifs………………………………………………..48 1.2. Mécanismes globaux, semi-globale et détaillés ……………………………………...49 1.2.1. Mécanismes globaux …………………………………………………………….49 1.2.2. Mécanismes semi-globale ……………………………………………………….50 1.2.3. Mécanismes chimiques détaillés ……………………………………………...…51 2. Procédure schématique de mise au point d'un mécanisme chimique détaillé pour la modélisation des flammes ………………………………………………………………....52 3. Utilisation du code de calcul CHEMKIN II ……………………………………………...53 4. Structure de CHEMKIN II……………………………………………………………...…53 5. Modélisation des flammes plates laminaires prémélangées..…………………………....56 5.1. Equations de conservation…………………………………… ……………………...56 5.2. Méthode de résolution numérique…………………………………… ……………...57 6. Descriptif des données d’entrée …………………………………………………………..57 6.1. Le fichier INPUT …………………………………………………………………….57 6.2. La base de données thermodynamique ………………………………………………60 6.3. La base de données de transport ……………………………………………………..60 6.4. Le mécanisme chimique détaillé……………………………………………………...61 7. Modélisation……………………………………………………………………………….62 8. Résultats et discussion……………………………………………………………………..63 SOMMAIRE VII 8.1. Fractions molaires de CH3OH………………………………………………………..63 8.2. Fractions molaires deO2………………………………………………………………64 8.3. Fractions molaires de CH3O ………………………………………………………….65 8.4. Fractions molaires de OH ……………………………………………………………66 8.5. Fractions molaires de CO…………………………………………………………….67 8.6. Fractions molaires de CO2 …………………………………………………………...68 CONCLUSION GENERALE ………………………………………………………………69 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES…………………………………………………..70 ANNEXE……………………………………………………………………………………..75 LISTE DES FIGURES ET des tableaux VIII Liste des figures Figure 1.1 : Schéma de principe du procédé de production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique …………………………………………………………………………..….15 Figure 1.2 : Conversion de la biomasse en carburants liquides par voie thermochimique ….16 Figure 1.3 : Vue microscopique de micro algues (source www.devicedaily.com) …………18 Figure 1.4 : Algues cultivés dans des eaux usées (source : News Center Department of Energy) ………………………………………………………………………19 Figure 2.1: Le triangle du feu. ……………………………………………………………….27 Figure 2.2 : classification de la combustion, basée surles vitesses d’oxydation……. …….. .33 Figure 2.3 : classification de la combustion, basée sur l’absence ou la présence de flamme...34 Figure 2.4 : classification des types de flammes en fonction de leur forme et de leur mélange réactionnel. …………………………………………………………………….……………...36 Figure 2.5 : Brûleur à flamme de pré-mélange ………………………………………...……43 Figure 2.6 : Flammes de diffusion ……………………………………………………….….44 Figure 2.7 : Schéma d’un brûleur à flamme plate (Borghi et Destriau, 1995) ……………....45 Figure 3.1: Structure schématique d’une flamme plate de pré-mélange …………………....49 Figure 3.2: structure générale de CHIMKIN II………………………………………...…….54 Figure 3. 3 : Comparaison des fractions molaires de CH3OH à Φ cst et P cst……………….63 Figure 3. 4 : comparaison des fractions molaires de O2 à Φ cst et P cst ……………………..64 Figure 3.5 : comparaison des fractions molaires de CH3O à Φ cst et P cst…………………..65 Figure 3.6 : comparaison des fractions molaires de OH à Φ cst et P cst……………………..66 Figure 3.7 : comparaison des fractions molaires de CO à Φ cst et P cst……………………..67 LISTE DES FIGURES ET des tableaux IX Figure 3.8 : comparaison des fractions molaires de CO2 à Φ cst et P cst…………………….68 Liste des tableaux Tableau 1.1 : pouvoirs calorifiques massiques et volumiques des essences ………………….7 Tableau 1.2 : Spécifications européennes du gazole Pays à climat tempéré ………………….9 Tableau 1.3 : Spécifications européennes du gazole (norme EN 590) Pays à climat arctique…...................................................................................................................................10 Tableau 1.4 : Densité des mélanges méthanol-eau ………………….……………………….22 Tableau 1.5 : Indice de réfraction en fonction de la température…………………………….22 Tableau 1.6 : tension de vapeur de méthanol. ……………………………………………….24 Tableau 3.1 : exemple de fichier INPUT…………………………………………………….59 Tableau 3.2 : exemple pour la base de données de transport…………………………………61 Introduction générale INTRODUCTION GENERALE 1 Introduction générale Au cours des dernières décennies, la croissance des revenus, les progrès en matière de technologies, l’amélioration des infrastructures notamment les routes, se sont traduites par une demande de mobilité plus grande : plus de voyages sur des distances moyennes plus importantes. Conséquence de ceci, le transport s’est accru très fortement et devrait poursuivre sa croissance. Le pétrole constitue la principale source de carburant pour les automobiles. A l’échelle mondiale, les carburants issus du pétrole constituent 98 % de l’énergie utilisée dans ce secteur. Ce pétrole n'est pas inépuisable et sa combustion produit beaucoup de dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre. Le remplacement progressif des carburants pétroliers par des carburants alternatifs est envisagé pour résoudre la double problématique de disponibilité de l'énergie et de la protection de l'environnement. Dans ce contexte les biocarburants se placent dans une très bonne position puisqu'ils sont issus de la biomasse, une source d’énergie renouvelable. L’utilisation de ces carburants alternatifs n’augmente pas la teneur en dioxyde de carbone de l’air car leur combustion ne fait que restituer à l'atmosphère les quantités de dioxyde de carbone utilisées par la photosynthèse chlorophyllienne pendant la croissance des plantes vertes. Ces composants seront d’autant mieux valorisés que les produits pétroliers devront évoluer vers des formulations différentes avec réduction voire uploads/Geographie/ mgch-00010-pdf.pdf