Gisement solaire et développement durable

Gisement solaire et développement durable

Composante du rayonnement solaire :

Le rayonnement qui nous parvient du soleil est émis par sa surface extérieure dont la température est d’environ 6000 °K. A une telle température, 40% de l’énergie est émise dans le domaine visible (gamme de longueur d’onde allant de 0,3 un (violet -bleu) à 0,7uni (rouge). La décomposition du rayonnement solaire peut être réalisée en projetant un faisceau lumineux  sur un prisme de verre ou sur un réseau de diffraction. Tout un éventail de couleurs apparaît, du bleu au rouge en passant par le vert et le jaune. Chacune de ces couleurs est associée à un rayonnement d’une certaine longueur d’onde. William Herschell (Vers 1800) qui étudiait le rayonnement solaire, avait placé un thermomètre derrière un tel prisme. Il s’aperçut qu’il indiquait une élévation de température (et donc qu’il recevait de l’énergie) non seulement dans le domaine visible mais également dans la région au- delà du rouge. Ce fut la découverte du rayonnement infrarouge qui représente 50% du rayonnement émis par le soleil. Les 10% restant du rayonnement solaire total sont émis à l’opposé du domaine visible, à des longueurs d’onde plus petites que celles du violet (l’ultra violet).

Enjeux énergétiques et développement durable :

La première crise pétrolière du début des années 1970 a totalement modifié le rapport des pays occidentaux avec l’énergie. L’énergie, abondante et bon marché , est devenue un bien rare et cher. Les efforts ont été concentrés, d’une part sur la baisse du coût de l’énergie, et d’autre part sur la réduction de la consommation énergétique. Ensuite les préoccupations environnementales, ainsi que la prise de conscience du caractère fini des énergies fossiles ont pris une part croissante dans la gestion énergétique mondiale. Le réchauffement climatique global, dû aux émissions de gaz à effet de serre, et plus particulièrement au CO2 provenant de la combustion des énergies fossiles est un fait établi et étudié par la communauté scientifique [5]. La raréfaction des ressources mondiales en énergie fossile, bien que la date de la fin du pétrole ne soit pas l’objet d’un consensus, est un phénomène qui va nécessairement favoriser la hausse du coût de l’énergie. Ces deux facteurs obligent à repenser l’utilisation et la production de l’énergie.Cette proportion est restée stable depuis 1973 malgré la mise en place progressive de réglementations thermiques de plus en plus strictes, conséquences des chocs pétroliers successifs ayant entraîné un vaste mouvement de recherche de la sobriété énergétique [2].Les efforts de réduction de la consommation ont d’abord porté sur l’amélioration du bâtiment, et donc sur la réduction des besoins hivernaux. Les solutions préconisées ont mené à augmenter l’imperméabilité et l’isolation des bâtiments. En parallèle l’évolution de l’architecture a favorisé la construction de bâtiments faiblement inertes, plus ouverts sur l’extérieur avec de larges baies vitrées. Les gains solaires passifs sont donc améliorés, réduisant d’autant les consommations de chauffage [6]. Dès lors une nouvelle problématique est apparue : La conjonction d’une forte isolation, d’une faible inertie et de larges ouvertures sur les orientations les plus ensoleillées mènent à une surchauffe estivale que les usagers ne tolèrent pas Le recours à la climatisation s’est donc massifié, avec par exemple une hausse de 500% (comprenant les simples remplacements) de la surface climatisée en Europe entre les années 1980 et 2000 les projection réalisées. Par indiquent que cette tendance se confirme dans les années à venir, avec une hausse estimée entre 2005 et 2020 de plus de 50 0 /0 en Algérie , En ce qui concerne les secteur tertiaire (pour la Algérie)[7]. En résumé, même si la part de la climatisation dans la consommation énergétique globale des bâtiments est faible, c’est un poste qui ne cesse d’augmenter, c’est pourquoi, dans l’optique de la diminution de l’empreinte écologique des bâtiments, il est nécessaire de limiter l’énergie consommée pour la climatisation.

La sécurité d’approvisionnement énergétique :

Au rythme actuel de notre consommation, de quelles ressources énergétiques disposerons-nous demain ? Le pétrole sera la première source d’énergie à s’épuiser vers 2040, dans moins de deux générations. L’uranium et le gaz naturel n’atteindront pas les années 2075. Le charbon est plus abondant, mais ses réserves utiles ne dépassent pas deux ou trois cents ans. Enfin les difficultés de la surgénération et de la fusion nucléaire montrent que la perspective de disposer à court terme d’une énergie abondante et quasi-gratuite reste pour l’instant un mythe [7] (Figure I.1). Le risque d’une rupture physique d’approvisionnement à long terme est aujourd’hui présent. La ruptureou le rationnement physique peuvent tout simplement résulter de l’épuisement des ressources ou de l’insuffisance des moyens de production. S’agissant des énergies fossiles, la mesure de la durée de vie des réserves révèle bien cette préoccupation qui pourra un jour devenir une véritable hantise.

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Table des matières

Avant-propos ii
Sommaire iv
Liste des figures viii
Nomenclature xi
Introduction Générale
Chapitre I : Gisement solaire et développement durable
I Introduction 
I.1. LE SOLEIL
I.1.1 Généralités sur le soleil 
I.1.1.1 Présentation 
I.1.1.2 Carte d'identité du soleil 
I.1.1.3 Constitution du soleil 
1.1.2. Rayonnement solaire 
1,1.2.1 Composante du rayonnement solaire 
I.1.2.2 La constante solaire Io 
1.1.2.3. Le rayonnement solaire au sol 
1.2. Rappels astronomique 
I.2.1 Introduction 
I.2.2 Système équatorial 
1.2.2.1. La déclinaison du soleil notée (ô) 
1.2.2.2 L'angle horaire noté (w) H 
1.2.3. Système horizontal 
I.2.3.2 La hauteur du soleil notée (h) 
I.2.3.3 Latitude du lieu 
1.2.4 Angle d'incidence θ 
II.2 Enjeux énergétiques et développement durable 
I.2 La sécurité d’approvisionnement énergétique 
I.2.1 Les énergies renouvelables 
II.3.Potentiel solaire en Algérie 
II.4 Besoins énergétiques de chauffage et climatisation d’un bâtiment pour le site de
Tlemcen 
III Conclusion 
Chapitre II : Problématique et confort thermique
I Introduction 
I.1 Le confort thermique 
I.1.1 Définition de la notion de confort 
II Résolutions de problématique 
II.1 Les différentes méthodes de modélisation énergétique de bâtiment 
II.1.1 La méthode nodale 
II.1.2 Le CFD (computational fluid dynamics) 
II.1.3 La méthode zonale 
III. Problématique 
III.1 Présentation du problème 
IV. Conclusion 
Chapitre III : Dimensionnement Et étude thermique
I Description de bâtiment étudie 
II Paramètres dimensionnel de bâtiment étudié 
III Etude thermique de l’installation 
III.1 Bilan d’énergie d’un capteur solaire 
III.1.1 L’absorbeur 
III. 1.2 La couverture transparente 
III.1.3 Bilan énergétique d u fluide caloporteur 
III. 1.4 Le bilan énergétique dans le réservoir 
Chapitre IV : Chauffage et climatisation d’habitations
I. Introduction 
II. Système Solaire Combiné Plus 
II.1. Le chauffage des habitations
II.1.1 Définition de l’opération
II.1.2 Le chauffe-eau solaire 
II.1.3 Le chauffage solaire des maisons 
II.2. La climatisation solaire 
II.2.1 Les différents systèmes de climatisation 
II.2.2 Avantages et inconvénients de l’absorption 
III. Conclusion 
Chapitre V : Régulation du système de chauffage
I. Introduction 
I.1 Rappels sur la commande d’un processus 
I.1.1 Régulation en boucle ouverte 
I.1.2 Régulation en boucle fermée 
1.3 Différents modes de régulation 
1.3.1 Régulation par tout ou rien 
1.3.2 Commande d’un processus 
II. Application à la régulation d’un bâtiment
II.1 Application à la régulation dans notre bâtiment étudie
II.2 Diagramme fonctionnel de l’installation 
Chapitre VI : Simulation et interprétation des résultats
I. Introduction
II . Simulation des bâtiments multi-zones avec TRNSYS
II.1 Simulation
II.2 Présentation du logiciel TRNSYS
II.2.1. Avantages du logiciel TRNSYS
II.2.2 Limites du logiciel TRNSYS
II.2.3. Approche retenue
II.3 Les outils de l’environnement TRNSYS
II.3.1 Météonorm
II.3.2 TRNBUILD
III. Présentation du modèle de l’installation à étudié
IV. Résultats et interprétations
IV.1 Graphes 
VI.2 Interprétation des résultats

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