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Fatima Zohra RAHOU MODÉLISATION DU FONCTIONNEMENT D'UN SÉPARATEUR TRIBO-AERO PDF

128 Pages·2015·2.48 MB·French
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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique République Algérienne Démocratique et Populaire UNIVERSITÉ DJILLALI LIABES DE SIDI-BEL-ABBÈS Facultéde Technologie Département d’Électrotechnique Thèse présentée par Fatima Zohra RAHOU Doctorat en-PSoucri le’obntecnetiosn edun dipÉlôlmeec dterotechnique ÉLECTROSTATIQUE Option: Intitulé de la thèse MODÉLISATION DU FONCTIONNEMENT D’UN SÉPARATEUR TRIBO-AERO- ÉLECTROSTATIQUE POUR MATÉRIAUX PLASTIQUES GRANULAIRES Présentée devant le jury composé de: M.Abdelber BENDAOUD M. Amar TILMATINE Université de Sidi-Bel-Abbès Professeur Président du jury M. Lucien DASCALESCU Université de Sidi-Bel-Abbès Professeur Encadreur M. Ali HENNAD Université dePoitiers Professeur Co-encadreur M. Rabah OUIDDIR USTO-MB-Oran Professeur Examinateur Mme. Khouira SENOUCI USTO-MB-Oran M. C. A Examinateur Université de Sidi-Bel-Abbès M. C. A. Examinateur A P El SoutenuE le 22 Janvier 2C015 APELEC pplications of lasma, ectrostatics & lectromagnetic ompatibility Laboratory( ) Remerciements Le travail de recherche présenté dans cette thèse a été mené au sein du laboratoire de la haute tension, l’équipe (APELEC) de l’université de Djilali Liabès, Sidi Bel Abbes, Ces travaux sont en fait le résultat d’une collaboration entre l’équipe APELEC et le laboratoire Pprime, IUT d’Angoulême, université de Poitiers, France. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à Monsieur le Professeur Lucian DESCALESCU qui a assuré la direction de cette thèse le long de mon séjour de stage en France. Les nombreux conseils qu’il m’a donnés, sa disponibilité ainsi que son écoute ont constitué un soutient précieux pour moi. Au-delà du travail en lui-même, il a souvent su orienter mes réflexions au cours de discussions très enrichissante me faisant profiter d’une partie de sa grande culture scientifique. Il a ainsi, durant les dix-huit mois de stage, contribué à mon initiation à la recherche et mon épanouissement scientifique. Qu’il trouve ici, pour cela, l’expression de toute ma gratitude et de mon plus profond respect. L’encadrement de cette thèse au sein du laboratoire de la haute tension à l’université de Sidi Bel Abbés a été assuré par Monsieur le Professeur Amar TILMATINE chef de l’équipe APELEC. Son soutient tout au long de cette période m’a été d’une aide précieuse pour surmonter les moments difficiles et les moments de doutes. Par ses qualités humaines, il a su instaurer un milieu de travail agréable. Plus qu’un responsable, Amar est un ami. Je lui suis sincèrement reconnaissante pour toute la confiance qu’il m’a confirmée et l’autonomie qu’il m’a toujours accordée, je lui adresse donc mon amitié et ma plus profonde gratitude. Je tiens à remercier Monsieur le Professeur Abdelber BENDAOUD de l’université de Sidi Bel Abbés de m’avoir fait l’honneur de présider ce jury. Mes remerciements vont également à Monsieur Ali HENNAD Professeur à l’université d’Oran et Monsieur Rabah OUIDDIR Maitre de conférences à l’université d’Oran pour l’honneur qu’ils m’ont fait en acceptant de juger ce travail et. Mes remerciements vont également Madame Khouira SENOUCI Maitre de conférences à l’université de Sidi Bel Abbés pour avoir bien voulu examiner ce travail et participer au jury. J’ai apprécié, tout au long de ma formation en France, l’accueil qui m’a été fait au sein de l’IUT d’Angoulême, université de Poitiers, France. J’associe également à mes remerciements tout les membres du laboratoire Pprime, en particulier Mihai .BILICI pour tous ses conseils et sa précieuse lors des manipulations expérimentales, Enfin je ne saurais cette partie concernant les remerciements sans y associer mes proches. Tout d’abord ma mère, dont les encouragements et le soutient constant ont été d’une valeur inestimable durant des longues années d’études, mais également mes frères et ma sœur Farida. Il serait impossible de pouvoir exprimer toute ma reconnaissance, encore moins en quelques lignes, mais je tiens tout de même à les remercier chaleureusement. Mes amis et ont également contribué à cette thèse, de près ou de loi. Ainsi que mes collègues de l’université de Mascara, particulièrement Professeur A.TAHOUR et Professeur Y. BENMIMOUN. Il m’est souvent arrivé de les ennuyer avec mes travaux et mes satisfactions. Ils on su m’écouter et m’encourager, je les en remercie sincèrement. Tables des matières Tables des matières Introduction générale 1 Chapitre I : Etat de l’art 1.1. Charge triboélectrique des matériaux granulaires 4 1.1.1.Modes d’électrisation : 1.1.2. Bases physiques du phénomène de charge triboélectrique 8 1.1.3. Facteurs influents 9 1.1.4. Dispositifs de charge 11 1.1 Procédés et installations de séparation tribo-électrostatiques 12 1.2.1. Séparateurs «classiques » à chute libre 12 1.2.2. Nouveaux procédés de séparation 14 1.3 Modélisation des procédés de séparation tribo-électrostatique 19 1.3.1 Modélisation physique 19 1.3.2 Modélisation expérimentale 20 1.3.3 Modélisation numérique 21 Conclusion 23 Chapitre II : Modélisation expérimental 2.1 Installations expérimentales 24 2.1.1 Séparateur tribo-aéro-électrostatique de laboratoire 24 2.1.2 Dispositif industriel 27 2.1.3 Techniques de mesure de charge 33 2.1 Etude du régime intermittent 36 2.2.1 Expériences pour l’évaluation de l’efficacité de la séparation 37 2.2.2 Estimation de la charge tribo-électrique acquise 40 2.2.3 Modélisation expérimentale de la séparation tribo-électrostatique 46 Tables des matières 2.2.4 Fonctionnement du séparateur industriel 50 2.3. Etude du régime continu 52 2.3.1 Fonctionnement continu du dispositif à débit faible 52 2.3.2 Résultats expérimentaux obtenus avec le dispositif à débit faible en fonctionnement à boucle ouverte 55 2.3.3 Modélisation par la méthodologie des plans d’expériences 57 Conclusion 61 Chapitre III : Elaboration et validation d’un modèle numérique 3.1. Modèle mathématique 62 3.1.1. Hypothèses 62 3.1.2. Equations du régime intermittent 65 3.1.1.1 Equations de base 65 3.1.1.2 Algorithmes de simulation 68 3.1.3. Equations du régime continu 69 3.1.3.1 Equations de base 70 3.1.3.2 Algorithmes de simulation 72 3.2 Code de calcul 74 3.2.1 Algorithme de base 76 3.2.2 Particularité du code pour la simulation du régime intermittent 77 3.2.2 Particularité du code pour la simulation du régime continu 79 3.3 Validation du code 81 3.3.1 Régime intermittent : Séparation d’un mélange 50%A+ 50%B 82 3.3.2 Régime intermittent : Séparation d’un mélange 40%A+60%B 83 3.3.3 Régime continu 84 Conclusion 86 Tables des matières Chapitre IV: Simulation numérique du fonctionnement d’un séparateur tribo-aéro-électrostatique 4.1 Simulation du régime de fonctionnement intermittent 87 4.1.1 Effet des parois 88 4.1.2 Nature des matières à séparer 90 4.1.3 Mélange de trois matériaux granulaires 92 4.2 Simulation du régime de fonctionnement continu en boucle ouverte 93 4.2.1 Effet de débit 94 4.2.2 Effet de la composition du mélange 95 4.2.3 Effet de la concentration et du débit non contrôlés 97 4.3 Simulation du régime de fonctionnement continu en boucle fermée 98 4.3.1 Effet de la composition du mélange dans le lit fluidisé 100 Conclusion 106 Conclusion Générale 107 Références Bibliographique 109 Annexes 116 NOMENCLATURE A,B matières à séparer. C ,C Concentration des matériaux A andB A B M Masse totale à séparer M ,M Masse de A et Bdans le lit fluidisé A B M ,M masse récupérée de A et B As Bs N nombre de collision par unité de temps P function deprobabilité Π fonction de distribution normal standard PA Polyamide PC Polycarbonate PMMA poly méthacrylate de méthyle X Nombre de collisions AB x Nombremoyen de collisions de A-B AB s Ecart type moyen xAB s Ecart type standard xAB t Temps deséparation de 50% des granules A 50% , Charge échangée entre un granule A (ou B) et la paroi A B Subscripts e Valeur estimée exp Valeur expérimentale IntroductionGénérale INTRODUCTION GENERALE Il y a vingt ans, l’industrie du recyclage était à peine intéressée par la valorisation des déchets d’équipements informatiques (figure. i.1). Aujourd'hui, cette catégorie de déchets connaît la plus forte croissance en termes de volume à traiter. C’est pour cela que le problème de la récupération et du traitement des équipements informatiques en fin de vie est devenue une préoccupation majeure pour toutes les entreprises qui travaillent dans ce secteur. Dans ce contexte, les matériaux plastiques sont très présents dans notre environnement. Les technologies électrostatiques se sont imposés comme la solution de choix pour le recyclage des matériaux plastiques contenus dans ces déchets. D’autant plus que la séparation électrostatique est une technologie non-polluante, caractérisée par une faible consommation d’énergie, ainsi que par des coûts réduits d’exploitation et d’entretien. Incitées par la demande de l’industrie du recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques, multiples recherches avaient déjà été réalisées par des laboratoires européens, américains, canadiens, japonais et algériens sur la séparation électrostatique des matériaux plastiques granulaires et sur les principaux mécanismes de charge impliqués. Figure i.1: Classes des matériaux plastiques dans les composants informatiques Par ailleurs, la modélisation numérique se développe de plus en plus pour l’étude des matériaux granulaires. Cela est dû notamment au coût des expériences et à l’évolution des techniques de calcul. Un avantage non négligeable des simulations numériques est la 1 IntroductionGénérale possibilité de connaître l’ensemble des grandeurs physiques en tout point du domaine occupé par les grains et à tout instant. La méthode numérique étudiée dans ce manuscrit permet de calculer la masse de matière récupérée en fonction de la composition du mélange introduit dans le dispositif de séparation tribo-aéro-électrostatique à lit fluidisé. L’analyse des problèmes présentés dans les paragraphes précédents à permis de dégager comme but de cette thèse la modélisation du fonctionnement d’un séparateur tribo-aéro-électrostatique pour matériaux plastiques granulaires. L’objectif de cette thèse, était d’améliorer les méthodes de séparation électrostatique actuelles et de proposer des solutions viables à des nouvelles applications industrielles, ainsi qu’une modélisation numérique a été développée et vérifiée par des essais expérimentaux appropriés afin d’assurer une croissance rapide des quantités à traiter, et une augmentation progressive des exigences concernant la qualité des concentrés obtenus. Le premier chapitre expose la problématique de la récupération des matériaux plastiques d’équipements informatiques, quelques concepts sur l’effet tribo-électrique sont passés en revue, ainsi que la construction et les principes de fonctionnement de certains dispositifs de tribo-électrisation et de séparation électrostatique. L’analyse de l’état de l’art dans le domaine de la tribo-électrisation des matériaux plastiques granulaires a permis de dégager plusieurs pistes d’investigation expérimentale et de structurer le modèle numérique de ce travail. Les expériences présentées dans le cadre du 2ème chapitre ont visé l’évaluation des propriétés électriques des matériaux isolants granulaires par rapport à leur mouvement dans des installations de séparation tribo-aéro-élctrostatique. Les résultats des études menées en utilisant la méthodologie des plans d’expériences montrent que la charge triboélectrique des particules dans ces installations peut être utilisée pour améliorer l’efficacité globale d’une installation de séparation électrostatique. A l’aide de deux dispositifs expérimentaux originaux réalisés au sein du laboratoire Pprime, à l’Institut Universitaire de Technologie d’Angoulême, Université de Poitiers, France, il a été possible d'évaluer les effets de plusieurs facteurs qui pourraient influer sur l'efficacité d'un processus de charge en lit fluidisé, en présence d'un champ électrique. Les données expérimentales présentées dans ce chapitre ont été validées dans le 3ème chapitre par deux modèles numériques, le premier est la séparation des mélanges granulaires en régime 2 IntroductionGénérale intermittent, et le deuxième pour assurer une séparation continue afin de pouvoir l’appliquer dans l’industrie. L’objectif du 4ème chapitre a été de traiter les divers aspects de la modélisation par paliers de difficultés : élaborer d’abord un code de calcul intermittent en développant l’effet des parois, l’effet de natures des matières à séparer ainsi que la séparation de trois matériaux granulaires. Ensuite l’étude est concentrée sur le modèle numérique de l’alimentation en continu de la matière à séparer sans et avec boucle, en étudiant l’effet de concentration et de débit de matière à séparer où la démarche numérique et les résultats sont décrits. Le manuscrit sera terminé par une conclusion générale, qui clôture la thèse, et présente une synthèse des principales contributions apportées dans les différents domaines étudiés, ainsi que de l’énoncé des perspectives ouvertes par ce travail 3

Description:
Bases physiques du phénomène de charge triboélectrique. 8. 1.1.3. Facteurs 2 .1.1 Séparateur tribo-aéro-électrostatique de laboratoire. 24.
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