A mon divin Père Eternel

Créateur du ciel et de la terre ;

A Marie

Mater Ter Admirabilis ;

A mon très cher Papa

Raphaël MATABISHI MWANAWABENE ;

A ma très chère Maman

Colette IGEGA M’NAKAHANGA ;

Aux familles de mes grands frères

Mac MUGUMAODERHA et Lune MARUBA,

Arnold BAHATI et Clara BAHATI,

Serge BATUMIKE et Tyne MUGANDA,

Elvis BAZISULE et Mamie MAHESHE ;

Aux familles de mes grandes sœurs

Innocent NZIGI et Suzanne SIFA BULONZA, Innocent KABUYE et Solange BINTU ;

A mes grands frères

Papy Patient Percheron BIRINGANINE,

Rodrigue BASHAGALUKE, Bernard AGANZE ;

A ma douce petite sœur Nathalie BULANGALIRE. 

Je dédie ce travail.

Pacifique KOSHIKWINJA MATABISHI

Remerciements

En celui en qui tout ce qui existe tient nom et trouve sens, mon Dieu Père, Fils et Esprit Saint, j’adresse mes premiers sentiments de profonde gratitude pour son amour, sa miséricorde, ses dons et grâces sans les quels tous mes efforts seraient vains pour l’accomplissement de ce travail.

J’adresse aussi mes vifs remerciements à Monsieur Vyumvuhore Jérôme qui a accepté de diriger ce projet de fin d’études et pour son soutien permanent tout au long de ce laborieux travail. L’intérêt qu’il y a apporté et la confiance qu’il m’a constamment témoignée m’ont été très motivants et utiles pour l’aboutissement de ce travail.

Mes remerciements s’adressent également à tous les enseignants qui m’ont édifié depuis mon entrée au banc de l’école, au corps professoral de l’Université du Burundi, spécialement les professeurs de l’Institut Technique Supérieur, particulièrement ceux du département du génie électromécanique, pour la formation scientifique et humaine qu’ils m’ont procurée. Qu’ils se sentent fiers de l’homme que je suis devenu.

Que tous ceux qui ont participé d’une manière ou d’une autre à l’accomplissement de ce travail se sentent flattés à travers ses pages. Je pense particulièrement au personnel de l’Université du Burundi, de l’Institut Géographique du Burundi, à Mac Mugumaoderha, à Fidèle Rurihose, à Bob K. Amissi.

Mes pensées vont de manière très spéciale à toute ma famille, non seulement pour leur appui financier sans lequel cette formation ne saurait aboutir, mais aussi et surtout pour m’avoir sans cesse soutenu et avoir supporté mon absence pendant ce moment de dur labeur. À mes aimables  petits neveux et nièces, à mes cousins et cousines, oncles et tantes, la grande famille Ntagengwa ainsi que la grande famille Rubakuza.

Que tous ceux qui ont rendu agréable mon séjour à Bujumbura : la Communauté du Chemin neuf de Bujumbura, le centre spirituel Emmaüs de Kiriri, la famille de Shoenstatt du Burundi, Monsieur Nsibula Roger et sa famille, la famille Ntiruseseka, Paul Mufariji et sa famille, Ndayisenga Chérine Arlette, Melissa B., Juste R., Nérie B., Patricia B., Daniele F., Neila T., Lauraine N., Iddy Ngendakumana, Elvin N., Zéphirin, la communauté estudiantine Rumuri, spécialement du campus Kiriri, mes promotionnels, Erick, Larissa, etc., se sentent gratifiés par l’aboutissement de la formation d’Ingénieur Industriel qui offre le cadre de présentation de ce travail.

Mon cœur déborde de gratitude envers la Communauté des Etudiant Congolais de l’Université du Burundi, à mes amis et proches avec qui nous avons passé d’agréables temps fraternels. Je pense à Espoir B., Flaviens M., Moïse B., Aladin, Docile C.,Landry F., John L., Espérance K., Serge B., Fabien O., Isaac B., Bagula, Christian, Awa, Prosper M., Erast, Yves, Derrick, Kamili, Metalor, etc. et plus spécialement à Monsieur Tardif Bisimwa Polepole.

En fin je remercie les membres du jury pour la lecture et l’évaluation de ce travail.

Pacifique KOSHIKWINJA MATABISHI

Epigraphe

« Nous devons apprendre à écouter la terre si nous voulons survivre » 

(Pape Benoit XVI)

« It’s always seems impossible until it’s done » 

(Nelson Mandela)

« There are two possible outcomes : if the result confirms the hypothesis, then you’ve made a measurement, if the result is contrary to the hypothesis, then you’ve made a discovery »

(Enrico Fermi)

RESUME

Ce travail a permis d’étudier, concevoir, optimiser et évaluer par simulation numérique les performances d’un réfrigérateur solaire à adsorption à usage domestique utilisant le couple gel de silice/eau. Le réfrigérateur à été conçu de manière à être construit intégralement par les matériaux et technologies disponibles dans la sous-région des grands lacs africains tout en tenant compte des aspects économiques, écologiques, techniques et esthétiques. 

Dans les conditions climatologiques de la ville de Bujumbura, nos résultats ont montré que pour une surface utile de 1m² du capteur (réacteur solaire), la masse optimale du gel de silice est de 10,6 kg. Dans les conditions normales de fonctionnement, le réfrigérateur produit quotidiennement le froid équivalant énergétiquement à abaisser de 20°C une masse d’eau de 35kg avec un coefficient de performance global d’ordre de 0,16. Un système de stockage de froid sous forme de glace permet une autonomie de 3 jours d’absence de soleil et de maintenir la température interne du bahut inférieur à 8°C.

Le réfrigérateur étant alimenté énergétiquement par l’énergie solaire, un code de calcul permettant de prédire les caractéristiques ainsi que les composants du rayonnement solaire à chaque instant de la journée a été élaboré. L’étude thermodynamique du réfrigérateur a été abordée par l’analyse classique des bilans énergétiques des quatre phases du cycle. L’équation d’équilibre thermodynamique bivalent issue de la théorie de DUBININ et RADUSHKEVICH nous a permis d’évaluer l’influence des différents paramètres sur les performances de la machine.

Pour optimiser et évaluer les performances du réfrigérateur, le comportement transitoire du réacteur solaire a été étudié durant le cycle complet de la machine. De ce fait, une modélisation mathématique de transfert de chaleur et de masse au sein du réacteur à été fait avec les hypothèses simplificatrices. Le modèle mathématique est basé sur les équations de conservation de l’énergie et de masse ainsi que l’équation d’état de DUBININ et RADUSHKEVICH. La résolution des équations différentielles trouvées a été faite par la méthode des différences finies. Les codes des calculs ont été élaborés en Matlab. L’ensemble des résultats numériques obtenus a permis de mettre en évidence les paramètres optimaux, l’évolution spatio-temporelle des variables d’états (température, masse, pression) et l’influence des différents paramètres sur les performances de la machine. 

TABLE DES MATIERES

Table des matières

Liste des figures

Liste des tableaux

NOMENCLATURE