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Notre monde a besoin d’avoir davantage accès à des sources d’énergies propres et renouvelables. Sa lourde dépendance envers les carburants fossiles, le bois de chauffe et le charbon de bois limite fortement son potentiel de développement économique et social, et va jusqu’à affecter sa survie. Alors que nos besoins en énergie continuent de croître très rapidement sous la pression des facteurs démographiques et de l’urbanisation, nos ressources sont de plus en plus à la traîne. Cela implique que nous passons des sources traditionnelles d’énergie à de nouvelles, améliorant les économies d’énergie, exploitant le potentiel peu exploré des énergies renouvelables et réduisant notre dépendance envers les carburants fossiles. Ainsi, nous nous sommes tournés vers le biodiesel qui est un carburant à combustion propre destiné au remplacement du diesel issu du pétrole, aussi il est de l’huile végétale pure (HVP) produit à partir de ressources renouvelables telles que les huiles de grains oléagineux comme le Jatropha curcas et enfin, il crée un environnement du monde rural attractif et attrayant par le fait qu’il est moins polluant que le gasoil.
CONCEPT GENERAL SUR LE MOTEUR DIESEL
GENERALITES SUR LE MOTEUR DIESEL
Historique
C’est un ingénieur allemand, Rudolph Diesel (1858 – 1913) qui inventa le premier moteur à combustible lourd. Ce moteur était surtout peu onéreux et d’un très bon rendement. C’est en 1896, qu’il construisit son premier moteur à 4 temps à compression préalable. Il décrit un cycle à pression constante pour un moteur à combustion interne. Il met au point ce moteur, à l’intérieur duquel on injecte directement le carburant dans de l’air préalablement comprimé où il s’enflamme grâce à la haute température produite par cette compression. La différence fondamentale avec le moteur à essence est, qu’il ne possède pas de bougies pour enflammer le carburant.
Généralités
Les moteurs diesel diffèrent des moteurs à essence en ce qu’ils ne comportent pas de carburateur ni d’organes d’allumage. Ils disposent en revanche d’un ensemble d’injection de combustible. Il est donc défini comme un moteur à allumage par compression en raison de son rapport volumétrique élevé.
Définition
Le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l’allumage n’est pas commandé mais spontané, par phénomène d’auto-inflammation. Il n’a donc pas besoin de bougies d’allumage. Cela est possible grâce à un très fort taux de compression (rapport volumétrique) d’environ 14 à 25, permettant d’obtenir une température de 700 à 900 °C. Des bougies de préchauffage sont souvent utilisées pour permettre un meilleur démarrage du moteur à froid, en augmentant la température de la combustion. Le moteur Diesel a été conçu au départ pour fonctionner au charbon pulvérisé, cependant, suite aux problèmes d’usure dus aux résidus de combustion, Rudolf Diesel est passé aux carburants liquides, comme le fioul ou les huiles végétales. Les moteurs Diesel fonctionnent habituellement au gasoil, au fioul lourd ou aux huiles végétales.
Principe de fonctionnement du moteur diesel
Comme le moteur thermique à essence, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d’admission et d’échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames.
Avantages et inconvénients du moteur diesel
Avantages
❖ Le combustible utilisé est moins coûteux.
❖ Grâce à l’augmentation du rapport volumétrique, il aura un rendement meilleur car sa consommation spécifique diminue (200g/kWh en moyenne) par rapport à celle du moteur à essence (330g/kWh) et la combustion est visiblement plus complète.
❖ Le point d’inflammation du combustible est plus élevé que celui de l’essence ainsi des risques d’incendies sont amoindries.
❖ La toxicité des gaz d’échappements est moindre car il contient moins d’oxyde de carbone.
❖ Le couple moteur est plus important et il reste sensiblement constant pour les faibles vitesses.
Inconvénients
❖ L’entretien et la réparation sont plus onéreux, les pièces usées sont plus difficiles à changer et les pièces de rechange coûtent plus chères, aussi les mécaniciens sont rémunérés au plus haut point par rapport à ceux d’un moteur à essence.
❖ Le bruit de fonctionnement est très élevé par le fait que les cylindres ont besoin de fortes pointes de pression au cours de la combustion.
❖ Les moteurs diesel sont plus lourds par rapport à son homologue à essence en raison des dimensions excessives de ses organes mécaniques.
❖ La difficulté de refroidissement dans les chambres de combustion causée par la production d’une forte température lors de la combustion.
❖ L’aptitude au démarrage à froid est moins bonne que pour un moteur à allumage commandé (taux de compression élevé).
ORGANES CONSTITUTIFS D’UN MOTEUR DIESEL
Les organes fixes
Ils sont constitués des pièces suivantes : la culasse, le bloc moteur et le carter.
La culasse
La culasse est le chapeau du cylindre à l’opposé du piston. La culasse est toujours rapportée à un joint métalloplastique étant interposé entre la culasse et le bloc moteur dont la surface est parfaitement dressée. Elle comprend les orifices destinés aux soupapes et les amorces des tubulures d’admission et d’échappement suivant le mode de distribution adopté ainsi que l’orifice de l’injecteur.
Le bloc moteur
Le bloc moteur tient plusieurs fonctions dans le moteur : support de vilebrequin, il permet le guidage des pistons ainsi que le passage de canalisation de graissage et des refroidissements. La conception de son usinage sera en fonction des efforts d’origine mécanique et thermique qu’il devra subir.
En principe, il existe trois types de blocs moteurs :
– le bloc intégral c’est-à-dire sans chemises
– le bloc à chemise toujours à refroidissement à eau
– le bloc à refroidissement à air recevant les cylindres amovibles .
Le carter
Le carter couvre la partie basse du moteur et constituant ainsi de réservoir pour l’huile de graissage. Il protège les organes internes comme le vilebrequin, les organes de distribution, les organes de lubrification…etc, contre les facteurs suivants : l’eau, les poussières et la boue. Il doit être une pièce rigide et légère.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE 1 : CONCEPT GENERAL SUR LE MOTEUR DIESEL
Chapitre I : GENERALITES SUR LE MOTEUR DIESEL
I–1 Historique
I–2 Généralités
I–3 Définition
I–4 Principe de fonctionnement du moteur diesel
II-4-1 l’admission
II-4-2 la compression
II-4-3 l’explosion et la détente
II-4-4 l’échappement
I–5 Caractéristiques du combustible pour le moteur diesel
I–6 Avantages et inconvénients du moteur diesel
I–6-1 Avantages
I–6-2 Inconvénients
I-7 Phénomènes de combustion
I-7-1 Combustion complète et incomplète
I-7-2 Equation stœchiométrique de combustion
Chapitre II : ORGANES CONSTITUTIFS D’UN MOTEUR DIESEL
II-1 Les organes fixes
II-1-1 La culasse
II-1-2 Le bloc moteur
II-1-3 Le carter
II-2 Les organes mobiles
II-2-1 Le piston
II-2-2 La bielle
II-2-3 Le vilebrequin
II.3 Les organes de distribution
II.3.1 Les soupapes
II.3.2 Les culbuteurs
II.3.3 L’arbre à cames
II.3.4 Poussoirs et tiges culbuteurs
II.3.5 Entraînement de l’arbre à cames
PARTIE 2 : ETUDE DU COMBUSTIBLE
Chapitre I : HUILE DE JATROPHA
I-1 Généralités
I-2 Plantation de Jatropha
I-3 Fabrication de l’huile de Jatropha
I-3 -1 Presse de Bielenberg
I-3 -2 Presses motorisées
I-4 Propriétés de l’huile de Jatropha
I-5 Utilisation de l’huile de Jatropha
I-5-1 Huile lampant
I-5-2 Matériel de base pour la production de savon
I-5-3 Carburant de moteur diesel
I-6 Analyse chromatographique en phase gazeuse de l’huile de Jatropha
Chapitre II : LE BIODIESEL DE JATROPHA
II-1 Définition
II-2 Elaboration du biodiesel
II-2-1 Type de l’alcool utilisé
II-2-2 La réaction de transestérification
II-2-3 But de la réaction
II-2-4 Matériels et réactifs
II-2-5 Processus de fabrication du biodiesel de Jatropha dans le laboratoire du génie chimique de l’ESPA
II-3 Indices physico-chimiques du biodiesel
II-3-1 Pouvoir calorifique
II-3-2 Point d’éclair
II-3-3 Indice de cétane
II-3-4 Densité
II-3-5 Viscosité
II-3-6 Teneur en alcool
II-3-7 Teneur en eau
II-4 Analyse chromatographique en phase gazeuse du biodiesel de Jatropha
PARTIE 3 : ESSAI PRATIQUE
Chapitre I : DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES THERMODYNAMIQUES
I-1 Spécificités du moteur étudié
I-2 Calcul des paramètres thermodynamiques du moteur
Chapitre II : BILAN ECOLOGIQUE D’UN MOTEUR A BIODIESEL DE JATROPHA
II-1 Réaction d’oxydation des éléments constitutifs considérables du biodiesel de Jatropha
II-2 Etudes qualitatives et quantitatives des composantes des émissions gazeuses d’un moteur à biodiesel de Jatropha
II-2-1 Emission de dioxyde de carbone (C02)
II-2-2 Les émissions de monoxyde de carbone (CO)
II-2-3 Les émissions de dioxyde de soufre (SO2)
II-2-4 Les émissions des oxydes d’azote (NOX)
II-2-5 Les émissions de particules
II-3 Opacité des gaz d’échappement d’un moteur à biodiesel de Jatropha
II-3-1 Opacimètre
II-3-2 Mode d’installation
II-4 Courbes caractéristiques de transition pour le moteur à biodiesel de Jatropha
II-5 Interprétation et discussion des résultats
II-6 Conclusion partielle
PARTIE 4 : ETUDES DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CONCLUSION
