Développement et analyse des performances d'un séchoir solaire intégrant un stockage thermique par chaleur latente

Abstract

Résumé : Cette thèse présente la conception, le développement et l’évaluation des performances d’un séchoir solaire innovant intégrant un concentrateur parabolique cylindro-parabolique (PTC), un système de suivi solaire à deux axes, ainsi qu’une unité de stockage thermique à base de matériaux à changement de phase (PCM). Le système proposé vise à surmonter les principales limites des méthodes traditionnelles de séchage solaire, notamment leur faible rendement durant les fins d’après-midi et sous des conditions climatiques instables. Fabriqué à partir de matériaux locaux et économiques, le prototype a été testé dans des conditions environnementales réelles à El Oued, en Algérie. Le concentrateur a atteint un rendement thermique maximal de 45,25 % et a permis de maintenir une température de 70 °C dans la chambre de séchage. L’intégration des PCM a permis de prolonger l’activité de séchage jusqu’à quatre heures après le coucher du soleil, améliorant ainsi l’autonomie énergétique du système. Le séchoir a réduit l’humidité des tranches d’abricot de 69 % à 8 % (base humide) et a surpassé les méthodes classiques : 65,8 % plus efficace que le séchage à l’ombre, 50,4 % plus performant que le séchage à l’air libre, et 15,4 % plus efficace que le même système sans PCM. L’analyse économique a révélé des périodes de retour sur investissement très courtes (0,36 à 0,43 an) et des économies annuelles dépassant 3 000 USD, confirmant la viabilité du système pour un usage agricole. La modélisation numérique a validé les résultats expérimentaux avec une excellente concordance (R² = 0,97228, χ² = 0,21674). Cette étude contribue au développement des technologies de séchage solaire durable et soutient les objectifs de transition énergétique et de conservation alimentaire dans les régions riches en soleil comme l’Algérie. الملخص: تُقدّم هذه الأطروحة تصميم وتطوير وتقييم مجفف شمسي مبتكر يدمج بين مجمّع شمسي ذي قطع مكافئ (PTC) ، ونظام تتبّع شمسي ثنائي المحور، ووحدة لتخزين الطاقة الحرارية تعتمد على مواد تغيير الطور (PCM). يهدف هذا النظام إلى معالجة أبرز القيود التي تعاني منها طرق التجفيف الشمسي التقليدية، خاصة انخفاض الكفاءة خلال ساعات ما بعد الظهيرة أو في ظل ظروف جوية غير مستقرة. تم تصنيع المجفف باستخدام مواد منخفضة التكلفة واختباره تجريبيا تحت الظروف المناخية الحقيقية في جامعة الوادي، الجزائر. تم تقييم الأداء الحراري والبصري للنظام بدقة، حيث بلغ الحد الأقصى للكفاءة الحرارية للمجمّع 45.25%، بينما حافظت غرفة التجفيف على درجات حرارة تصل إلى 70 درجة مئوية. ساهم دمج مواد PCM في استمرار عملية التجفيف حتى أربع ساعات بعد غروب الشمس، مما حسّن من استغلال الطاقة وزاد من استقلالية النظام. نجح المجفف في خفض محتوى الرطوبة في شرائح المشمش من 69% إلى 8% (على أساس الوزن الرطب)، وأظهر تحسنًا كبيرًا مقارنة بطرق التجفيف التقليدية: 65.80% مقارنة بالتجفيف في الظل، 50.37% مقارنة بالتجفيف في الهواء الطلق، و15.38% مقارنة بنفس النظام بدون PCM. أظهر التحليل الاقتصادي فترات استرداد قصيرة جدًا (0.36–0.43 سنة)، ومدخرات سنوية تتجاوز 3000 دولار، مما يؤكد جدوى استخدامه في المجال الزراعي. كما أثبتت النمذجة العددية توافقًا كبيرًا مع النتائج التجريبية (معامل التحديد R² = 0.97228، ومربع كاي χ² = 0.21674). تمثل هذه الأطروحة مساهمة علمية وتقنية مهمة في مجال تقنيات التجفيف المستدام، وتدعم أهداف الانتقال الطاقوي والأمن الغذائي في المناطق الغنية بالطاقة الشمسية مثل الجزائر.