Identification et optimisation d'un four tunnel d'industrie céramique

Abstract

Les augmentations successives du coût des énergies ont bouleversé les économies de la plupart des pays du monde. Ce phénomène a principalement marqué les industries grandes consommatrices d'énergie. L'industrie céramique qui en fait partie, utilise à elle seule 3% de l'énergie consommée par l'industrie françai~e. Ce problème a obligé constructeurs et utilisateurs à fournir des efforts très importants dans le développement de la technologie des unités de production. Cela se fait en passant par l'automatisation et la mécanisation des installations, afin de réduire les différents coûts. Dans notre cas, le four est déjà construit et payé. Son prix de revient n'entre plus en ligne de compte. Par contre, des mesures d'Organisation Scientifique du Travail sont déjà prises, pour obtenir le meilleur, en termes économiques, des ressources disponibles gestion de la màin d'oeuvre, amélioration des coefficiehts d 1 utilisation des machines et des installations. Toutefois, le prix d'exploitation l'énergie thermique en particulier, est un élément sur lequel on peut envisager encore des économies. En effet, les fours tunnels réalisés actuellement pour la cuisson utilisent 300 à 400 kilocalories par tonne. de produits cuits, alors que, le minimum théorique est d'une cinquantaine de kilocalories par tonne de produits cuits. Cela correspond à un faible rendement (16%). Les spécialistes dans ce domaine, estiment que des améliorations peuvent être apportées par une étude fine du fonctionnement de ces processus. L'objectif à atteindre est la réduction de la consommation énergétique. Une série de travaux théoriques et appliqués a été entreprise dans le cadre d'un contrat Recherche - Industrie entre le L.A.A.S., l'Institut de Génie Chimique (I.G.C.) et les Etablissements GELIS de Colomiers. Cete étude vise l'amélioration de fonctionnement d'un four de cuisson de tuiles. C'est sur la base de ces travaux que nous avons abordé notre étude. Dans ce mémoire nous présentons essentiellement les études de la modélisation et de l'optimisation du fonctionnement de ce four. Dans le premier chapitre, une description générale du processus à étudier est donnée. Ensuite, un modèle mathématique est établi sur la base d'un certain nombre d'hypothèses simplificatrices. Le modèle est un système d'équations aux dérivées partielles non linéaire à deux dimensions spatiales. Il représente le fonctionnement thermique des fours tunnels. Le système d'équatipns complexe est difficile à résoudre. Cela nous amène à déterminer une solution approchée, par utilisation d'une méthode de discrétisation aux différences finies. Nous présenterons un nouveau schéma de discrétisation simple à mettre en oeuvre et bien adapté aux processus à contre-courant. Ceci fera l'objet du deuxième chapitre. Du fait de la complexité du modèle, nous essayons, dans la première partie du troisième chapitre, de simplifier autant que possible le modèle, nous permettant ainsi de réduire considérablement le temps de calcul de la solution. Ensuite, une étude de sensibilité complète est effectuée. Elle aboutira au êhoix des paramètres susceptibles d'être identifiés. Dans le quatrième et dernier chapitre, afin de valider le modèle retenu, le problème de l'identification est traité, malgré la difficulté d'obtention de mesures suffisamment fiables. Nous avons mis en évidence l'intérêt actuel qui est, pour des raisons économiques, l'optimisation du fonctionnement des fours, en particulier les fours d'industrie céramique. Cet objectif sera atteint par l'obtention d'un régime nominal de fonctionnement. Il assurera une consommation énergétique réduite tout en respectant les contraintes sur le gradient thermique, qui sont directement liées à la qualité du produit.