Etude des mécanismes d'adhésion des poussières sur les surfaces des miroirs réflecteurs dans les régions arides

Abstract

Pour les centrales solaires à concentration (CSC), les régions arides et semi-arides sont considérées comme des sites appropriés pour l'installation des centrales solaires à concentration principalement en raison de l'irradiance normale directe élevée présentée dans ces zones. Cependant, l'accumulation et l'adhésion de poussières sur les surfaces des miroirs réflecteurs présentent un obstacle à l'amélioration de l'efficacité des miroirs solaires en absorbant et en diffusant la lumière du soleil. De ce fait, cette recherche se concentre sur la compréhension des mécanismes d’adhesion de poussière et l'évaluation de l'adhérence sur les surfaces des miroirs réflecteurs et aussi sur la recherche de nouvelles solutions qui peuvent être mises en œuvre dans les centrales solaires à concentration pour réduire la consommation d'eau dans le processus de nettoyage des miroirs réflecteurs. Tout d'abord, une nouvelle méthode a été présentée pour évaluer l'adhérence de la poussière à la surface des miroirs réflecteurs. Sur la base de la théorie DLVO étendue, trois types de miroirs réflecteurs sont étudiés, le premier type est un miroir commercial utilisé dans le projet NOOR 1 à Ouarzazate, le second type est un miroir avec nano-revêtement d’alumine (Al2O3) amorphe hydrophobe et le troisième type est un miroir avec nano-revêtement de TiO2 hydrophile. Les particules de poussière ont été collectées dans trois régions potentielles pour l'installation des centrales solaires à concentration au Maroc (Ouarzazate, Tinghir et Midelt). Les résultats ont montré que l’énergie d'adhérence entre les miroirs avec nano-revêtement d'alumine hydrophobe et les particules de poussière de Tinghir a une valeur minimale de 42,78 mJ/m2 par rapport à d'autres échantillons. Ce résultat peut s'expliquer par le caractère hydrophobe de la surface de ce miroir et par la nature des minéraux argileux du sol extraits du site de Tinghir. Les résultats de la diffraction des rayons X ont montré que les minéraux argileux de type Illite et Kaolinite sont présents en quantités importantes dans Tinghir et cela explique la faible adhésivité de la poussière de Tinghir à la surface des miroirs, car l'Illite et la kaolinite sont des argiles gonflent partiellement dans l'eau et donc très faible adhérence à une surface solide. Deuxièmement, afin d'évaluer l'adhérence de la poussière par une autre méthode et en suivant les calculs de l'énergie libre de surface des particules de poussière et des miroirs réflecteurs; les forces d'adhérence ont été évaluées pour trois types des miroirs réflecteurs. Dans cette partie, deux types de particules de poussière sont étudiés. Le premier type est les particules de7 poussière d’Ouarzazate et le second type est les particules de poussière de Midelt. Il a été fondé une bonne relation entre les compositions de particules de poussière et les paramètres métrologiques des régions avec les types de forces d'adhésion, soit les forces de Van Deer Waals (VDW) ou les forces capillaires. Aussi, une bonne relation a été trouvée entre les résultats des forces d'adhérence et le type de minéraux argileux présentés dans chaque type de particules de poussière. Troisièmement, suivant la théorie DLVO étendue pour trois phases, de nouvelles solutions ont été présentées pour réduire la consommation d'eau dans l'opération de lavage des miroirs réflecteurs. Certains additifs sont suggérés pour diminuer l'énergie libre de surface de l'eau et par conséquent augmenter l'étalement et la mouillabilité de l'eau au contact des miroirs à réflecteur. Dans cette partie, le Ghassoul naturel, il est fortement recommandé de le mélanger avec de l’eau. En fait, le Ghassoul naturel contient à la fois un côté hydrophile (aimant l'eau), tel qu'un anion acide (-CO2- ou SO3-) et un côté hydrophobe (qui déteste l'eau); un côté contient des charges positives et l'autre des charges négatives. Quatrièmement, suite au calcul de l'adhérence des poussières et à l'évaluation des forces d'adhérence et afin d'étendre nos recherches en temps réel, une microscopie des salissures en extérieur (MSE) a été implantée pour collecter les données d'images des échantillons souillés et corréler le résultat des paramètres météorologiques. Cependant, sur la base d'un réseau neuronal artificiel (RNA) et les données collectées, le dépôt des poussières et la remise en suspension ont été prévus en fournissant uniquement les conditions météorologiques de certaines régions. Les performances de ce modèle ont été testées à l'aide de l'algorithme NARX Levenberg Marquardt pour identifier le lien entre les données d'entrée et de sortie et ainsi prédire avec précision les pourcentages de poussière sur les surfaces, et nous concluons dans cette partie que la machine de réseau neuronal artificiel (RNA) a montré un bon résultat pour la prédiction du pourcentage de poussière.