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Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

II y a plus de 200,000 canadiens qui vivent dans environ 300 communautés isolées, qui ne sont pas connectées aux réseaux électriques provinciaux ou territoriaux. La plupart de ces communautés sont alimentées en électricité via des groupes électrogènes Diesel et subissent ainsi les coûts de carburant qui ne cessent d'augmenter ainsi que les autres frais d'exploitation comme le transport du carburant, la maintenance de Diesel et la dégradation de la qualité de l'air. La perte annuelle d'Hydro-Québec dans les réseaux isolés, résultant de l'écart entre le coût de production de l'électricité et sa tarification, s'élève à 133 millions de dollars. Les énergies renouvelables dont principalement l'énergie éolienne, constituent un potentiel important pour réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles dans les réseaux électriques. Au cours des deux dernières décennies, il y a eu un taux accéléré des installations d'éoliennes de grande taille, sous forme de grands parcs connectés aux systèmes électriques provinciaux ou nationaux. Les coûts pour ces grandes éoliennes ont diminué jusqu'au point où ils commencent à être comparables aux technologies traditionnelles de génération d'électricité. Cependant, l'intermittence de l'énergie éolienne empêche les parcs éoliens de fonctionner d'une façon autonome dans les sites isolés qui sont paradoxalement très riches en cette ressource naturelle. Les Systèmes Hybrides Éoliens-Diesel (SHED) s'imposent donc comme alternative presqu'unique aux génératrices Diesels. Le Taux de Pénétration en Puissance (TPP) éolienne est un facteur important pour la réduction de la consommation de carburant. Pour des questions de rentabilité, les SHED à haut TPP ne sont pas encore rentables, et ceci principalement à cause de la dissipation de l'énergie éolienne durant les périodes où la puissance éolienne disponible est supérieure à la demande. Le stockage d'énergie excédentaire est une des solutions pour augmenter la rentabilité des ces installations. Des recherches récentes ont conclu que la technique de stockage d'énergie sous forme d'air comprimé dans des cavernes souterraines est la plus adéquate pour les applications SHED compte tenu de ses différents points forts comme le coût, la densité énergétique, la densité de puissance, la durabilité et l'efficacité. Cette technique est très mature et présente déjà à Huntorf en Allemagne et Macintosh en Alabama aux États-Unis, mais combinée avec des turboréacteurs à gaz naturel connectés au réseau central de l'électricité. Afin de permettre la transformation de l'excès de l'énergie éolienne en air comprimé et transformer l'air comprimé en électricité, il est nécessaire d'avoir un ou plusieurs convertisseurs. Proposer une série de compresseurs et de moteurs à air comprimé est une solution coûteuse qui ne peut probablement pas voir le jour à cause de son manque de rentabilité. Une solution économiquement viable serait une hybridation pneumatique du groupe électrogène Diesel, déjà existant sur place, le transformant en un Moteur Hybride Pneumatique-Diesel (MHPD) capable de jouer, en plus de son rôle initial, le rôle d'un moteur à air comprimé et celui d'un compresseur d'air, d'où l'idée d'un Système Hybride Eolien - Diesel - Air Comprimé (SHEDAC) proposée et étudiée dans le détail dans cette thèse. Cette thèse présente une analyse détaillée des modifications à apporter au moteur Diesel afin de le transformer en un MHPD. Elle expose également une optimisation du concept ainsi qu'une évaluation de son apport en termes d'économie de carburant dans un site cible et ceci pour différentes hypothèses de volume de stockage d'air et de TPP éolienne installée. Dans le village isolé nord-Canadien Tuktoyaktuk, actuellement équipé d'une génératrice Diesel de 1 MW, la production d'électricité nécessite 1080 tonnes de carburant par an. Si un SHED à haute pénétration (TPP = 2) était mis en place dans ce village, la consommation de carburant serait seulement 561 tonnes par an, soit une baisse de 48%. En ajoutant un système de stockage d'air comprimé de 100,000 m3 et en transformant le moteur Diesel en un MHPD, la consommation annuelle de carburant baisserait encore de 13%, pour atteindre 415 tonnes. Afin d'obtenir ce gain significatif, il est nécessaire d'apporter plusieurs modification au moteur Diesel d'origine. Parmi ces modifications, on note principalement : 1. l'ajout de deux vannes trois voies, une installée dans le conduit d'admission, reliant celui-ci soit à la sortie du compresseur soit à la sortie du réservoir d'air comprimé ; et une installée dans le conduit d'échappement, connectant celui-ci soit à l'entrée de la turbine, soit à l'air libre ; 2. le remplacement du système de distribution par arbre à came par un système de distribution électromagnétique ou piézo-électrique permettant de prendre le contrôle, via un dispositif externe, sur les instants d'ouverture et de fermetures des soupapes d'admission et d'échappement du moteur ; 3. la prise sous contrôle du système d'injection via un dispositif extérieur, permettant d'actionner ou de couper l'injection du carburant, et d'en contrôler la quantité et la durée. Le contenu de la thèse est présenté sous forme de cinq articles originaux publiés ou soumis à des journaux scientifiques avec comité de lecture, ainsi que trois articles publiés dans des congrès scientifiques avec comité de lecture. Chacun de ces articles fait, au moment de sa soumission, l'objet de l'état de l'avancement de l'étude, selon la méthodologie détaillée dans le chapitre I. - Canada has over 200,000 citizens living in remote communities, many of whom rely on diesel generators for their electricity supply. The economical cost of energy is therefore very high due to not only inherent cost of fuel but also to transportation and maintenance costs. The environmental cost of energy is also high as the use of fossil fuels for electricity generation is a significant source of greenhouse gas emissions. Renewable energy for remote areas is being investigated to reduce the oil dependency. Among all renewable energies, the wind energy experiences the fastest growing rate, at more than 30% annually for the last 5 years in Canada, which led to significant reduction in installation cost. However, the intermittency of this free energy makes impossible replacing the Diesel generators by wind farms in remote areas. The use of hybrid Wind-Diesel Systems (WDS) is therefore the only reasonable alternative to Diesels. For a WDS, the fuel saving is higher for greater Wind Power Penetration Rate (WPPR), which is the ratio of the maximal wind generated power to the maximal load. Unfortunately, WDS with high WPPR are not cost - effective due to the high amount of wasted energy that occurs when the wind power is higher than the load. For this reason, adding an energy-storage element to the WDS is the only way to increase the WPPR and therefore the fuel savings. Previous studies proved that Compressed Air Energy Storage (CAES) is very adequate for WDS due to its low cost, high power density, good efficiency and reliability. In order to store and restore energy, one or several pneumatic converters are needed. Knowing that the maximal power of the air motors existing in the market does not exceed 5 kW, suggesting the addition of several air motors and compressors would not be cost effective. To solve this problem, this research suggests a pneumatic hybridization of the existing Diesel engine in order to transform it into a Hybrid Pneumatic-Diesel Engine (HPDE) able to operate as a conventional Diesel engine, an air compressor and air motor. The innovative idea of doing a multi-hybrid wind-Dieselcompressed air system is therefore born. This thesis investigates in details all the modifications of the Diesel engine required to transform it into a HPDE. It presents an optimization of the concept and an evaluation of its potential of fuel-savings generated by a WDS-HPDE power generation compared to a Diesel-only power generation and a WDS power generation, depending on the WPPR and the storage capacity, in a certain area. The North-Canadian remote village Tuktoyaktuk is presently equipped with a Diesel power supply system of 1MW capacity. The power production consumes 1080 tons of fuel every year. If a high penetration WDS (WPPR=2) were installed, the power production would consume only 561 tons of fuel, i.e. 48% less. By adding a CAES of 100,000 m3 and turning the Diesel engine into an HPDE, the fuel consumption of the multi-hybrid system for generating the power in Tuktoyaktuk would be only 415 tons, i.e. 13% less. To obtain this significant fuel economy, the following modifications of the Diesel engine's architecture are necessarily: 1. The addition of two 3-way valves: the first one, installed in the admission duct, connects the engine's intake either to the charger's outlet or to the CAES tank ; the second one, installed in the exhaust duct, connects the engine's exhaust either to the turbine's inlet or to the atmosphere; 2. The replacement of the cam-driven valve system by an electromagnetic or a piezoelectric valve system. The timing and duration of opening and closing of intake and exhaust valves could therefore be controlled via an external device. 3. The control of the fuel injection system (duration and timing) via an external device. This thesis is produced in the form of five original papers published or submitted to international journals and three papers published in international conferences with reviewing committee. Each of these journal-articles summarizes the results of one part of the methodology explained in the first chapter.

Depuis des milliers d'années, les métaux ont pourvu aux besoins matériels des gens. L'aluminium ne fait pas exception, et est certainement l'un des métaux les plus prisé en raison de sa légèreté. Ce n'est que dans les années 1800 que sa fabrication (son extraction en fait) est rendu possible avec le procédé de Hall-Héroult. Aujourd'hui encore, ce procédé est le seul utilisé à l'échelle industrielle, et requiert un appareillage complexe impliquant les domaines thermique et électrique. Étant donnée que certaines parties de la cuve de Hall-Héroult sont particulièrement importantes, elles font l'objet d'études particulières. C'est le cas notamment des anodes et des cathodes. Le but de ce présent ouvrage était de comprendre et de quantifier les phénomènes de résistance de contact thermique et électrique se produisant à la cathode ainsi qu'à l'anode d'une cuve d'électrolyse. Ces données ont été traduites sous formes de loi de comportement. La problématique du mauvais transfert électrique et de chaleur entre deux matériaux provient du fait que les aspérités et les cavités des surfaces en contact créent un espace interstitiel entre les solides; il peut même y avoir une couche de gaz emprisonnée dans les cavités. Si bien que les deux surfaces ne se touchent qu'avec moins de 3% de leur surface apparente, même si une énorme pression est appliquée sur les solides. Cela crée un étranglement des lignes de courant aux points de contact réels, engendrant la résistance de contact. Il existe plusieurs modèles théoriques de résistance de contact thermique et électrique. Ces modèles sont cependant basés sur des hypothèses assez restrictives ainsi que sur des propriétés des matériaux qui peuvent être très difficiles à obtenir pour des températures élevées. Une méthodologie expérimentale a donc été préférée à une approche théorique. Un montage expérimental a été conçu et fabriqué dans les laboratoires de l'Université. Des échantillons ont été fabriqués à l'usine Alcan Grande-Baie. Une attention particulière a été prise pour que la fabrication des échantillons soit la plus fidèle possible à la réalité des scellements d'anode et de cathode des usines Aîcan. Plusieurs essais ont été réalisés sur les échantillons de fonte/carbone et de fonte/acier anodiques et cathodiques. Tel que prévu, les résistances de contact thermiques et électriques diminuent avec la pression et la température. Cependant il semble que les valeurs des résultats expérimentaux soient plus élevées que celles prédites par les modèles théoriques. En effet, les résistances électriques sont de 3 à 5 fois supérieures aux modèles théoriques, tandis que les résistances thermiques sont 2 à 3 fois supérieures aux différents modèles théoriques. De plus, un comportement monotonique entre les valeurs des résistances de contact et la température était attendu. Or, une variation non-monotonique, vers 500°C, a été observée de façon récurrente. Ces phénomènes « non attendu » ne seraient peut-être pas étrangers à certaines observations faites en laboratoire. Effectivement, un durcissement de la fonte en surface, un recuit de relaxation de la fonte, une formation d'oxydes de surface, une décarburisation de la fonte, des zones de soudure entre la fonte et l'acier ont été observés tout au long des essais en laboratoire. Ces perturbations métalurgico-chimique qui surviennent sans doute également en usine, pourrait sans doute expliquer la variation des valeurs expérimentales par rapport aux modèles théoriques, de même que la non-monotonicité des résistances de contact selon la température. Ces perturbations sont en majorité des mécanismes se produisant principalement à hautes températures (mis à part le durcissement de la surface de la fonte). Une validation de ces mécanismes serait pertinente pour bien comprendre toutes les variables relatives aux résistances de contact.

Afin d'améliorer les connaissances relatives aux propriétés adhésives de la glace sur une pale d'hélicoptère en rotation, le Laboratoire International des Matériau Antigivres (LIMA) en collaboration avec le Consortium de Recherche et d'Innovation en Aérospatiale du Québec (CRIAQ) et le Conseil National de Recherche du Canada (CNRC) a développé un modèle réduit d'un rotor d'hélicoptère qui à été installé dans une soufflerie réfrigérée générant des précipitations givrantes afin de simuler les conditions verglaçantes affectant les hélicoptères en vol. L'objectif de ce mémoire est de présenter les résultats relatifs à la validation du modèle réduit du phénomène d'accrétion de glace sur une pale d'hélicoptère en rotation et dans les résultats d'adhérence de la glace calculés analytiquement à partir des simulations expérimentales. Ce travail de recherche s'appuie principalement sur l'acquisition de données expérimentales obtenues à l'aide d'un modèle réduit. Ce modèle réduit à l'échelle l/18eme comprend : un rotor d'un diamètre de 0,78 m et deux pales d'aluminium de profil NACA- 0012 de longueur 0,315 m avec une corde de 69,64 mm. Un moteur électrique entraine le rotor et les pales. La section d'essai de la soufflerie réfrigérée du LIMA mesure 1,7 m de long par 0,914 m de large par 0,762 m de hauteur. La précipitation verglaçante est simulée à l'aide d'une rampe oscillante de neuf gicleurs pulvérisant des gouttelettes en amont de la section d'essai. La vitesse de l'écoulement d'air est de 15 m/s. Les essais de simulations ont été réalisés à des températures contrôlées variant entre -5 et -20 °C. En réalisant le bilan mécanique des forces agissant sur la pale, la valeur de l'adhérence de la glace est calculée. Le bilan mécanique contient trois principales composantes: la force centrifuge, la cohésion de la glace et l'adhérence de la glace sur la pale. Un essai consiste à givrer les pales jusqu'à ce que le poids du dépôt de glace soit suffisamment élevé pour qu'il se détache de la pale sous l'action de la force centrifuge. L'adhérence peut ainsi être calculée à partir de deux méthodes dépendamment de l'issue de l'essai. Si une pale est déglacée, l'adhérence est calculée en utilisant la masse du dépôt qui ne s'est pas détachée; c'est la méthode de la masse. Si les deux pales ce sont déglacées, l'épaisseur de glace sur les pales est extrapolée pour ensuite déduire la masse de glace décrochée; c'est la méthode de l'épaisseur. Les 150 essais réalisés ont montré que les formes de glace accrétées concordent avec celles décrites par la littérature et varient selon la température de l'air pendant l'essai. Effectivement, il apparaît que l'épaisseur de glace accrétée diminue lorsque la température augmente dû à l'écoulement d'une partie de l'eau captée par la pale. À -15 °C, la valeur de l'adhérence de la glace sur la pale d'aluminium, obtenues selon les deux méthodes varie entre 0,19 MPa pour la méthode de la masse et 0,20 MPa par la méthode de l'épaisseur avec un écart type moyen de 25 %. Les résultats d'adhérence de la glace calculés à partir du modèle réduit concordent très bien avec ceux de la littérature lorsque 1'accretion de glace est réalisée dans des conditions similaires. Les résultats obtenus par la méthode de la masse et par la méthode de l'épaisseur sont très proche, et en deçà des disparités qui existent entre les résultats d'une même méthode. La formule semi-empirique pour déterminer l'adhérence à partir du modèle réduit de pale en rotation est donc valide. Il sera donc possible d'utiliser ce nouvel outil afin de par exemple, évaluer l'efficacité de revêtements glaciophobes à différentes températures sur des pales d'hélicoptères.

En période d'hivers, certaines régions du monde reçoivent plusieurs mètres de neige. À cause de présence d'eau liquide, une sorte d'accrétion de neige, dite collante, peut être très problématique sur la fiabilité et la sécurité des lignes aériennes, puisque l'accumulation de la neige peut provoquer une surcharge sur le câble. Par conséquent, l'étude sur les critères de déclenchement du délestage sur des câbles aériens est d'un intérêt énorme. À l'atteinte de valeurs assez hautes de la LWC (la teneur en eau liquide), les douilles de neige perdent leur cohésion et leur adhésion et tombent naturellement sous l'effet de la pesanteur et du vent. Une étude expérimentale et théorique sur le déclenchement de la perte de neige collante des câbles électriques avec une flèche négligeable dans différentes conditions ambiantes a été réalisée afin de déterminer l'évolution des caractéristiques de la neige précédant son délestage. La LWC et la densité sont à l'origine du pouvoir adhésif de la neige sur le câble jusqu'au déclenchement de la chute de la neige. Dans un premier temps, une méthode simple et peu coûteuse a été reprise afin de reproduire des douilles de neiges sur un câble suspendu à l'aide des recommandations de Roberge, 2006. Plusieurs séries d'expériences ont été établies selon des conditions atmosphériques contrôlables : la température de l'air, la vitesse du vent, l'intensité lumineuse du rayonnement et le courant électrique traversant un câble. Par la suite, un modèle thermodynamique basé sur le bilan de chaleur (considérant la convection, F evaporation/condensation, la radiation et l'effet de Joule) de la douille de neige tente de prédire la variation de la LWC et de la densité en fonction du temps et selon les différents paramètres mis en jeu. D'ailleurs, le modèle simule la percolation de l'eau dans la section circulaire et transversale à l'extrémité de la douille de neige dans le sens de la gravité. De plus, la simulation permet de mesurer la déformation de la douille à l'aide la cavité jusqu'au délestage. Une validation du modèle est réalisée par une comparaison avec les résultats expérimentaux.

Le procédé Hall-Héroult, permettant la production de l'aluminium par electrolyse, est très énergivore et polluant. Le rendement de production de ce procédé se nomme efficacité de courant et est défini comme étant le rapport entre la production de métal réelle et théorique, obtenue par la loi de Faraday. La compagnie Process Performance Technologies a développé un projet dans le but d'augmenter l'efficacité de courant du procédé Hall-Héroult. Ce projet est divisé en deux volets distincts, soit la mise au point d'un système de contrôle ainsi que le développement d'un système d'analyse statistique incluant un modèle mathématique de prédiction d'efficacité de courant. Le travail de recherche de cette maîtrise, mené en collaboration avec la compagnie P.P.T., porte essentiellement sur le modèle mathématique de prédiction d'efficacité de courant. L'objectif principal était de valider et d'améliorer le modèle utilisée par P.P.T.. Pour ce faire, une large recherche bibliographique a été effectuée afin de comparer les équations du modèle P.P.T. à celles présentes dans la littérature. D'autre part, une banque de relations empiriques concernant les propriétés de l'électrolyte, tirées de la littérature, a été remise à la compagnie afin de permettre à l'utilisateur du système de choisir les équations les plus appropriées au type de bain qu'il utilise. Une étude approfondie, portant sur un des paramètres importants du modèle, l'épaisseur de la gelée, a aussi été effectuée. L'analyse de plusieurs modèles globaux à résistances thermiques a permis de mieux comprendre l'influence du coefficient de transfert de chaleur bain-gelée sur l'épaisseur de la couche de gelée. De plus, diverses modélisations numériques, réalisées à l'aide d'un logiciel commercial d'éléments finis, ont été effectuées afin d'étudier le comportement de la gelée et aussi dans le but d'obtenir une équation généralisée reliant les pertes de chaleur et l'épaisseur de la gelée.

Les milieux nordiques disposent généralement de régions très bien exposées au vent et ces régions semblent idéales pour l'exploitation des éoliennes. Malheureusement, les problèmes liés au givrage y sont fréquents et ont des sérieuses conséquences sur la production des éoliennes, leur maintenance et leur durée de vie. Le givrage, qui est caractéristique des régions au climat froid, est le phémomène d'accumulation de glace sur les pales des éoliennes. Il est causé par la pluie verglaçante, la bruine et le brouillard givrant au niveau du sol ou le givrage dans les nuages en altitude, ou le gel, lorsque l'éolienne est installée à proximité des masses d'eau. Le givrage diminue les performances aérodynamiques en provoquant des pertes de puissance et par conséquent des pertes énergétiques. L'impact du givrage est difficile à quantifier sans essais expérimentaux et simulations numériques en raison du manque de données réelles sur le terrain. Le coût des essais en soufflerie étant élevé, une approche par simulations numériques permet de fournir rapidement des informations sur les pertes de performances aérodynamiques et énergétiques dans différentes configurations d'éoliennes et de conditions météorologiques. Combiner des mesures météorologiques nombreuses à des modèles numériques puissants est essentiel pour évaluer adéquatement l'impact du givre sur le fonctionnement d'une éolienne et sa production annuelle.

Le recyclage de l'aluminium a de multiples effets positifs sur l'économie et l'environnement. Il aide à conserver les ressources, réduire les dépenses d'énergie de 95% et le coût de l'aluminium. Aujourd'hui, le recyclage est une composante majeure de l'industrie de raluminium. Les canettes de boisson constituent la catégorie de recyclables la plus importante en quantité et en qualité. En général, on effectue la refonte des canettes dans les fours à puits latéral. L'industrie du recyclage croît très rapidement, et pour demeurer compétitive, elle doit optimiser son efficacité en diminuant les coûts d'énergie et maximisant la productivité. Dans cette optique, un projet a été entrepris pour le développement des modèles du four à puits latéral. À l'aide de ces modèles, on peut améliorer et optimiser le design et l'opération de ces fours. L'objectif du projet est de développer des outils pour les travaux d'amélioration et d'optimisation requis des fours à puits latéral : Un modèle mathématique général en 3D pour des études détaillées comme la meilleure géométrie du four, et la meilleure position de la pompe et de l'hélice pour optimiser la fusion et la circulation du métal, Un modèle mathématique dynamique simplifié pour des études de contrôle et d'opération. Le four est composé de deux parties : un puits latéral dans lequel les copeaux de canettes déchiquetées sont alimentés et une chambre principale dans laquelle la chaleur est introduite. Des arches d'entrée et de sortie assurent la circulation du métal entre ces deux parties à travers le mur de séparation. Dans le puits latéral, on installe une hélice pour submerger les copeaux, à laquelle on adjoint un muret pour favoriser la circulation du métal chaud. Certaines usines ajoutent une pompe à injection de métal dans la chambre principale pour obtenir un meilleur brassage dans le bain de métal liquide. La performance d'un four de refonte peut être caractérisée par le rendement énergétique et le taux de refonte. Ces paramètres dépendent du transfert effectif de la chaleur entre la chambre de combustion où elle est générée et les points d'utilisation. La chaleur est requise pour maintenir le métal liquide à une certaine température et pour fondre les copeaux introduits dans le puits latéral et le métal solide admis dans la chambre principale. Le projet consiste en quatre parties. La première partie est le développement d'un modèle en 3D pour le calcul de l'écoulement isotherme dans le bain de métal. On solutionne les équations différentielles de la continuité, de la quantité de mouvement en trois directions, et de la turbulence en utilisant le logiciel CFX. Un grand nombre de simulations ont été effectuées pour étudier l'effet des paramètres sur l'écoulement. À partir des résultats, on a optimisé les positions de l'hélice et de la pompe, la longueur et le type du muret, les grandeurs des arches, la largeur du puits, et la géométrie de la chambre principale pour obtenir la meilleure circulation du métal liquide dans le bain. La deuxième partie est la modélisation de la chambre de combustion. Un modèle à une zone de gaz est développé pour calculer le transfert de chaleur au métal (aussi aux réfractaires) par rayonnement et par convection. Ce modèle ne donne pas tous les détails concernant les distributions de la température et de la densité de flux de chaleur, mais il est simple et il tient compte de tous les phénomènes importants. De plus, le temps de calcul est très court. Une étude paramétrique a été déjà effectuée pour déterminer les effets des différents facteurs sur le transfert de chaleur au métal. Les résultats montrent qu'on peut améliorer le transfert de chaleur au métal en augmentant le débit du carburant et la température de l'air de combustion. Le débit du carburant a un impact significatif, mais le rendement du four diminue avec une augmentation du débit. La température de l'air de combustion est le paramètre le plus important et le plus facile à ajuster. Le préchauffage de l'air augmente le transfert de chaleur ainsi que le rendement du four. Aussi, il est important de mélanger le bain de métal pour maintenir la température de la surface la plus basse possible pour que le transfert de chaleur au métal soit favorisé. La troisième partie est la modélisation globale du four en 3D. Étant donné le caractère transitoire du procédé, le transfert de chaleur dans le métal liquide est aussi incorporé dans lé modèle du bain de métal, et il est couplé avec le modèle de la chambre de combustion. Pour optimiser le temps de calcul, le champ de vitesse est déterminé en régime établi, et ce champ de vitesse est utilisé pour solutionner l'enthalpie en régime transitoire. Les résultats montrent que l'écoulement forcé est le facteur le plus important. Le gradient de température diminue avec la circulation du métal à travers les arches et le brassage dans la chambre principale. On voit que le gradient moyen de la température dans la chambre principale diminue de 50% (d'environ 80°C à 40°C) en ajoutant un muret et de 80-90% (d'environ 80°C à 10°C) avec un muret et une pompe. La quatrième partie est le développement du modèle dynamique du four pour améliorer le contrôle du procédé. Le four à puits latéral est un système très dynamique et tout varie en fonction du temps. Pour étudier l'aspect d'opération, il faut un modèle dynamique. La modélisation est faite de façon modulaire en deux parties représentant le métal et la chambre de combustion. Les deux parties sont construites séparément puis sont couplées ensemble afin d'obtenir un outil intégré. L'interface pour le couplage est la surface du bain de métal. C'est un modèle simplifié, mais il tient compte de tous les phénomènes et tous les événements du procédé. Ce modèle sert comme un four virtuel. Un émulateur de contrôle est ajouté et un simulateur pour fours à puits latéral est ainsi obtenu. Le simulateur qui est utilisé à partir d'une interface-usager est transféré à l'industrie pour des applications. Plusieurs études ont été déjà effectuées en utilisant ce simulateur. On a étudié les effets des positions des thermocouples d'opération (contrôle), de la température maximale des réfractaires permise, des préchauffages des métaux alimentés et de l'air de combustion sur la performance du four. Les améliorations ont été apportées au procédé à partir des résultats obtenus. Tous les modèles sont validés en utilisant les données expérimentales disponibles du laboratoire et des usines. Tous les résultats du modèle mathématique sont confirmés par les observations en usine.