Academic literature on the topic 'Procédé thermochimique à sorption de gaz'

La technologie photovoltaïque (PV) est l’une des techniques de production d’électricité renouvelable la plus utilisée. La conversion photoélectrique génère cependant dans les cellules solaires une importante quantité de chaleur, entrainant une significative hausse de leur température de fonctionnement qui impacte fortement le rendement de conversion. Lorsque les panneaux opèrent dans des zones à fort ensoleillement et des conditions climatiques arides, les températures de fonctionnement atteignent des températures de 80°C à 100°C impactant également leur durabilité. Ainsi l’objectif des travaux de thèse réalisés repose sur l’amélioration de la conversion énergétique solaire par, d’une part, une limitation la hausse de température de fonctionnement des modules PV par un refroidissement actif pour en accroitre leurs performances électriques et d’autre par la valorisation en froid de l’énergie thermique générée par un procédé thermique à sorption de gaz. Le but visé est de démontrer la faisabilité technique d’un tel couplage et d’en évaluer la pertinence énergétique. Ainsi, un procédé à sorption de gaz exploitant une solution saturée, permettant d’exploiter la chaleur basse température générée des panneaux PV et la valoriser en froid a été défini, conçu, expérimenté et analysé. Un modèle numérique de ce couplage a été développé et a permis d’évaluer les performances électriques d’une centrale solaire et frigorifique du procédé à sorption couplé thermiquement, dans des conditions réalistes de fonctionnement. Un tel couplage qui permet ainsi une cogénération électricité/froid, montre ainsi qu’il est possible d’améliorer de 10.5 % le gain énergétique global en comparaison de celui de panneaux PV standard, tout en entrainant une faible perte exergétique globale de 1.3 % lié à la conversion supplémentaire de la chaleur en froid
Photovoltaic technology (PV) is one of the most widely used renewable electricity generation techniques. However, the photoelectric conversion process generates a large amount of heat in the solar cells, causing a significant increase in their operating temperature, which has a significant impact on the conversion efficiency. When the panels operate in areas with high solar irradiation and arid climatic conditions, the operating temperatures can reach 80°C to 100°C, which also impacts their durability. Thus, the objective of this thesis work is to improve the global solar energy conversion by limiting the operating temperature increase of PV modules through an active cooling in order to increase their electrical performance and to valorize in cold the thermal energy generated by a gas sorption thermal process. The aim is to demonstrate the technical feasibility of such a coupling and to evaluate its energy relevance. A gas sorption process exploiting a saturated solution, allowing to exploit the low temperature heat extracted from the PV panels and to valorize it in cold has thus been defined, designed, experimented and analyzed. A simulation tool has been developed to evaluate under realistic operating conditions the electrical performance a PV solar power plant and cooling performance of the thermally coupled sorption process. Such a coupling, which allows for electricity/cooling cogeneration, shows that it is possible to improve the overall energy gain by 10.5 % compared to that of standard PV panels, while resulting in a small overall energy loss of 1.3 % due to the additional conversion of heat to cold

Le transport de froid ou de chaleur sur longues distances constitue un enjeu majeur d’un point de vue énergétique, économique (valorisation de rejets thermiques) et environnemental (diminution des émissions de CO2). Jusqu’à présent, le transport d’énergie est basé sur la chaleur sensible (eau chaude) ou latente (vapeur). En raison de leurs importantes déperditions thermiques, ces réseaux se limitent aux réseaux urbains (<10km). D’autres systèmes, basés sur des processus endo/exothermiques, permettent un transport d’énergie à plus longue distance. Notre étude s’intéresse en particulier aux procédés thermochimiques utilisant des réactions chimiques renversables solide/gaz : le fluide transporté est du gaz à température ambiante. La première partie du manuscrit décrit les potentialités des procédés thermochimiques : températures de fonctionnement et rendements énergétiques. La partie du procédé relative au transport, est étudiée pour comprendre la gestion et de l’impact du transport du fluide sur les performances du procédé. Une comparaison avec les réseaux de chaleur sensible est également réalisée. La deuxième partie s’intéresse au couplage de deux procédés thermochimiques en cascade thermique. Ce nouveau procédé présente des performances idéales, énergétiques et températures de fonctionnement, supérieures à celles des procédés classiques. Ce système innovant met en jeu un nouveau réacteur : réacteur autotherme. L’analyse théorique du fonctionnement cyclique et énergétique de ce réacteur est décrite. Une étude expérimentale est réalisée : la conception, la construction du prototype et les résultats expérimentaux sont détaillées
Networks of thermal energy transportation are classically based on sensible heat transport and thus they are limited to short distances. In order to realize a long-distance transport, thermochemical processes are investigated, and particularly an innovating system that couples two thermochemical dipoles. The advantages of thermochemical processes, the energetic performances and the operating cost of transport are presented. A comparison with sensible heat network is also done. An experimental study of this innovating system is also made in order to understand the main point of the system: autothermal reactor

L'enjeu de ce travail est la conception et l'expérimentation d'un procédé thermochimique de production de froid à -28 °C à partir de chaleur basse température (70 °C) issue de capteurs solaires plans. Une analyse exergétique du dipôle thermochimique et des cycles thermodynamiques idéaux a conduit à la définition d'un procédé solaire original. Ce procédé met en œuvre deux cycles en cascade fonctionnant en parallèle. Le cycle est discontinu et présente une phase de chauffage et de régénération diurne et une phase de production de froid nocturne. Une simulation dynamique a permis d'analyser son fonctionnement en fonction des conditions météorologiques et du dimensionnement du procédé. Un prototype permettant de couvrir les besoins de froid d'une chambre froide perdant 40 W en continu a été réalisé et expérimenté en conditions réelles sur le site de Perpignan. Il a démontré la faisabilité de ce concept innovant et permis de valider les hypothèses émises lors du développement du modèle. Une étude du fonctionnement du procédé en fonction des conditions climatiques et de la source chaude utilisée (solaire, géothermale ou rejet de chaleur industrielle) a également été menée par simulation. Elle a démontré les potentialités du concept.

Les travaux de recherche présentés visent, de manière générale, à répondre aux enjeux majeurs de gestion rationnelle et de maîtrise de l'énergie (transport et stockage de l'énergie thermique), à développer des solutions pertinentes et proposer des outils d'analyse thermodynamique pour la minimisation des impacts environnementaux induits par la transformation ou la conversion de l'énergie thermique. Les différentes thématiques développées s'articulent selon trois axes. Le premier volet concerne le développement d'outils d'analyse thermodynamique pour l'évaluation, la conception et l'optimisation de la qualité thermodynamique des procédés de transformation/conversion de l'énergie thermique. Le second volet est lié aux problématiques spécifiques des transformateurs thermochimiques, basés sur la gestion de la thermicité de réactions solide/gaz, en tenant compte des interactions existantes aux diverses échelles du procédé en fonction d'objectifs applicatifs fixés : choix et mise en œuvre du solide réactif, configuration optimale du réacteur S/G et sa gestion dynamique au cours du cycle. Cette approche est illustrée à travers diverses applications de finalité énergétique différente : la production pseudo-continue de chaleur et/ou de froid, la production de chaleur ou de froid de forte puissance instantanée, le rafraîchissement solaire pour l'habitat, la congélation solaire, le stockage de chaleur solaire de forte densité énergétique et de longue durée, le transport de chaleur ou de froid à longue distance. Le dernier volet de ces travaux concerne le développement de nouveaux procédés thermo-hydrauliques plus spécifiquement adaptés à la conversion énergie thermique/travail et dont le potentiel semble prometteur pour des applications de production d'électricité à partir d'énergie solaire ou de l'énergie thermique des mers, ou la production performante de froid/chaleur dans les véhicules automobiles.

Les procédés de chauffage solaire consistent à coupler des capteurs solaires plans à un plancher chauffant. En pratique, les apports solaires sont complétés par une chaudière d'appoint engendrant l'utilisation d'énergie fossile. Cette étude a permis de développer un procédé de stockage par procédé à sorption solide, dans le but de minimiser l'usage de cette énergie polluante. Son principe se base sur le couplage d'un équilibre liquide/vapeur avec une réaction solide/gaz renversable. Il permet également d'ajouter une fonction de rafraîchissement ponctuelle au procédé solaire. Une modélisation des transferts de chaleur et de masse dans la couche réactive a été réalisée. Elle est basée essentiellement sur les hypothèses d'absence de limitation par cinétique chimique et d'existence de deux fronts raides de réaction, résultant des limitations de transfert thermique et massique couplées. Suite à cette modélisation, deux mises en œuvre ont été optimisées et concrétisées par la réalisation de deux prototypes
The increase of the use of solar energy closely depends on the development of efficient storage processes. In this objective, solid-gas sorption processes are promising because of their high storage capacity and their specific working mode. In this thesis, the integration of a sorption process based on the use of bromide strontium as the reactant and water as the refrigerant fluid is investigated. Combined with flat plate solar collectors and direct floor heating and cooling, it makes it possible to provide a heating but also a cooling storage function. Experimental tests demonstrate the good adequacy of this process to the level of temperature involved in the solar system. The simple model presented allows a fairly good global representation of the coupling phenomena between heat and mass transfer in the reactant. Further use of this model will allow the optimization of the design of the solid-gas reactor according to a power criterion

Compte tenu du déphasage entre la ressource solaire et son utilisation, il peut être intéressant de valoriser l'excès d'énergie solaire durant l'été en réalisant un stockage longue durée afin de restituer ce surplus d'énergie pendant les périodes de chauffe. Les systèmes thermochimiques solide/gaz sont potentiellement de bons candidats pour le stockage de chaleur intersaisonnier. Ils permettent en effet d'obtenir de fortes densités énergétiques (entre 300 et 500 kWh.m-3 de solide réactif) et de s'affranchir des pertes thermiques au cours du temps (stockage sous forme de potentiel chimique). Ces systèmes sont basés sur un procédé cyclique faisant intervenir une réaction chimique renversable, entre un solide réactif poreux et un gaz réactif (le couple SrBr2/H2O dans notre cas). Cette réaction est endothermique dans un sens et exothermique dans l'autre. Un point clé des systèmes thermochimiques solide/gaz est la conception du lit réactif poreux et du réacteur, siège de la réaction thermochimique. Cette conception doit prendre en compte deux aspects, qui doivent être optimisés : les transferts de masse et de chaleur au sein du solide réactif et la densité énergétique du lit réactif, qui évoluent de manière antagoniste. Pour cela, différents outils ont été mis en place : d'une part différentes modélisations des milieux poreux réactifs sous flux d'air humide ont été élaborées. Ces modèles prennent en compte les transferts de masse et de chaleur à travers le lit poreux réactif. Et d'autre part des caractérisations des transferts de masse dans un lit poreux réactif ont été réalisées. A partir de ces outils, un prototype de stockage thermochimique a été conçu, expérimenté et analysé.

Maitriser la logistique de la chaine du froid à des températures de -20°C/-30°C reste un enjeu majeur de sécurité sanitaire. Des solutions auto-réfrigérées basées sur des systèmes thermochimiques sont très adaptées à la mise en température rapide de caissons isothermes et de leur maintien pendant plusieurs heures. Différents concepts et configurations de procédés répondant à cette problématique sont proposés. Leur modélisation dynamique de type nodale, impliquant une gestion thermodynamique d'un ou plusieurs réacteurs, a permis d'analyser leur comportement et d'évaluer leur pertinence. Les configurations les plus performantes sont sélectionnées et analysées afin d'établir un pré-dimensionnement industriel du procédé. D'autre part, la fiabilité de ces systèmes thermochimiques repose sur la qualité des transferts de masse et de chaleur au sein des réacteurs. A cette fin, une approche de diagnostic de dysfonctionnements possibles de réacteurs est développée. La méthodologie proposée s'appuie sur la comparaison de la réponse expérimentale du réacteur testé à celle modélisée d'un réacteur opérant dans les mêmes conditions opératoires présentant ou non des défauts. Une base de données de comportements de réacteurs défaillants, établie par simulation de défauts de typologie et d'intensité connues, permet ainsi la détection et l'identification rapide de possibles dysfonctionnements de réacteurs issus de la chaine de fabrication
A better cold chain logistics understanding and control is a major safety issue in deep freezing processes within -20°C/-30°C. Self-cooling solutions based on thermochemical systems appear very suitable for rapid cooling of isothermal containers and its temperature regulation for several hours. Different process concepts and configurations are presented to tackle this problem. Through their dynamic nodal modeling, involving thermodynamic management of one or various reactors, an analysis of their behaviors is performed to evaluate their relevance. A selection of the best performing configurations leads us to an industrial pre-design.To undertake quality measures, a diagnosis approach for possible reactors malfunctions is developed. The methodology is based on a comparison of experimental responses between tested reactor and reference one under the same operating conditions. A database of simulated faulty behaviors will allow the detection and identification of possible malfunctions of reactors coming from the production line

La polymérisation de l'éthylène en phase gaz en présence d'un système catalytique supporté en réacteurs à lit fluidisés reste le procédé le plus utilisé pour la production de polyéthylène à basse densité linéaire. De plus, dans le cas du polyéthylène à haute densité, celui-ci représente également une part non négligeable des plants de production à travers le monde. Le procédé en phase gaz offre de nombreux avantages dont un coût d'exploitations inférieures et une flexibilité supérieure en termes de production des différents types de polymères comparé aux autres procédés conventionnels. Cependant, au regard de la nature exothermique de la réaction de polymérisation, la vitesse de la production du polymère dans ces réacteurs est limitée par la vitesse à laquelle la chaleur produite par la réaction peut être évacuée. Si le réacteur ne permet pas l'évacuation de cette chaleur, l'augmentation de la vitesse de production résulterait en une croissance dramatique de la température au sein du réacteur et, par conséquent, à la fusion et l'agglomération du polymère, et finalement à l'arrêt du réacteur. Dans ce cas, dans le but d'avoir une vitesse de production plus importante, il est possible d'utiliser le réacteur susnommé en tant que mode d'opération condensé. Dans le cas de ce mode d'opération, le flux d'alimentation de la phase gaz du réacteur contient non seulement de l'éthylène, de l'azote, de l'hydrogène, et éventuellement un comonomère, mais également un agent condensant inerte (ACI) tels que le pentane ou l'hexane. Dans cette configuration, le flux d'alimentation est en partie liquéfié dans un échangeur de chaleur externe en le refroidissant sous le point de rosée du gaz. Par vaporisation de la phase liquide dans le réacteur, une quantité plus importante de chaleur peut être retirée de l'environnement du réacteur grâce à la chaleur latente associée à la vaporisation. Cela permet d'obtenir un rendement plus élevé de l'espace pour ce réacteur et par conséquent une vitesse de production supérieure