Academic literature on the topic 'Réservoir de stockage d'hydrogène'

Le pompage de l’eau pour les besoins domestiques et l’irrigation dans les régions désertiques isolées doit être considéré comme une priorité et une application significative. L’utilisation de l’énergie solaire photovoltaïque (PV) comme source d’alimentation pour pomper l’eau est l’un des domaines les plus prometteurs dans leur application. Mise à part le conditionneur d’énergie (inverseur) et l’unité moto-pompe, qui ont atteint de très bonne performance, la conception du système de pompage est basée sur deux éléments importants : le générateur photovoltaïque et le réservoir de stockage. En effet, une mauvaise conception du générateur PV et/ou le réservoir de stockage pourraient affecter la fiabilité du système et créer ainsi un déficit sur la demande quotidienne en eau par la population. Pour caractériser la conception du système, nous utilisons une méthode basée sur la détermination de la probabilité de perte d’alimentation (LPSP) basée sur un fonctionnement d’une année. Il est possible que le volume d’eau requis par la charge soit supérieur à celui délivré par la pompe. Dans ces conditions, le besoin en eau n’est pas satisfait, il y a un déficit hydrique et une privation pour la population. Dans ce cas, la LPSP est définie comme étant le rapport entre le volume de déficit en eau et le volume d’eau requis. Dans cet article, nous montrerons que la taille du réservoir de stockage a une influence sur la fiabilité et le dimensionnement du système doit être traité avec une attention particulière. Le coût sur la durée de vie (life cycle cost, LCC) est utilisé pour estimer le coût de la configuration optimale.

L’approvisionnement en eau potable de la ville de Casablanca, capitale économique et industrielle du Maroc, est assuré en grande partie par les eaux du réservoir de stockage Tit Mellil alimenté par les eaux traitées provenant de la retenue de barrage Sidi Mohammed Ben Abdellah (SMBA). Or, les eaux brutes du barrage sont souvent affectées par le phénomène d’eutrophisation qui se manifeste par la prolifération des cyanobactéries qui exercent un impact négatif sur la filière de production d’eau potable. En effet, les analyses physico-chimiques, effectuées sur les eaux brutes et traitées, ont permis de faire un diagnostic. Ce dernier a montré que les caractéristiques des eaux brutes favorisent la prolifération de cyanobactéries. Plusieurs genres toxiques ont été identifiés avec Microcystis et Oscillatoria qui sont producteurs de microcystines. L’évaluation des microcystines dans les eaux brutes et traitées a été réalisée par le test colorimétrique d’inhibition de la protéine phosphatase type 2A (PP2A), sur des extraits préconcentrés des fractions dissoutes et des fractions cellulaires avec un seuil de détection de 1 ng•L-1. Les résultats montrent que les microcystines sont présentes dans tous les échantillons d’eaux traitées, prélevés à l’entrée du réservoir de stockage, pendant la période été-automne de 2006 à 2008. Leurs taux en microcystines dissoutes n’excèdent pas 0,075 µg équivalents MC-LR•L-1. Ces valeurs, bien que positives, sont très inférieures au seuil recommandé par l’Organisation Mondiale de Santé, qui est de 1 µg équivalent MC-LR•L-1 d’eau et sont nettement inférieures à celles des eaux brutes, pour la même période, dont les valeurs ont atteint 1,1 µg équivalent MC-LR•L-1 en octobre 2006. Par ailleurs, une évaluation des concentrations en MC dissoute, à la sortie du réservoir de stockage d’eau potable vers le consommateur, a révélé une nette diminution des teneurs, liée probablement aux effets de la chloration appliquée à ces eaux.

Exposées au problème de la rareté de l’eau, les populations des régions arides et semi-arides ont développé des techniques traditionnelles de collecte et de stockage des eaux pluviales pour diverses utilisations en périodes sèches. Au Maroc, les réservoirs traditionnels connus sous le nom de « notfia » figurent parmi les techniques les plus fréquemment rencontrées. Leur usage est exclusivement domestique. L’irrégularité croissante des précipitations en partie liée au changement climatique incite à repenser ce type d’aménagement et à l’améliorer dans une perspective d’utilisation pour l’irrigation des cultures. La plupart des travaux de recherche réalisés sur ce sujet se limitent généralement à une description de leur fonctionnement hydraulique. Cet article a pour originalité de s’intéresser à la conception structurelle et aux procédés de construction de ces « notfias » en vue d’étudier la possibilité de leur usage en irrigation. L’état de l’art qui a été réalisé dans ce but révèle une tendance au remplacement des matériaux locaux et des techniques de constructions durables par des procédés de construction en béton conventionnel de ciment et en béton armé. En plus de son impact négatif sur l’environnement, l’utilisation de ciment n’est pas toujours économiquement rentable par rapport aux techniques traditionnelles. Cet article propose, comme perspectives de recherche, de valoriser les méthodes anciennes de construction de ces ouvrages, généralement moins onéreuses et plus durables, tout en adaptant leur conception, notamment les propriétés de l’impluvium (surface, pente, texture) et du réservoir (capacité de stockage, possibilité de vidange gravitaire sans coût énergétique) pour un usage agricole. Le potentiel et les limites de valorisation agricole de l’eau stockée devraient également être explorés (surfaces et cultures irrigables en fonction de l’eau disponible et de sa variabilité interannuelle et saisonnière).

L'assainissement municipal et la gestion des eaux usées sont des problèmes difficiles pour le développement environnemental durable dans les pays en développement. L’augmentation des rejets d’eaux usées non ou mal traitées par la station d’épuration (STEP) du Technopole de Dakar (Sénégal), combinée au ruissellement agricole ont entrainé la dégradation de la qualité des eaux de la nappe phréatique et du lac dans cette zone. Ainsi, la construction d'une installation pilote pour le traitement de ces eaux usées très chargées en polluants et produites par la station d’épuration des eaux usées du Technopole a été réalisé. La configuration du filtre horizontal est composée d’une fosse septique, d’une zone humide à flux horizontal submergé et d’un réservoir de stockage. Au terme de ce travail, nous avons un pourcentage global d’épuration de 69% des eaux usées mal traitées par la STEP à raison de 2 m3 par jour. En effet, la phytoépuration à travers le filtre horizontal a entrainé une réduction de 90,5% des MEST ; 63,4% de la DBO5 ;74,7% de la DCO ; 17,2% de l’azote total et 98,2% d'Escherichia Coli. Cependant, il restait toujours une quantité élevée d'Escherichia Coli et d’azote, par conséquent, un traitement tertiaire est recommandé, par exemple, la désinfection est suggérée par UV ou hypochlorite ou chlore pour une élimination des agents pathogènes mais aussi la nitification et la dénitrification.

L'océan est le plus grand réservoir d'énergie de notre planète. La quantité de chaleur qu'il est capable de stocker est modulée par sa circulation complexe, opérant sur des échelles allant du centimètre à la dizaine de milliers de kilomètres. Les découvertes scientifiques des deux dernières décennies ont révélé l'existence de fronts de fine échelle (d'environ 1 à 50 km), analogues aux fronts atmosphériques, dans la couche de mélange océanique de surface. Ces fronts agissent comme des conduits entre l'océan et l'atmosphère, contrôlant les échanges de gaz et de chaleur. Combinant observation et modélisation, nous démontrons pour la première fois le rôle capital de ces fronts jusqu'à 1000 m de profondeur. Ils génèrent d'importants flux de chaleur dirigés de l'intérieur de l'océan vers la surface, pouvant modifier la capacité de stockage de chaleur de l'océan, avec des répercussions potentiellement majeures pour les systèmes biogéochimique et climatique. The ocean is the largest solar energy collector on Earth. The amount of heat it can store is modulated by its complex circulation, which spans a broad range of spatial scales, from centimeters to thousands of kilometers. Scientific discoveries of the past two decades revealed the existence of fine-scale fronts (≈ 10-20 km wide), analogous to atmospheric fronts, in the oceanic surface mixed layer. These fronts control the exchanges between the ocean and the atmosphere just as the capillary vessels of our pulmonary alveoli facilitate the exchange of gas when breathing. Combining observation and modeling, we demonstrate for the first time the crucial role played by these fronts in the ocean interior. These fine-scale fronts drive an anomalous upward heat transport from the ocean interior back to the surface. This can alter the ocean heat storage capacity, with potential major implications for the biogeochemical and climate systems.

Le masque en béton bitumineux est l'un des organes les plus utilisés pour l'étanchéité des barrages en remblai. Le parement en béton bitumineux est, en particulier dans le cas des installations de stockage par pompage hydroélectriques, sont souvent très exposé à des fluctuations importantes de température, qui sont causées par la radiation solaire, la variation du niveau d'eau dans le réservoir, par le gel dans la saison d'hiver, ainsi que la vitesse et la direction du vent, sans oublier les précipitations. Pour mieux expliquer le phénomène de transfert de chaleur, il est nécessaire de connaître les variations de température dans les différentes couches du masque en béton bitumineux. Ce travail décrit la mesure de la température dans le masque en béton bitumineux (brut et avec protection) du barrage Ghrib (Ain Defla, Algérie) et son évaluation à l'aide d'un modèle numérique du transfert de chaleur dans le parement en béton bitumineux en utilisant le logiciel Fluent. Dans un premier temps une validation du modèle par comparaison avec des mesures expérimentales, dans le cas d'une variation journalière de température ambiante, La comparaison des résultats du calcul du modèle numérique avec les mesures réelles montre une excellente ressemblance. Nous simulons ensuite la pose d'une protection thermique en ajoutons une couche convective en béton poreux. Les résultats de cette simulation montrent que le transfert de chaleur par convection possède le potentiel de développer une différence de température significative entre les parties inférieure et supérieure du masque, et aussi que l'ajout de cette couche permet d'amortir le pic de température et le réduire à 12,31 °C, ceci de 9 h jusqu'à 15 h au moment où la chaleur est très élevée, ce qui est significatif pour notre masque, où les températures atteignant leurs valeurs maximales (49 °C).

Les écosystèmes forestiers jouent un grand rôle face au réchauffement climatique grâce aux réservoirs importants de carbone organique (C) de leurs compartiments (aérien, racinaire, litière et sol). En ce qui concerne l'utilisation des terres, les changements d'affectation des terres et la foresterie, des mesures précises des stocks de C dans ces compartiments sont recommandées. Dans ce sens, la capacité de fixation de C des taillis d'eucalyptus (20 à 111 ans) des Hautes Terres centrales malgaches dans ces compartiments a été étudiée, en comparaison avec d'autres modes d'usage des terres (pseudo-steppe, rotation culture/jachère). Des mesures destructives de biomasses et des prélèvements de sols ont été effectués, suivis par le développement d'équations allométriques et des analyses en laboratoire (détermination de la teneur en carbone, étude isotopique). Tous âges confondus, la pratique de taillis d'eucalyptus présente le plus grand stock de C (150,8 ± 25,3 Mg C/ha face à 112 ± 15 et 72,3 ± 9,9 Mg C/hapour la pseudo-steppe et la rotation culture/jachère respectivement). Pour tous les modes d'usage, c'est le compartiment sol qui constitue le principal réservoir de C avec 56% pour l'eucalyptus et plus de 96 % pour les autres modes. Mais ce sont essentiellement la souche et les racines lignifiées qui rendent ces plantations d'eucalyptus plus efficaces que les autres modes d'usage (44 Mg C/ha pour l'eucalyptus face à 2 Mg C/ha) en termes de stockage de C. D'après l'étude isotopique, le C dérivé de l'eucalyptus dans le sol ne domine toutefois qu'en surface, probablement en raison de la gestion en taillis. Cependant, d'autres facteurs, à part la durée de plantation, comme l'altitude et la morphopédologie sont à considérer pour comprendre la dynamique des stocks de C mesurés. (Résumé d'auteur)

Le sol est la meilleure alternative aux gaz à effet de serre car, selon le GIEC, il constitue le plus important réservoir superficiel à carbone avec plus de 1500 à 2000 Gigatonnes de carbone captés par année. Pendant longtemps, l’évaluation du potentiel de stockage en carbone organique dans les sols du Gabon a été exclusivement orientée dans le milieu forestier. Cette étude vise à évaluer le potentiel en carbone organique des sols dans la province de l’Estuaire, selon 7 types d’occupations des sols, définit par l’Agence Gabonaise d’Etudes et Observations Spatiale (AGEOS). Nous avons comparé les sols sous terres cultivées (TC ; n=11), sous bâtis (BT ; n=12), sous cultures villageoises (CV ; n=8), sous savanes et végétations basses (SVB ; n=6), sous forêts inondées (FI ; n=9), sous forêts secondaires (FS ; n=12), à ceux sous forêts matures (FM ; n =14). Les sols ont été prélevés (n=864) sur une profondeur de 0 à 100 cm avec un pas régulier de 20 cm. Les résultats d’analyses ont montré des spécificités géographique et géologique dans les sols des sites échantillonnés. En effet, tous les sols sont acides (pH<5,01), et les sites proches du littoral (BT, SVB, FI et CV) sont fortement désaturés et remaniés, subissant une forte pluviométrie annuelle (3500 mm à 3000 mm), avec des densités apparentes les plus importantes, mais les teneurs en carbone organique totale (COT) les plus faibles. Tandis que les sites plus éloignés du littoral (FM, FS et TC) reposent sur un socle cristallin, subissent une pluviométrie moins importante (2500 mm à 3000 mm), possèdent des densités apparentes les plus faibles et les teneurs en COT les plus importantes. De plus, la texture argilo-limoneuse à argileuse des sols des sites FM, FS, et TC permet un stockage plus important en COT que la texture sableuse à sablo-limoneuse des sols des sites BT, SVB, FI et CV. English title: Evaluation of the organic carbon of the soils of the province of Estuaire (NW, Gabon) according to the type of occupation Soil is the best alternative to greenhouse gases because, according to the IPCC, it is the largest superficial carbon reservoir with more than 1500 to 2000 Gigatons of carbon captured per year (IPCC). For a long time, the evaluation of the organic carbon storage potential in the soils of Gabon was exclusively oriented in the forest environment. This study aims to assess the organic carbon potential of soils in the Estuary province, according to 7 types of land use, defined by the Gabonese Agency for Spatial Studies and Observations (AGEOS). We compared the soils under cultivated land (TC; n=11), under buildings (BT; n=12), under village crops (CV; n=8), under savannas and low vegetation (SVB; n=6), under flooded forests (FI; n=9), under secondary forests (FS; n=12), to those under mature forests (FM; n=14). The soils were sampled (n=864) over a depth of 0 to 100 cm with a regular step of 20 cm. The analysis results showed geographical and geological specificities in the soils of the sampled sites. Indeed, all the soils are acidic (pH<5.01), and the sites near the coast (BT, SVB, FI and CV) are highly desaturated and reworked, undergoing high annual rainfall (3500 mm to 3000 mm), with the highest apparent densities, but the lowest total organic carbon (TOC) contents. While the sites farther from the coast (FM, FS and TC) rest on a crystalline basement, experience less rainfall (2500 mm to 3000 mm), have the lowest apparent densities and the highest TOC contents. In addition, the clayey-loamy to clayey texture of the soils of the FM, FS, and TC sites allows greater TOC storage than the sandy to sandy-loamy texture of the soils of the BT, SVB, FI and CV sites.

La toxoplasmose est une zoonose de répartition mondiale, due au protozoaire Toxoplasma gondii capable d’infecter tous les animaux à sang chaud. L’infection est généralement inapparente ou bénigne chez l’homme sauf en cas d’immunodépression ou lors de transmission materno-fœtale (à l’origine de la toxoplasmose congénitale). Chez les mammifères et les oiseaux, elle peut être source d’avortements ou de maladies parfois graves. La contamination se fait par ingestion de kystes (présents dans les viandes) ou d’oocystes souillant le sol, les végétaux ou l’eau. Les oocystes sont particulièrement résistants aux conditions physico-chimiques. L’environnement joue donc un rôle de réservoir important pour le parasite en permettant son stockage et sa dissémination via les sols, les eaux souterraines ou marines. Son rôle est à prendre en considération pour mieux prévenir la contamination. Un enjeu important est le développement de méthodes de détection adaptées à ce compartiment environnemental où les matrices sont très diverses (sols, végétaux, eaux, mollusques…). Mots-Clés : Toxoplasma, oocystes, environnement, méthodes de détection

Ce travail a pour but de proposer une nouvelle approche du dimensionnement optimisé des réservoirs de stockage d'hydrogène de type IV visant à mieux répondre aux enjeux industriels. Les objectifs scientifiques et techniques consistent à disposer de modèles qualifiés pour la simulation du comportement de ces réservoirs, associés à des méthodologies de dimensionnement et d'optimisation fiables. La démarche s'appuie sur trois axes principaux :- proposer une démarche de conception prédictive en intégrant (i) un premier aspect lié à la ruine de la structure qui est la conséquence de mécanismes complexes et multiples d'endommagement s'initiant, s'accumulant et se développant dans un milieu anisotrope et (ii) des modèles de simulation de la structuration composite spécifique au procédé d'enroulement filamentaire, technologie employée largement dans la fabrication des réservoirs de stockage à haute pression. Leurs implémentations constituent une première avancée face à l'existant ;- choisir et évaluer les paramètres structuraux par une démarche d'optimisation où nous sommes amenés à utiliser (i) des méthodes de métamodélisation permettant de répondre aux contraintes de coûts, (ii) des méthodes spécifiques de tri et (iii) des méthodes à spectres larges qui recherchent des solutions sur une large population telles que des méthodes génétiques ;- qualifier la démarche dans sa globalité par une comparaison entre calculs et essais. Ainsi, la finalité de ce travail est de développer et valider des modèles et méthodes pour permettre de mieux concevoir, tester et fabriquer à moindre coût un réservoir avec une structure calculée optimisée.

Les problèmes environnementaux et économiques, engendrés par l’usage des produits pétroliers, et la pénurie de ces énergies fossiles ont conduit à rechercher d’autres sources d’énergies, renouvelables et respectueuses de l’environnement. Nombre de ces sources sont intermittentes et nécessitent de prévoir des solutions de stockage. Le gaz de dihydrogène apparait comme un bon candidat pour remplir cette fonction. L’élément hydrogène, abondant dans la nature, présente sous sa forme gazeuse un pouvoir calorifique de 140 MJ/kg, soit 2,5 fois celui de l’essence. La filière ’hydrogène’ s’appuie sur 3 piliers : la production, le stockage-la distribution et l’utilisation. Le stockage d’hydrogène est traditionnellement réalisé par compression, sous des pressions allant de quelques bars à plusieurs centaines, et par liquéfaction à 20 K. La faible densité volumique de ces deux types de stockage (42 et 70 kgH2/m3) associée à de sérieux problèmes de sécurité et de conception mécanique, rend le stockage solide dans les alliages métalliques particulièrement pertinent pour certaines applications. Cette solution favorise le développement de réservoirs de conception sûre, compacts et ayant une grande densité volumique de 120 kgH2/m3 pour les alliages TiFe par exemple. Ce type d’hydrure a été retenu dans le cadre de ce travail parce qu’il présente des températures et pressions d’utilisation relativement proches des conditions ambiantes, mais aussi parce qu’il ne contient pas de terre rare d’utilisation relativement proches des conditions ambiantes, mais aussi parce qu’il ne contient pas de terre rare. La présente étude vise à caractériser et modéliser le comportement d’hydruration/déshydruration de l’alliage TiFe0.9Mn0.1, en vue d’améliorer ses performances lorsqu’il est intégré à un système de stockage. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à caractériser expérimentalement l’alliage TiFe0.9Mn0.1 sous forme de poudre en le décrivant sur les plans morphologique, chimique et thermodynamique. Ensuite, deux stratégies d’amélioration ont été testées, la première repose sur un traitement mécanique par broyage planétaire à billes, la deuxième considère un traitement thermochimique à température et durée de maintien données. Ces deux stratégies ont permis d’accélérer le processus d’activation de la poudre, mais le broyage planétaire à billes a détérioré de façon notable la cinétique apparente de désorption. Le traitement thermochimique n’a quant à lui pas dégradé les domaines d’équilibre et n’a donc pas eu d’effet néfaste sur les cinétiques de réaction. Les deux paramètres les plus importants de ce traitement, température et temps de maintien, ont été optimisés. D’autres paramètres restent à affiner.[...]La conception d’un système de stockage solide d’hydrogène exige la bonne compréhension des aspects macroscopiques, mais aussi microscopiques, de la réaction d’hydruration, et requiert donc des recherches complémentaires pour trouver de nouveaux axes d’amélioration de ses performances
He environmental and economic problems caused by the use of petroleum products and the scarcity of these fossil fuels have led to the search for alternative sources of energy, which are renewable and respectful of the environment. Many of these sources are intermittent and require storage solutions. Hydrogen gas appears as a good candidate for this function. The hydrogen element, abundant in nature, has in its gaseous form a calorific value of 140 MJ / kg, i.e. 2.5 times that of gasoline. The 'hydrogen' sector is based on 3 pillars: production, storage, distribution and use. The storage of hydrogen is traditionally carried out by compression, under pressures ranging from a few bars to several hundreds, and by liquefaction at 20 K. The low density of these two types of storage (42 and 70 kgH2 / m3) associated with serious problems of safety and mechanical design, make solid storage in metal alloys particularly relevant for some applications. This solution favors the development of safe, compact design tanks with a high density of 120 kgH2/m3for TiFe alloys, for example. This type of hydride has been retained in this work because it has operating conditions of temperatures and pressures that are relatively close to ambient conditions, and also because it does not contain rare earth elements. The aim of this study is to characterize and model the hydriding/dehydriding behavior of the TiFe0.9Mn0.1 alloy, in order to improve its performance when it is integrated into a storage system. We first tried to characterize the alloy TiFe0.9Mn0.1 in powder form by describing it morphologically, chemically and thermodynamically. Then, two strategies of improvement were tested, the first one based on a mechanical treatment by planetary ball milling, the second considers a thermochemical treatment at given temperature and duration. Both strategies accelerated the process of powder activation, but the planetary ball milling significantly impaired the apparent desorption kinetics. The thermo-chemical treatment did not degrade the equilibrium domains and thus did not have an adverse effect on the reaction kinetics. The two most important parameters of this treatment, temperature and holding time, have been optimized. Other parameters remain to be refined.In addition to this experimental characterization, we have undertaken to describe the hydriding / dehydriding reaction macroscopically. The model allows to account for the thermodynamic response of the hydride within a reservoir. This work presents the results obtained on a tank containing 4 kg of TiFe0.9Mn0.1 powder when different hydrogen loading / unloading scenarios are considered: (i) loading / unloading under constant pressure, (ii) loading / unloading under an initial dose ( Method of Sievert), iii) loading / unloading under inlet or outlet flux of hydrogen. For each scenario, the effect of the coupling with a heat exchange system on the filling / emptying times is analyzed and optimal operating conditions are proposed. Finally, a sensitivity study using the Morris method is presented, and the most influential parameters of the model on the reaction rates are identified. The design of a solid hydrogen storage system requires a good understanding of the macroscopic as well as the microscopic aspects of the hydriding reaction and therefore requires further research to find new directions for improving its performance

Le monde d'aujourd'hui est confronté à l'épuisement imminent des combustibles fossiles et à de graves problèmes environnementaux, et il est urgent de trouver des sources d'énergie propres et renouvelables. L’énergie hydrogène, en tant que source d’énergie propre, est un candidat potentiel. Dans une économie de l’hydrogène basée sur l’hydrogène énergie, le stockage de l’hydrogène constitue le principal obstacle à son développement. Les hydrures métalliques ont attiré l'attention en raison de leur sécurité et de leurs propriétés élevées de stockage de l'hydrogène. La première génération d'alliage commercial de stockage d'hydrogène à base de LaNi5 présente d'excellentes performances de stockage d'hydrogène et a été largement utilisée dans divers domaines. Cependant, en raison de sa faible capacité de stockage d’hydrogène, il est difficile de répondre aux exigences de l’Union européenne en matière de matériaux de stockage d’hydrogène. Les scientifiques utilisent souvent une seule méthode d’optimisation, comme la substitution d’éléments, les nouvelles voies de synthèse, l’optimisation de surface, etc. Cependant, peu d’articles rapportent des méthodes d’optimisation combinant les deux méthodes.Dans ce travail, les premiers principes ont été utilisés pour sélectionner le meilleur élément Cr pour remplacer Ni. L'alliage mécanique a été utilisé pour synthétiser l'alliage LaNi5 et l'alliage LaNi4Cr. La micromorphologie et la composition des phases de différents échantillons produits avec différents paramètres de broyage à boulets ont été caractérisées par des tests SEM et XRD. Les performances de stockage de l'hydrogène de l'échantillon ont ensuite été testées, et les performances de stockage de l'hydrogène gazeux et les performances électrochimiques de l'échantillon ont été obtenues. Les propriétés de stockage de l'hydrogène de tous les échantillons ci-dessus sont comparées les unes aux autres et les résultats reflètent l'efficacité de la combinaison des méthodes d'alliage mécanique et de substitution d'éléments pour l'optimisation de LaNi5.De plus, une autre méthode d’optimisation de l’alliage LaNi5 a également été réalisée, à savoir sa combinaison avec la phase AB2 pour former l’alliage La4MgNi19. Un total de 6 ensembles de paramètres avec différents temps de broyage à billes et différents précurseurs ont été utilisés pour synthétiser l'alliage La4MgNi19. La composition des phases et les propriétés de stockage de l'hydrogène de tous les échantillons ont été obtenues et comparées aux propriétés de stockage de l'hydrogène de LaNi4Cr. Les résultats montrent que les performances de stockage de l'hydrogène de l'alliage La4MgNi19 sont meilleures que celles de l'alliage LaNi5, mais légèrement pires que celles de l'alliage LaNi4Cr.Enfin, à l’aide d’un logiciel de simulation, les paramètres de l’alliage LaNi4Cr ont été introduits dans le modèle éprouvé de réservoir de stockage d’hydrogène afin d’explorer les performances de cet alliage dans le réservoir de stockage d’hydrogène. Après avoir exploré les effets de différents paramètres sur le réservoir de stockage d’hydrogène, des conduites d’eau ont été ajoutées pour ajuster l’échange thermique. Les résultats montrent que les réservoirs de stockage d’hydrogène remplis de LaNi4Cr ont d’excellentes performances
Today's world is facing the imminent depletion of fossil fuels and serious environmental problems, and it is urgent to find clean and renewable energy sources. Hydrogen energy, as a clean energy source, is a potential candidate. In a hydrogen economy based on hydrogen energy, hydrogen storage is the biggest obstacle limiting its development. Metal hydrides have attracted attention due to their safety and high hydrogen storage properties. The first generation of commercial hydrogen storage alloy LaNi5-based alloy has excellent hydrogen storage performance and has been widely used in various fields. However, due to its low hydrogen storage capacity, it is difficult to meet the requires of the European Union for hydrogen storage materials. Scientists often use a single optimization method, such as element substitution, new synthetic routes, surface optimization, etc. However, few articles report optimization methods that combine the two methods.In this work, first principles were used to screen out the best element Cr to substitute Ni. Mechanical alloying was used to synthesize LaNi5 alloy and LaNi4Cr alloy. The micromorphology and phase composition of different samples produced with different ball milling parameters were characterized by SEM and XRD tests. The hydrogen storage performance of the sample was then tested, and the gaseous hydrogen storage performance and electrochemical performance of the sample were obtained. The hydrogen storage properties of all the above samples are compared with each other, and the results reflect the effectiveness of the combination of mechanical alloying and element substitution methods for the optimization of LaNi5.In addition, another optimization method of LaNi5 alloy was also carried out, that is, combining it with AB2 phase to form La4MgNi19 alloy. A total of 6 sets of parameters with different ball milling times and different precursors were used to synthesize La4MgNi19 alloy. The phase composition and hydrogen storage properties of all samples were obtained and compared with the hydrogen storage properties of LaNi4Cr. The results show that the hydrogen storage performance of La4MgNi19 alloy is better than that of LaNi5 alloy, but slightly worse than that of LaNi4Cr alloy.Finally, with the help of simulation software, the parameters of the LaNi4Cr alloy were introduced into the proven hydrogen storage tank model to explore the performance of this alloy in the hydrogen storage tank. After exploring the effects of different parameters on the hydrogen storage tank, water pipes were added to adjust the heat exchange. The results show that hydrogen storage tanks filled with LaNi4Cr have excellent performance

Le stockage d’hydrogène est le verrou technologique pour l’utilisation de ce vecteur énergétique dans domaine du transport automobile. Les matrices poreuses en carbone sont des matériaux qui pourraient permettre de réaliser un stockage efficace. Nous avons étudié des nanostructures à porosité contrôlée, répliques carbonées de silices mésoporeuses ou de zéolithes. Nous simulons par une approche statistique les répliques de quatre zéolithes à l’échelle atomique : AlPO4-5, silicalite, FAU et EMT. Nous montrons que les faujasites induisent des structures de nanotubes interconnectés, formant des réseaux de pores nanométriques interconnectés, avec de très bonnes propriétés mécaniques pour de très faibles densités de matériaux. Nous montrons que toute phase purement carbonée ne sera d’aucun intérêt à température ambiante en comparaison avec des réservoirs classiques. Par dopage au lithium, ces matériaux peuvent en théorie stocker à 300 bars autant d’hydrogène qu’un système classique fonctionnant à 700 bars. Les résultats des capacités théoriques permettent d’envisager une application embarquée dans le domaine du transport automobile
Hydrogen storage is the key issue to envisage this gas as an energy vector in the field of transportation. Porous carbons are materials that are considered as possible candidates. We have studied well-controlled microporous carbon nanostructures, carbonaceous replicas of mesoporous ordered silica materials and zeolites. We realized numerically the atomic nanostructures of the carbon replication of four zeolites : AlPO4-5, silicalite, and Faujasite (FAU and EMT). The faujasite replicas allow nanocasting a new form of carbon cristalline solid made of tetrahedrally or hexagonally interconnected nanotubes. The pore size networks are nanometric giving to these materials optimized hydrogen molecular storage capacities. However, we demonstrate that these new carbon forms are not interesting for a room temperature efficient storage compared to the void space of a classical tank. We showed that doping with alkaline element such as lithium one could store the same quantities at 300 bars than a classical tank at 700 bars. This result is a possible route to achieve interesting performances for on-board docking systems

Les réservoirs composites de type IV utilisés pour le stockage de l’hydrogène gazeux rencontrent du succès dans les applications mobiles de la pile à combustible. Au cours de leur utilisation, ces supports de stockage sont soumis à des cycles successifs de remplissage/maintien/vidange en hydrogène. Sous des conditions spécifiques de vidange, l’apparition d’un décollement entre l’enveloppe en polyamide 6 qui assure l’étanchéité (liner) et la paroi composite, peut être observée. Ce décollement, encore appelé collapse, peut poser des problèmes de limitation à un débit de vidange lent ou à un seuil minimal de pression résiduelle du gaz sur le liner.Air Liquide a cherché à élucider expérimentalement l’influence des cycles de pression en hydrogène sur le comportement mécanique des liners en situation de collapse. Mais compte tenu des coûts très élevés des essais, l’utilisation d’un outil numérique prédictif s’avérait nécessaire. L’enjeu principal dans le développement d’un tel outil était la modélisation du comportement d’un liner collapsé sous des chargements de cyclage – fluage.L’objectif de cette thèse est de proposer une loi de comportement capable de prédire l’évolution cyclique de la déformée d’un liner en situation collapsée.Le liner est exposé à plusieurs variations de son environnement : présence d’un résidu d’humidité dans le liner après épreuve hydraulique, variations de températures générées par la compression/détente de l’hydrogène, diffusion de l’hydrogène dans le liner. Un travail préliminaire a donc consisté à évaluer l’influence de ces différents facteurs environnementaux sur la réponse mécanique du polyamide 6. Cette première étape a permis de définir un cadre de sollicitation à l’échelle du laboratoire, mais qui préserve les principales caractéristiques du collapse. Les essais de caractérisation sur éprouvette ont montré que le liner pouvait être modélisé par une loi viscoélastique multiaxiale formulée dans le cadre thermodynamique des processus irréversibles en petites déformations, faiblement couplée avec la thermique. Des modifications mineures ont été introduites pour permettre à cette loi de capter les effets du comportement en fatigue-fluage d’un liner en situation collapsé. Ces modifications ont malheureusement pénalisé l’identification manuelle et par conséquent, ont conduit à développer une stratégie d’identification spécifique. La qualité de d’identification a été évaluée dans le cadre isotherme en regardant les effets de la vitesse de la sollicitation, du niveau de contrainte et de la température. Puis, le modèle a été validé en présence de transitoires thermiques, d’abord sur éprouvette, ensuite dans un réservoir en présence d’un collapse
Hyperbaric hydrogen storage vessels of type IV are encountering success for portable applications of fuel cell. During their use, these cylindric containers undergo repeated fill in/fill out cycles of H2-gaz. Under specific fillout conditions, an emerging detachment between the sealing inner layer (liner) and the composite wall, can be observed. This layer debonding also called collapse may limit the pressure release rate of H2-vessels or increase the residual gas pressure prescribed to avoid collapse.Experimental studies have been conducted by Air Liquide at vessel scale to identify some parameters responsible for the collapse onset. But the high cost of these studies and the complexity of the operating conditions makes the use of numerical tools necessary. That led to a numerical modeling approach. The main goal in the numerical approach is to model the cyclic mechanical response of a collapsed liner under fatigue – creep loadings.In this thesis, the purpose was to develop a mechanical constitutive law able to predict the cyclic deformation of a collapsed liner subjected to hydrogen pressure cycles.The liner was subjected to several environment variations due to: (i) the presence of residual water into the liner after initial hydraulic vessel tests, (ii) the temperature changes caused by the hydrogen compression/expansion, and (iii) the hydrogen diffusion/saturation. So, a preliminary work consisted in investigating the influence of each environmental factor on the polyamide 6 mechanical response. This first step allowed to outline a loading frame at laboratory scale that preserved main characteristics of the collapse phenomenon. Characterization tests on tensile specimens revealed that the liner could be modelled by a non linear viscoelastic law written within the thermodynamic framework of the irreversible processes in small deformations, and coupled with the temperature. Minor changes were introduced to extend the model capacity to capture liner behavior effects during fatigue – creep. These changes had negative impact on the manual method of model calibration, and consequently required to develop a specific identification strategy. The identification performance was assessed in different isothermal frames through stress rate, stress level and temperature effects. Then, the calibrated model was validated by taking temperature gradients into account, firstly on a tensile specimen, secondly within a H2-vessel

Les matériaux composites constitués de fibres de carbone et de résine époxy présentent des propriétés spécifiques remarquables qui les destinent à une utilisation à grande échelle dans de nombreux domaines où des gains de masse sont recherchés, comme le transport. Les réservoirs d’hydrogène de type IV présents dans les véhicules automobiles en sont un exemple. Dans le cadre de la sécurité des biens et des personnes, le risque incendie doit alors être considéré : lorsqu’un réservoir d’hydrogène subit une agression thermique telle qu’un feu, son enveloppe en matériau composite est sujette à décomposition thermique qui, couplée aux transferts de chaleur et à l’endommagement dû au chargement mécanique, peut conduire à l’explosion de la structure. Pour prédire numériquement le comportement des réservoirs dans des situations de charges couplées, thermiques et mécaniques, un modèle construit sur la prise en compte des phénomènes ayant une conséquence majeure sur le comportement du matériau a été développé. Il intègre, dans un cadre thermodynamique, la microfissuration matricielle, la rupture des fibres et des interfaces fibres/matrice ainsi que le délaminage et représente les effets de la température sur les propriétés mécaniques. A cet endommagement mécanique est adjoint la décomposition thermique due aux températures élevées (>350°C). Elle induit des changements de structure du matériau due à la gazéification de la résine époxy, une modification des paramètres thermiques (ce qui a une influence sur les transferts de chaleur) et une perte des propriétés mécaniques.A l’échelle de l’éprouvette, des calculs sont menés afin de déterminer les paramètres des différents sous-modèles. Cela comporte les critères d’initiation et les lois d’évolution des endommagements, les paramètres réactionnels pour la décomposition thermique et les paramètres thermiques (masse volumique, capacité thermique et conductivité) pour chaque état de décomposition. Une méthode est proposée pour fixer les paramètres clés du couplage thermomécanique, à savoir l’influence de la décomposition thermique sur le comportement mécanique. Des calculs entièrement couplés sont également réalisés afin de déterminer le poids de chaque phénomène (température, décomposition thermique et endommagement mécanique) sur la rupture finale du matériau en condition d’exposition au feu.A l’échelle du réservoir hyperbare, des prédictions de pressions d’éclatement, en situation d’incendie et à température ambiante, sont menées. A température ambiante, le rôle de chaque processus d’endommagement dans la pression ultime est évalué afin de déterminer leur nécessité dans la modélisation. Dans des conditions d’incendie, le temps à éclatement est évalué lorsque le réservoir est soumis à différentes pressions internes. Le modèle est capable de prédire correctement la transition entre un mode d’éclatement à haute pression et un mode de fuite par le corps à plus faible pression, dû à la fusion du liner avant que le niveau de contraintes soit critique dans la coque composite et conduise à l’éclatement. Cette approche, mise en place à l’échelle du réservoir, permet donc d’établir la succession des événements menant à son éclatement (ordre et plis d’apparition des endommagements, champ de température dans l’épaisseur l’enveloppe composite, temps à explosion)
Composite materials made of carbon fibres and epoxy resin have remarkable specific properties that make them suitable for large-scale use in many areas where mass savings are required, such as transport. An example is the type IV hydrogen tank in motor vehicles. In the context of the safety of persons, the fire risk must then be considered: when a hydrogen tank undergoes thermal aggression such as a fire, its composite shell is subject to thermal decomposition which, coupled with heat transfers and damage due to mechanical loading, can lead to burst of the structure. To numerically predict the behaviour of tanks subjected to coupled load (thermal and mechanical), a model based on the phenomena having a major impact on the behaviour of the material has been developed. It involves, in a thermodynamic framework, matrix microcracking, fibre failure and fibre/matrix interfaces decohesion as well as delamination and represents the effects of temperature on mechanical properties. To this mechanical damage is added the thermal decomposition due to high temperatures (>350°C). It induces structural changes in the material due to the gasification of the epoxy resin, a change in thermal parameters (which has an influence on heat transfers) and a loss of mechanical properties.At the specimen scale, calculations are carried out to determine the parameters of the different sub-models. This includes initiation criteria and damage evolution laws, reaction parameters for thermal decomposition and thermal parameters (density, thermal capacity and conductivity) for each decomposition state. A method is proposed to determine the key parameters of thermomechanical coupling, namely the influence of thermal decomposition on mechanical behaviour. Fully coupled calculations are also performed to determine the weight of each phenomenon (temperature, thermal decomposition and mechanical damage) on the final failure of the material under fire exposure conditions.At the hyperbaric tank scale, burst pressure predictions, in a fire situation and at room temperature, are carried out. At room temperature, the role of each damage process in the ultimate pressure is evaluated to determine their relative weight in the modelling. Under fire conditions, the time to burst is evaluated when the tank is subjected to different internal pressures. The model is able to correctly predict the transition from a burst mode at high pressure to leak mode at lower pressure due to melting of the liner before the stress level is critical in the composite shell and leads to burst. This approach, implemented at the scale of the tank, therefore makes it possible to establish the sequence of events leading to burst (plies in which damage occurs, temperature field in the composite wall, burst time)

Dans la course pour trouver des moyens de production d'hydrogène propre et bon marché, les puits d'hydrogène naturel de Bourakèbougou offrent une solution prometteuse. Non seulement l'un d'entre eux a pu être exploité avec succès pour produire de l'électricité pour le village local, mais ses vingt-quatre puits actuels offrent également une occasion unique aux géo-scientifiques de déterminer les caractéristiques des réservoirs d'hydrogène naturel, la nature des roches couvertures et les différents processus qui interviennent dans son accumulation, migration et piégeage dans les roches. Ce travail de recherche présente les études de carottage, diagraphie, géophysique et géochimie qui ont été réalisées pour mieux caractériser la nature des réservoirs d’H2 de Bourakèbougou. L’étude de la géologie régionale et de l’ensemble de la zone sur la base de l’interprétation des données de forages et des données bibliographiques a dans un premier temps été réalisée. Cela a permis de fournir une nouvelle carte géologique de la zone ainsi qu’une coupe Nord-Sud de l’ensemble du bassin. L’analyse des faciès ainsi que les données de forages ont permis de montrer qu’il existait une corrélation entre les puits stratigraphiques F1 et F2 forés en 2011 à 100 km au nord de Bourakèbougou et les puits dans la zone d’étude située plus au sud. Une structure antiforme a également été identifiée autour de Bourakèbougou. L’ensemble de ces données ont permis de valider et de fournir un modèle sédimentaire cohérent de l’ensemble de la zone. Afin d’améliorer le cadre géochronologique entre les différents événements de la zone et caractériser la succession chronologique entre les sédiments et les intrusions, des datations U/Pb ont été réalisées sur les carbonates sur Bougou-6, le puits le plus profond, et sur le puits F2. Les âges obtenus sur certains carbonates ont été largement influencés par l’intrusion de méga-sills de dolérites entre 150 et 210 Ma. Ceci est confirmé par la datation de veines issues des carbonates du réservoir principal de Bougou-6 et du puits F2. Les veines datées, notamment celle dans le réservoir principal contenant de l’H2 (Bougou-6) a donné un âge d’environ 210 Ma, ce qui correspond à la période de magmatisme dit de la Central Atlantic Magmatic Province (CAMP). Seule la datation d’un carbonate situé à 890m a donné un âge manifestement synchrone du dépôt (620 ±100 Ma). Cet âge a permis de confirmer l’âge néoprotérozoïque des sédiments et d’établir un lien avec l’événement glaciaire néoprotérozoïque survenu entre 635-710 Ma (Sturtien + Marinoen). Les analyses de carottes, imageries de puits, diagraphie, rock Eval et calcimétrie ont permis de mettre en évidence que les carbonates supérieurs dans lesquels le maximum d’H2 est accumulé correspondent majoritairement à des carbonates dolomitiques de type cap carbonates, et que l’ensemble des accumulation d’H2 se trouvaient dans des cavités karstiques (thermo-karst). Différents faciès classiques du Néoprotérozoïque ont été identifiés le long de la série, notamment des stromatolithes, des microbialites, et des diamictites. Les roches situées au-dessus du réservoir principal qui font office de couverture, principalement une dolérite, ont été caractérisées afin de savoir quel rôle elles jouaient dans le piégeage de l’H2. Non seulement les dolérites jouent un rôle important dans le piégeage par leur épaisseur cumulée, mais, plus en profondeur, la présence d’aquifères pouvait également atténuer la migration de l’H2 en le ralentissant dans sa migration vers la surface. Les analyses diagraphiques couplées aux données de production ont permis de mettre en évidence que le système hydrogène est un système dynamique qui se recharge de manière spontanée pendant la production, contrairement aux systèmes de réservoir de pétrole et de gaz. Enfin, l’analyse des données géophysiques a permis d’apporter une compréhension sur la structure globale de la zone et la signature géophysique de la phase gaz
In the race to find clean and inexpensive ways to produce hydrogen, the natural hydrogen wells of Bourakèbougou offer a promising solution. Not only has one of them been successfully exploited to generate electricity for the local village, but its current twenty-four wells also provide a unique opportunity for geoscientists to determine the key characteristics of natural hydrogen reservoirs, the nature of the cap rocks, and the various processes involved in its accumulation, migration, and trapping in the rocks. This scientific research presents core, logging, geophysical, and geochemical studies that have been conducted to better characterize the nature of Bourakèbougou's H2 reservoirs. The study of regional geology and the entire area based on drilling data interpretation and bibliographic information was initially carried out. This resulted in a new geological map of the area and a North-South cross-section of the entire basin. Facies analysis and drilling data showed a correlation between stratigraphic wells F1 and F2 drilled in 2011, 100 km north of Bourakèbougou, and the wells in the study area located further to the south. An antiform structure was also identified around Bourakèbougou. All of these data helped validate and provide a coherent sedimentary model for the entire area. To improve the geochronological framework between different events in the area and to characterize the chronological sequence between sediments and intrusions, U/Pb dating was performed on carbonates from Bougou-6, the deepest well, and well F2. The ages obtained for some carbonates were largely influenced by the intrusion of mega-sills of dolerites between 150 and 210 million years ago (Ma). This was confirmed through dating veins derived from the carbonates of the main Bougou-6 reservoir and well F2. The dated veins, especially the one in the main reservoir containing H2, provided an age of approximately 210 Ma, corresponding to the period of magmatism known as the Central Atlantic Magmatic Province (CAMP). Only the dating of a carbonate located at 890m yielded an age that was clearly synchronous with the deposition (620 ± 100 Ma). This age confirmed the Neoproterozoic age of the sediments and established a connection with the Neoproterozoic glaciation event that occurred between 635-710 Ma (Sturtian + Marinoan). Core analyses, well imaging, logging, Rock Eval, and calcimetry revealed that the upper carbonates in which the highest amount of H2 is accumulated mainly consist of dolomitic cap carbonates, and all H2 accumulations are found in karstic cavities (thermokarst). Different Neoproterozoic facies were identified along the sequence, including stromatolites, microbialites, sandstones, and diamictites. The rocks located above the main reservoir, primarily dolerite, were characterized to understand their role in trapping H2. It was found that not only do the dolerites play a significant role in trapping due to their cumulative thickness, but the presence of aquifers can also attenuate H2 migration by slowing it down in its migration towards the surface. The diagraphic analyses, coupled with production data, have revealed that the hydrogen system is a dynamic system that is spontaneously recharged in H2-rich gas at the production timescale, unlike oil and gas reservoir systems. Finally, the analysis of geophysical data provided an understanding of the overall structure of the area and the gas phase geophysical signature

Ce travail concerne l'étude de la faisabilité de l'insertion électrochimique de l'hydrogène dans le carbure de titane sous-stoechiométrique de formule TiCx obtenu par des procédés de frittage réactifs conventionnels (naturel et sous charge) et sous forme de couches minces par pulvérisation cathodique magnétron. L'insertion électrochimique de l'hydrogène dans ce matériau dépend grandement de plusieurs facteurs : le procédé d'élaboration, la structure cristalline et la stoechiométrie du carbure. Le frittage sous charge des carbures TiCx avec x inférieur ou égal a 0,70 mènent à l'obtention d'une structure cristalline ordonnée où les plans (111) de carbone sont partiellement vides permettant l'insertion de l'hydrogène dans le matériau. A l'inverse, les carbures préparés par frittage naturel à haute température (2100°C) ne permettent pas l'insertion de l'hydrogène quelle que soit la stoechiométrie du carbure car les lacunes de carbone sont désordonnées dans leur structure cristalline. Néanmoins, il est possible d'ordonner ces lacunes de carbones par des recuits thermiques à basse température (730°C) et d'identifier de nouveau les plans (111) de carbone partiellement vides comme responsable de l'insertion de l'hydrogène dans le carbure de titane dont le coefficient de diffusion a ete estimé a 1,2 X 10-13 cm2. S-1 dans TiC0,60. La réaction électrochimique d'oxydation du carbure de titane a aussi été étudiée, où il est démontré que le carbure de titane s'oxyde en TiO2 avec un rejet de CO2
This work deals with the feasibility of the electrochemical hydrogen insertion into the substoichiometric titanium carbides TiCx (0. 5 ≤ x ≤ 1) obtained by conventional reactive sintering (natural and hot pressing), and under the form of thin films, as obtained by magnetron reactive sputtering. The electrochemical hydrogen insertion in this material strongly depends on several parameters : (i) the elaboration process ; (ii) the crystalline structure ; and (iii) the stoichiometry of the carbide. The carbides TiCx obtained by hot pressing with x lower or equal to 0. 70 present an ordered crystalline structure where the (111) carbon plans are partially empty, allowing the hydrogen insertion into the material. On the contrary, the carbides prepared by reactive sintering at high temperature (2100°C) do not allow the hydrogen insertion whatever the carbide stoichiometry, because of the disorder of the carbon vacancies inside the crystalline structure. Nevertheless, it is possible to order these carbon vacancies by annealing at low temperature (730°C), this treatment rendering again the carbon plans (111) partially empty, and so, allowing the hydrogen to penetrate inside the titanium carbide with a diffusion coeffcient estimated at 1. 2 X 10-13 cm2. S-1 in TiC0. 60. The electrochemical reaction of oxidation of the titanium carbide was also studied, and it is demonstrated that TiC oxidizes into TiO2 accompanied by a CO2 release

Parmi les options en cours d’investigation, le stockage souterrain de l'hydrogène dans les formations sédimentaires comme les grès pourrait offrir un potentiel unique pour stocker de grandes quantités d'énergie. L'évaluation des modalités de stockage souterrain de l'hydrogène nécessite donc à la fois une connaissance précise des transformations minéralogiques dues à la présence de l'hydrogène et l’acquisition de données sur le comportement hydrodynamique des fluides. Par conséquent, cette étude se composera de trois parties : 1- Etude des interactions géochimiques de l’hydrogène dans des formations sédimentaires gréseuses : Les produits expérimentaux portent la marque d'une réaction très limitée entre les minéraux du grès et l'hydrogène. Si les résultats expérimentaux sont combinés aux résultats numériques, l’étude démontre que l'hydrogène, une fois injecté, peut être considéré comme relativement inerte. De façon globale, nos résultats renforcent la faisabilité du confinement de l'hydrogène dans des réservoirs géologiques comme les grès. 2- Etude de la migration de l'hydrogène dans les grès : détermination de la perméabilité relative et de la pression capillaire du système hydrogène-eau : Afin de fournir des données quantitatives pour le développement du stockage souterrain de l'hydrogène, la pression capillaire et la perméabilité relative ont été mesurées pour le système hydrogène-eau en deux conditions potentielles. Les résultats indiquent que les données obtenues sont applicables à l’ensemble des conditions de stockage de l'hydrogène. 3- Modélisation numérique d’un site de stockage géologique d’hydrogène : La simulation numérique a été effectuée pour caractériser l'évolution dynamique d’un site de stockage d'hydrogène pur. Une fluctuation saisonnière du fonctionnement du réservoir et l'effet des fuites d'hydrogène dus aux réactions ont été pris en compte
Underground hydrogen storage has been introduced as storage solution for renewable energy systems as it offers a unique potential to store large amounts of energy, especially in sedimentary formations such as sandstones. However, evaluating the underground hydrogen storage requires a precise knowledge of the hydrodynamic behavior of the fluids and of mineralogical transformations due to the presence of hydrogen that may affect the storage properties. Therefore, this study is consists in three parts: 1- Study of geochemical reactivity of hydrogen in sandstone sedimentary formations: The experimental products bear the mark of only very limited reaction between sandstone minerals and hydrogen. Taken together with the numerical results, this study demonstrates that hydrogen, once injected, can be considered as relatively inert. Overall, our results support the feasibility of hydrogen confinement in geological reservoirs such as sandstones. 2- Study of the migration of hydrogen in sandstone: determination of relative permeability and capillary pressure of hydrogen-water system: To provide quantitative data for the development of underground hydrogen storage, capillary pressures and relative permeabilities of hydrogen-water system have been measured at two potential conditions. The interpretation of the results would suggest that the obtained data are applicable for the entire range of hydrogen storage conditions. Interfacial tensions and contact angles for the hydrogen-water system have been also derived. 3- Numerical simulation of a geological hydrogen storage site: The numerical simulation was performed to characterize the evolution of pure hydrogen storage, by considering the seasonal fluctuation of renewable energy and the effect of hydrogen loses due to the biotic reactions

La géothermie de faible profondeur avec des pompes à chaleur correspond à l’état actuel de la technique et est déjà largement répandue en Suisse. Au sein du futur système énergétique, la géothermie de moyenne à grande profondeur (1 à 6 km) devrait également jouer un rôle important, notamment en matière de fourniture de chaleur pour les bâtiments et les process industriels. Cette forme d’utilisation de la chaleur géothermique nécessite un sous-sol bien perméable, permettant à un fluide – généralement de l’eau – d’engranger la chaleur naturellement présente dans la roche et de la transporter jusqu’à la surface. Dans les roches sédimentaires, cette condition est généralement vérifiée du fait de la structure naturelle, tandis que dans les granites et les gneiss la perméabilité doit être générée artificiellement par injection d’eau. La chaleur ainsi récupérée augmente au fur et à mesure de la profondeur de forage : la température souterraine atteint environ 40°C à 1 km de profondeur et environ 100°C à 3 km de profondeur. Pour entraîner une turbine à vapeur en vue de produire de l’électricité, des températures supérieures à 100°C sont nécessaires. Étant donné que cela implique de forer à des profondeurs de 3 à 6 km, le risque de sismicité induite augmente en conséquence. Le sous-sol peut également servir à stocker de la chaleur ou des gaz, par exemple de l’hydrogène ou du méthane, ou encore à enfouir de façon permanente du CO2. À cet effet, les mêmes exigences que pour l’extraction de chaleur doivent être vérifiées et le réservoir doit en outre être surmonté d’une couche étanche, empêchant le gaz de s’échapper. Le projet conjoint « Énergie hydroélectrique et géothermique » du PNR « Énergie » était avant tout consacré à la question de savoir où en Suisse trouver des couches de sol appropriées, répondant de manière optimale aux exigences des différentes utilisations. Un deuxième grand axe de recherche concernait les mesures visant à réduire la sismicité induite par les forages profonds et les dommages aux structures qui en résultent. Par ailleurs, des modèles et des simulations ont été élaborés dans le but de mieux comprendre les processus souterrains qui interviennent dans la mise en œuvre et l’exploitation des ressources géothermiques. En résumé, les résultats de recherche montrent que la Suisse jouit de bonnes conditions pour l’utilisation de la géothermie de moyenne profondeur (1-3 km), tant pour le parc de bâtiments que pour les processus industriels. L’optimisme est également de mise en ce qui concerne le stockage saisonnier de chaleur et de gaz. Le potentiel de stockage définitif de CO2 dans des quantités pertinentes s’avère en revanche plutôt limité. Concernant la production d’électricité à partir de la chaleur issue de la géothermie profonde (> 3 km), il n’existe pas encore de certitude définitive quant à l’importance du potentiel économiquement exploitable du sous-sol. Des installations de démonstration exploitées industriellement sont absolument nécessaires à cet égard, afin de renforcer l’acceptation par la population et les investisseurs.