Littérature scientifique sur le sujet « Dépôt sous énergie concentrée »

Avec les besoins croissants en énergie renouvelable, les activités industrielles dans le domaine du photovoltaïque gagnent une place considérable dans le secteur de l’énergie. Afin d’être en adéquation avec ce marché de l’emploi en plein développement, il devient important de former des ingénieurs compétents dans ce domaine. Un TP a été développé au CIME Nanotech pour simuler, élaborer et caractériser des cellules photovoltaïques de première génération. Le travail de simulation (sur SILVACO®) porte sur les procédés de fabrication de la cellule, ainsi que sur sa réponse I-V sous éclairement. La fabrication (effectuée dans la salle blanche du CIME Nanotech) comprend essentiellement les étapes suivantes : (1) texturation de la surface d’un substrat de silicium (2) réalisation d’une jonction pn, (3) dépôt d’une couche anti-reflet et (4) métallisation. Au-delà de la confrontation aux procédés de fabrication en salle blanche, les étudiants appréhendent l’importance d’étapes technologiques comme, par exemple, la texturation ou la couche anti-reflet ainsi que le rôle de la géométrie, telle que le motif de métallisation. Ces cellules sont ensuite testées électriquement par la mesure des caractéristiques I-V sous obscurité et sous simulateur solaire. Les rendements et autres paramètres caractéristiques (facteur de forme, résistance série…) de chaque cellule sont ensuite calculés et comparés.

La production porcine a bénéficié, au cours des dernières décennies, de progrès importants et continus réalisés par la sélection pour une croissance sans cesse plus forte de tissus maigres et un dépôt décroissant de gras, en réponse à la demande des consommateurs. Cet article examine les changements intervenus dans l’alimentation en considérant les évolutions récentes et les perspectives, compte tenu de l’évolution prévisible des performances de production et de l’apport des nouvelles technologies. L’importance du progrès génétique en faveur de la croissance des tissus maigres a conduit en premier lieu à envisager une modélisation de la prévision des besoins nutritionnels (énergie, protéines et acides aminés, minéraux), dont les variations se traduisent notamment par des exigences moins marquées en énergie que par le passé et par un accroissement important des besoins en acides aminés relativement à l’apport énergétique. Grâce à cette démarche de modélisation, il est désormais possible de définir de nouvelles stratégies d’alimentation adaptées pour la production de viande maigre (plan de rationnement alimentaire, choix du type d’aliment pour une phase de production déterminée), en fonction des conditions particulières de production et à l’aide de systèmes d’évaluation des aliments suffisamment discriminants (énergie nette, digestibilité iléale des acides aminés). En outre, l’augmentation de certains intrants alimentaires (azote, phosphore) pour une production accrue de viande maigre implique une gestion raisonnée de leurs apports, afin de prévenir des rejets excessifs dans l’environnement (eau, atmosphère). La tendance à une certaine dégradation de la qualité de la viande, notamment sous l’angle technologique et organoleptique, au fur et à mesure des progrès de la sélection sur la croissance musculaire, oblige à une prise en compte, par l’alimentation, des exigences de qualité des produits, qu’il s’agisse des dépôts gras ou des tissus maigres (importance du gras intramusculaire). Il en est de même avec le recours à de nouvelles technologies permettant, soit de préserver le potentiel de croissance musculaire (utilisation du porc mâle entier), soit de le stimuler (facteurs de croissance). En dernier lieu, après avoir considéré les effets de l’alimentation sur la conformation des carcasses, en relation avec l’amélioration du développement musculaire, les conséquences d’un amaigrissement excessif des truies sur les performances de reproduction sont évoquées en liaison avec la mobilisation et la reconstitution des réserves lipidiques corporelles. Ce problème d’équilibre entre les tissus musculaire et gras constitue un enjeu important pour l’évolution future de l’alimentation du porc maigre. Au plan de l’application, les nouvelles approches nutritionnelles, basées sur l’établissement de lois de réponse qui prennent en compte la diversité à la fois des types génétiques (depuis les plus gras jusqu’aux plus maigres) et des conditions d’élevage et de milieu devraient permettre, dans chaque cas, de définir les conditions optimales de production d’un type de porc particulier.

La fabrication additive par dépôt sous énergie concentrée (DED) permet la fabrication rapide de petites séries de pièces. Cependant, les trajectoires usuellement utilisées pour les pièces présentant du porte-à-faux nécessitent l’utilisation de supports, matériau non utile à la pièce finale dont le dépôt et l’enlèvement sont chronophages. Si les trajectoires multi-axes permettent de s’en passer, elles présentent généralement des distances locales inter-couches hétérogènes, nécessitant d’ajuster la hauteur de couche par la paramétrie de dépôt, pouvant alors impacter les caractéristiques mécaniques de la pièce finie. Cette thèse propose, dans un premier temps, une méthode de génération de trajectoire multi axes à distance locale inter-couches constante pour des tubulures définies par des courbes guides paramétrées et pouvant présenter des variations de rayon de profil. Les trajectoires proposées ont ensuite été validées par la fabrication additive robotisée de démonstrateurs en matériau polymère. La rotation autour de l’axe d’un outil de dépôt coaxial n’ayant pas d’incidence sur le dépôt, l’utilisation de robots 6-axes admet une redondance. En utilisant cette redondance, une méthode d’optimisation couche par couche de la trajectoire dans l’espace articulaire est finalement proposée. Pour une configuration de robot contrainte, l’optimisation permet la fabrication de pièces impossibles à produire de manière classique et apporte une amélioration de leur qualité géométrique ainsi qu’une meilleure répétabilité
Additive manufacturing through Directed Energy Deposition (DED) enables small batches of parts to be rapidly manufactured. However, manufacturing trajectories usually used for the manufacture of overhanging parts require the use of supports, material which is not useful for the finished part and time consuming. If multi-axis trajectories can be used to avoid them, they present generally a heterogeneous local inter-layer distance, thus requiring a variation of the deposition parameters to adapt the layer height ; variation that can be harmful to the mechanical characteristics of the final part. This thesis first proposes a constant local inter-layer trajectory generation method for DED additive manufacturing of tubular parts defined by parametric curves and which can have profile radius variations. The proposed trajectories have been validated by robotized manufacturing trials of polymer parts. Since the rotation about a coaxial deposition tool axis has no impact on the deposit, the use of 6-axis robots offers a redundancy. Using this redundancy, a layer by layer optimization of the trajectory in the robot space is then proposed. In a constrained robot configuration, the trajectory optimization allows the manufacturing of parts that cannot be manufactured in the usual way, and improves the geometrical quality of the parts with a better repeatability

L’intégration d’un système de stockage thermique dans une centrale solaire à concentration augmente la durée de production journalière de la centrale tout en permettant de surmonter le caractère intermittent de l’énergie solaire. Parmi les trois types de stockage thermique existants (sensible, latent et thermochimique), le stockage thermochimique semble être le plus avantageux. En effet, sa grande densité énergétique et sa capacité à stocker de l’énergie sans pertes pendant une grande période de temps en font le candidat ayant le plus de potentiel pour équiper les centrales solaires à concentration. L’objectif principal de cette thèse est de développer un procédé innovant de stockage de l’énergie solaire et d’optimiser son intégration dans une centrale solaire à concentration par une démarche qui vise l’optimisation globale des performances de la centrale. Des méthodes numériques permettant de simuler le fonctionnement d’une centrale solaire ont été utilisées afin d’étudier le fonctionnement de la centrale et de déterminer ses performances. Trois configurations d’intégration ont été proposées, étudiées et comparées. Des études énergétiques et exergétiques statiques ont permis d’effectuer des comparaisons des configurations d’intégration en se basant sur les rendements énergétiques et exergétiques obtenus. Des modèles dynamiques de composants ont été créés afin de réaliser des simulations dynamiques des configurations d’intégration. Ces simulations ont permis d’effectuer une comparaison des configurations d’intégration en prenant en compte l’inertie des composants et le caractère variable de l’ensoleillement. Plusieurs modes de production d’électricité ont aussi pu être testés (production en base, en pic). Enfin une analyse du cycle de vie a été réalisée afin d’effectuer une comparaison des trois configurations d’intégration en se basant sur des critères environnementaux
The integration of a thermal energy storage (TES) system in a concentrated solar power (CSP) plant increases the daily production time and permits to overcome solar energy’s intermittent character. Among the three types of existing thermal storage technology (sensible, latent, thermochemical), thermochemical storage receives an increasing attention in recent years. Indeed, its high energy density and its capacity to store energy without heat losses during a long period of time make it the most promising candidate for CSP application. The principal objective of this PhD dissertation is to study the innovative thermochemical storage process, to propose conceptions for its integration into a CSP plant and to optimize the CSP plant’s overall efficiency. Various methodologies were used, including energy and exergy analyses based on the first and second law of thermodynamics, dynamic numerical simulations for the operation cycle and the life cycle analysis. Three integration configurations have been firstly proposed, studied and compared based on the energy and exergy analyses. Dynamics models for individual component of the system and the CSP plant as a whole were created and tested. These simulations made it possible to carry out a comparison or the integration configurations taking into account the inertia of the components and the variable solar irradiation. Several electricity production modes have also be tested (base production, peak production). Finally, a life cycle analysis was carried out in order to compare the three integration configurations based on environmental criteria

Dans le contexte énergétique qui se profile, la production d’électricité par voie solaire thermodynamique s’avère une solution prometteuse, que ce soit pour des considérations économiques, d’échelle de production ou environnementales. Une voie d’amélioration du rendement des centrales solaires à tour consiste à utiliser des cycles thermodynamiques à haut rendement type cycles combinés. Cela nécessite de pouvoir fournir un fluide de travail pressurisé à très haute température (10bar et 1000°C minimum). Ce manuscrit présente les travaux menés afin de développer et de viabiliser un concept d’absorbeur solaire surfacique modulaire en céramique (carbure de silicium) capable de répondre à ces exigences. Le choix du carbure de silicium s’est imposé pour sa résistance aux hautes températures et aux problèmes d’oxydation. Cependant, l’utilisation d’une céramique comme matériau implique un risque de casse des modules. Les céramiques sont en effet fragiles lorsqu’elles sont soumises à des contraintes de traction. C’est la connaissance et la maitrise de ce risque qui fait l’objet de cette étude. L’approche adoptée combine le développement d’outils numériques et d’études expérimentales réalisées sur le site de la centrale solaire Thémis (Targassonne, 66, France). La méthodologie desimulation développée permet de prédire le comportement thermique et le comportement mécanique de l’absorbeur. Ceci permet de réduire les risques encourus par l’absorbeur et d’en connaitre les performances. Cette méthodologie a été éprouvée à l’aide des résultats expérimentaux
For the future, using thermodynamical solar power plant seems to be a good solution to ensure electrical production. Solar tower plants are able to produce electricity in significant amount, are environmentally friendly and economically competitive. One way to increase the yield of these plants is using high efficiency thermodynamical cycles, like combined cycle. That requires to providing a working fluid at high temperature and high pressure (10bar and 1000°C at least). This PHD thesis presents the works performed to develop and enhance a concept of modular plate solar ceramic absorber that can ensure the required air production. We chose the silicon carbide as material due to its resistance to high temperatures and oxidation problems. The drawback is ceramic modules are weak to traction stresses. The study focuses on the knowledge and the control of this phenomenon. This work combines the developments of numerical tools and experimental studies performed at Thémis power plant (Targassonne, 66, FRANCE). The numerical method permits simulations to predict the thermal behavior and the mechanical behavior of a solar module absorber. It allows the reduction of the mechanical stresses undergone by solar receiver and the prediction of its performances. This methodology was tested using experimental results

Les composants du circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau sous pression (REP) subissent une corrosion généralisée entraînant le relâchement d'espèces solubles dans le fluide primaire (principalement Fe, Ni, Cr, Mn, Co). Sous l'effet de la convection du fluide, ces espèces sont entraînées dans le circuit primaire. Une partie de ces espèces peut précipiter sur les surfaces du combustible et être activée sous l'effet du flux neutronique régnant dans cette région. Ce dépôt de produits de corrosion peut, sous l'effet des forces hydrodynamiques du fluide primaire, être érodé (ou bien dissous si les conditions thermo-chimiques le permettent). Ces espèces activées (principalement du 58Co, 60Co, 51Cr et 54Mn), sous l'effet de la convection vont se retrouver disséminées dans l'ensemble du circuit primaire où elles pourront se redéposer (ou bien précipiter) sur les différents composants et ainsi contaminer l'ensemble du circuit primaire. Au cours d'un cycle de fonctionnement normal dans un REP EDF, l'activité du fluide dans le circuit primaire est relativement constante (généralement de l'ordre de 10-20 MBq.m-3 en 58Co). Cependant, lors de certains cycles de fonctionnement (en fonction de la gestion de combustible), notamment on observe des montées d'activités volumiques importantes en 58Co et en 51Cr pouvant atteindre une centaine de fois celles observées habituellement. Ces montées d'activités volumiques sont dues à l'établissement dans les régions les plus "chaudes" des assemblages de combustible d'un régime d'ébullition nucléée. L'ébullition peut dans certains cas multiplier par un facteur 10 à 100 l'épaisseur de dépôt formé sur le combustible conduisant ainsi à un transfert de masse plus important sous forme particulaire entre le dépôt et le fluide primaire du fait de l'érosion. Une modélisation des mécanismes de transfert de masse entre le fluide primaire et le dépôt sur ces régions "chaudes" du combustible en régime d'ébullition nucléée et les impacts sur la contamination du circuit primaire sont décrits dans ce mémoire. L'ébullition à la surface du dépôt ou bien dans le dépôt lui-même provoque un enrichissement à la paroi en espèces ioniques pouvant entraîner une précipitation plus importante ou bien modifier le comportement d'une espèce d'un régime de dissolution à un régime de précipitation ; le dépôt de particules turbulent et inertiel est lui aussi favorisé. La vaporisation du fluide à la paroi ainsi que la formation des bulles elles-mêmes entraînent aussi un dépôt et une précipitation plus importants. La prise en compte de ces mécanismes de transfert de masse dans le code OSCAR (Outil de Simulation de la ContAmination en Réacteur), développé au sein du Laboratoire de Modélisation des interactions et Transferts en Réacteur au CEA, conduit à une bonne reproduction des résultats expérimentaux issus du retour d'expérience des centrales françaises tant au niveau des dépôts formés dans les régions avec ébullition que des activités volumiques.

Ces travaux se proposent d’étudier le potentiel de la polymérisation plasma d’un composé organosilicié cyclique pour répondre aux besoins technologiques variés en fonctionnalisation de surface. Il est montré l’influence relative de paramètres opérationnels critiques sur la cinétique et les régimes de croissance du matériau. Ces paramètres régissent en grande partie la conformation du polymère plasma qui en déterminera les propriétés. Ainsi, il est possible d’obtenir des surfaces de basse énergie, 18 mJ.m-2 et de haute énergie, 68 mJ.m-2, en fonction des conditions de synthèse. Il est montré comment la nature cyclique de la conformation du polymère peut, de manière surprenante, contrôler finement les propriétés d’hystérésis de mouillage de la surface lorsque le procédé de synthèse est en régime d’oligomérisation. Enfin, l’intérêt pratique d’un tel procédé est illustré par quelques exemples applicatifs révélant le potentiel de ces matériaux, les polydiméthylsiloxanes cycliques plasma
The aim of this work is to study the potential of plasma polymerization of a cyclic organosilicon compound to supply the various needs in surface functionnalization. Plasma polymerization kinetics and growth modes depend on critical process parameters. These parameters mainly govern the conformation of the plasma polymer which determines its bulk properties. These bulk properties influence the surface properties. Using the present process, low surface energy, 18 mJ.m-2, and high surface energy, 68 mJ.m-2, could be obtained depending on the synthesis conditions. The cyclic nature of the polymer conformation surprisingly control the wetting hysteresis properties of the surface with high accuracy when the process works in the oligomerization growth mode. Finally, the interest of such a process is illustrated with some examples of applications showing the potential of these materials, i.e. the cyclic plasma polydimethylsiloxanes