10 mai 2017

Offre de thèse - Analyse thermodynamique et performances dynamiques de cycles hybrides impliquant des procedes a sorption.


Le sujet de thèse est proposé pour l'équipe TES (Thermodynamique, Energétique et Systèmes réactifs) du laboratoire PROMES (PROcédés, Matériaux et Energie Solaire) pour le concours d'attribution des bourses doctorales de l'école doctorale "Energie et Environnement" (ED 305) de l'Université de Perpignan Via Domitia. 

Description du sujet de thèse

Mots clefs

analyse thermodynamique de cycles, modélisation dynamique, stockage d'énergie, machines à sorption, polygénération

Contexte et problématique scientifique

L'accroissement de la variabilité de la consommation et de la production d'énergie et la multiplication des vecteurs énergétiques sont des déterminants du contexte énergétique à venir. Une réponse à ces contraintes est le développement de systèmes de stockage d'énergie multifonctionnels (multi-effets utiles).

Pour développer de tels systèmes, il est possible de coupler deux cycles thermodynamiques pour combiner leurs fonctionnalités et leurs avantages afin d'obtenir des cycles hybrides innovants associant multifonctionnalité, flexibilité et compacité. Dans cet objectif, les cycles les plus pertinents sont :

  • cycles trithermes à sorption liquide/gaz (absorption): ils sont basés sur des cycles d'absorption (exothermique)/désorption (endothermique) d'un soluté dans une solution (ex: NH3/H2O). Ces procédés sont continus en production de froid (à l'évaporateur) ou de chaleur (à l'absorbeur) par circulation de la solution entre l'absorbeur et le désorbeur. Le stockage de cette solution permet le décalage dans le temps de la production. Ces cycles trithermes sont les plus performants en production de froid et en revalorisation thermique.

  • cycles trithermes à sorption solide/gaz (thermochimique): ils sont aussi basés sur des cycles alternant effets endo et exothermiques mais impliquent des réactions renversables solide/gaz (ex: BaCl2/NH3). Contrairement aux précédents, ils sont discontinus, et caractérisés par leur forte densité énergétique en stockage et leur large gamme de conditions thermodynamiques opératoires.

  • cycles dithermes de puissance: les cycles de Rankine ou ORC sont les cycles de production d'énergie mécanique et d'électricité les plus efficaces, en particulier à basse température.

Ces trois cycles ont pour point commun l'implémentation d'un fluide de travail subissant des changements de phase, et les composants correspondants (évaporateur, condenseur). Le couplage et l'hybridation de ces cycles va se concrétiser par la mise en commun de ces composants similaires.

La littérature sur les cycles à sorption hybrides a démontré leur fort potentiel de valorisation d'énergie thermique basse température pour la production de travail mécanique et d'effet frigorifique, mais ces études prennent très rarement en compte le caractère intrinsèquement instationnaire de ces cycles1,2. Afin d'évaluer leur potentiel de développement, il est indispensable de caractériser de manière précise le fonctionnement dynamique de ces cycles.

Méthodologie

La thèse proposée vise à démontrer, à travers une première approche uniquement numérique, la faisabilité des cycles à sorption hybrides pour assurer des fonctions de stockage d'énergie thermique (sous forme de potentiel chimique) pour produire un effet frigorifique et/ou un travail mécanique. Il s’agira dans un premier temps d'évaluer les performances thermodynamiques (énergétique et exergétique) des différents cycles. Une modélisation dynamique sera ensuite développée pour analyser le comportement dynamique et opérationnel des différentes architectures, et dans un deuxième temps, pour étudier et optimiser le couplage entre les différents éléments de ces cycles.

Profil du candidat

Titulaire d’un master ou équivalent (i.e. diplôme d’ingénieur). Le candidat doit posséder de solides bases en Génie des procédés, thermodynamique et énergétique. Il doit par ailleurs avoir de bonnes compétences en simulation numérique et avoir une première expérience de programmation avec un des langages suivants: EES, Dymola, Python, Matlab, ou démontrer une aisance en programmation lui permettant de s'adapter à ces outils.

Candidature

Les candidats doivent envoyer une lettre de motivation et un CV par e-mail à Nathalie Mazet () et Maxime Perier-Muzet () avant le 12 mai 2017. Après analyse des dossiers de candidature, un premier entretien téléphonique sera réalisé entre le 15 et le 19 mai 2017. 

 

1 Bao et al. Integrated chemisorption cycles for ultra-low grade heat recovery and thermo-electric energy storage and exploitation, Applied Energy 164 (2016) 228-236.
2 Wang et al., A resorption cycle for the cogeneration of electricity and refrigeration, Appl. Energy 106 (2016) 56-64.