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Anita Haeussler, lauréate du Prix de Thèse 2021 du Collège Doctoral Languedoc-Roussillon dans le domaine des « Sciences et Technologies »

Ce prix distingue deux jeunes chercheurs formés en Région et dont les thèses présentent un intérêt particulier au regard de l’originalité́, de la qualité́ scientifique et de la portée socio-économique des travaux. Deux prix sont décernés : un prix de thèse « Sciences et Technologies » et un prix de thèse « Sciences Humaines et Sociales ». 

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3rd Doctoral Colloquium and Summer School of the SFERA-III project

The 3rd Doctoral Colloquium and Summer School of SFERA-III will be hosted by ETH-Z in Zurich (Switzerland) from September 12th to 16th 2022.

  • Doctoral Colloquium: September 12th- 14th (Colloquium restricted to SFERA-III members)
  • Summer School: September 14th – 16th. Topic “Solar thermochemistry” (School open to a broad audience).

Further information (detailed program, registration…) will be available soon on the SFERA-III website

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Proposition de Post-Doctorat : Modélisation Euler-euler d’un récepteur solaire à génération directe de vapeur

Démarrage au plus tard à l’automne 2022 pour une durée de 1 an.

Introduction :

Dans le contexte énergétique actuel, le développement et l’optimisation des procédés de conversion des énergies renouvelables suscite de plus en plus d’engouement. Les technologies solaires concentrés (CSP) s’inscrivent dans ces procédés propres de génération d’énergie. Cette technique consiste à concentrer les rayons du soleil à l’aide de miroir (héliostats) sur un récepteur, pour générer une élévation de température. La chaleur est transférée vers un échangeur de chaleur où de la vapeur est produite pour entraîner une turbine et générer de l’électricité. Une des technologies se développant actuellement consiste à générer directement
la vapeur dans le récepteur (GDV) [Dinsenmeyer 2015]. Ceci permet (i) de ne plus utiliser de fluide caloporteur (HTF, souvent onéreux), (ii) de réduire le nombre d’échangeurs de chaleur et (iii) de ne plus utiliser de matériaux «polluants» pour le stockage de la chaleur. La centrale eLLO opérée par SUNCNIM en Cerdagne repose sur cette technologie (voir eLLoTM SUNCNIM). Dans le récepteur, les transferts thermiques convectifs fluide/paroi entraînent l’évaporation du liquide et la création d’un écoulement diphasique dont la fraction volumique varie grandement en fonction de la position dans le tube récepteur. Ce post-doctorat s’inscrit dans une thématique de recherche ayant pour objectif la prédiction des régimes d’écoulement diphasique dans ces récepteurs. Celle-ci est d’une importance capitale pour deux raisons : (i) prévoir la quantité de vapeur produite et donc la production de la centrale, (ii) prédire les contraintes thermomécaniques imposées aux matériaux du tube.

Figure 1 – Evaluation de la convergence en maillage. Haut : représentation instantanée de
l’interface pour différente résolution. Bas : Champ stationnaire moyenné de la fraction volumique
de vapeur dans une section proche de la sortie du domaine.

Objectifs :

Du fait de l’émergence récente de ce type de centrale, les données expérimentales d’exploitation – indispensables à la validation de l’outil numérique – sont actuellement indisponibles dans la littérature. Les simulations réalisées à ce jour ont validées par confrontation à une étude expérimentale de la littérature, reprenant tous les ingrédients physiques de notre écoulement, d’ébullition de R141b dans un tube horizontal en serpentin [Yang et al 2008]. Ces données ont permis une première évaluation prometteuse de notre approche sur cette configuration simplifiée [Butaye et al 2021]. Celle-ci tire profit des outils développés par l’industrie du nucléaire et notamment le logiciel de simulations NEPTUNE_CFD (voir Neptune_CFD TM EDF). Ce code numérique, utilisant la méthode des volumes finis, est une extension à n phases du modèle à deux fluides initialement développé pour les écoulements dispersés. Des travaux récents ont introduit de nouveaux modèles dans cet outil pour modéliser les écoulements gaz-liquides complexes (stratifiés, poches-bouchons, …). La conduction thermique dans la parois du solide est prise en compte via le logiciel SYRTHES. Des travaux antérieurs ont montrés qu’une résolution à 40 mailles par diamètre permet d’atteindre une convergence en maillage (voir Fig. 1) pour le cas de Yang. Le/la personne recruté.e aura donc pour objectif de faire évoluer le cas de calcul mis en place pour être pleinement représentatif d’un module élémentaire constituant le récepteur solaire mis en oeuvre sur la centrale eLLo. Ce module élémentaire reprend la géométrie du démonstrateur que SUNCNIM a réalisé et opéré à La Seyne-sur-Mer. Des données expérimentales, issue de ce démonstrateur, permettront une évaluation de la démarche. Un paramètre clef de ces simulations réside dans l’estimation du flux incident – résultant de la concentration solaire – sur la paroi du récepteur et représentant la condition au limite de nos calculs. Les travaux de E. Montanet, actuellement en thèse CIFRE SUNCNIM/PROMES sur la modélisation macroscopique de la centrale de Llo, permettront d’alimenter ce volet du travail.

Programme de recherche :

  • Identification et analyse des mécanismes physiques mis en jeu à travers une étude bibliographique
  • Mise en place d’un cas de calcul représentatif d’un récepteur solaire GDV
  • Évaluation du flux thermique incident sur le récepteur
  • Étude des régimes d’écoulement dans le récepteur et des contraintes thermomécaniques associées dans le solide

Profil du candidat :

Nous recherchons des candidat.e.s ayant effectué un doctorat en mécanique des fluides avec une expertise sur la mise en oeuvre de simulations numériques diphasiques. Une
connaissance préalable de NEPTUNE_CFD serait appréciée mais n’est pas nécessaire.

Lieu de stage : Laboratoire PROMES – Site de Perpignan.
Rémunération : environ 2000 €/mois indexé sur l’expérience du/de la candidat.e
Candidature : Les lettres de candidature devront être accompagnées d’un CV et adressées à
Samuel Mer : , Adrien Toutant :

Références :

  • Butaye E., Mer S., Toutant A. – Euler-Euler multiscale simulations of internal boiling flow with conjugated heat transfer -submitted
  • Dinsemeyer R., 2015. Étude des écoulements avec changement de phase : application à l’évaporation directe dans les centrales solaires à concentration. Univ. Grenoble – PhD thesis
  • Mer S., Praud O., Neau H., Merigoux N., Magnaudet J., Roig V., 2018. The emptying of a bottle as a test case for assessing interfacial momentum exchange models for Euler-Euler simulations of multi-scale gas-liquid flows. Int. J. Multiph. Flow 106.
  • Yang Z., Peng X.F., Ye P., 2008. Numerical and experimental investigation of two phase flow during boiling in a coiled tube. Int. J. Heat Mass Transf. 51.
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Odeillo, un instrument timbré !


Quel instrument de recherche autre que le Four Solaire du CNRS à Odeillo peut s’enorgueillir d’avoir un timbre à son effigie ? C’est un bel hommage que lui a rendu La Poste, dans le cadre du programme philatélique national.

Ce timbre a été vendu en avant-première les 25 et 26 mars au sein du Four Solaire à Odeillo, après une cérémonie de présentation en présence de Nadia Pellefigue, vice-présidente à la région Occitanie, Alain Luneau, maire de Font-Romeu Odeillo Via,  Françoise Bataille, Directrice du laboratoire PROMES CNRS, Jérôme Vitre, Délégué Régional du CNRS Occitanie Est,  Stéphane Visseq, Délégué Territorial du Groupe la Poste Pyrénées Orientales, Gilles Flamant, ancien Directeur du laboratoire PROMES CNRS et les Vice-Présidentes Recherche de l’UPVD.

Nadia Pellefigue, Alain Luneau, Françoise Bataille, Stéphane Visseq, Jérôme Vitre
© Sandrine Verdanet – Mairie Font-Romeu

Le timbre a aussi été présenté au Carré d’encre à Paris, en présence de Françoise Massines, Directrice Adjointe au laboratoire PROMES CNRS, Marine Charlet-Lambert, responsable Communication à l’INSIS CNRS accompagnée de Stéphanie Demaretz, chargée de communication stagiaire INSIS et François Laborde, Délégué Régional du Groupe La Poste en IDF. L’artiste M. Stéphane Humbert-Basset était présent pour les dédicaces et la rencontre avec les philatélistes.

Frédéric Morin (Philaposte), Stéphanie Demaretz (CNRS – INSIS), Françoise Massines (CNRS – PROMES), Marine Charlet-Lambert (CNRS – INSIS), Marie Mora (CNRS Images), François Laborde (La Poste – IDF)
© La poste

Le timbre, édité à 702 000 exemplaires, est à la vente dans tous les bureaux de poste et sur le site Internet www.laposte.fr depuis le 28 mars, pour une durée de 1 an.

A cette occasion, de nombres articles de presse, sur des sites web ou des posts sur les réseaux sociaux ont partagé notre émotion.

Revue de presse

ActuPerpignan

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© Guillaume Mancera Groupe La Poste
© Guillaume Mancera Groupe La Poste
© Guillaume Mancera Groupe La Poste

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La Poste émet un timbre sur le Four Solaire du CNRS à Odeillo

Le 28 mars 2022, La Poste émet un timbre sur le Four solaire du CNRS à Odeillo situé dans les Pyrénées-Orientales au sein du laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (PROMES).

Avec son champ d’héliostats et son bâtiment de 48 mètres de haut et 54 m de large couvert de miroirs, il n’attire pas que les rayons du soleil, mais aussi les regards ! Le four solaire d’Odeillo, en Cerdagne française, a été inauguré en 1969. Mais son histoire débute plus tôt. En 1946, Félix Trombe, qui dirige le laboratoire CNRS des terres rares à Meudon, parvient à concentrer la lumière du soleil à l’aide d’un miroir et à obtenir de hautes températures en milieu confiné. Son but ? Faire fondre les minerais de terres rares et extraire des matériaux purs afin d’étudier leurs propriétés.

Soucieux de poursuivre ses travaux dans une région plus ensoleillée, le chercheur fonde en 1947 un laboratoire d’énergie solaire à Mont-Louis. Là, les travaux débouchent sur une foule d’applications dont la transformation de l’énergie solaire en énergie électrique… Un projet de four de 1 000 kW est mis à l’étude, la construction débute en 1963 à quelques kilomètres du four solaire précédent, sur la commune de Font-Romeu-Odeillo-Via, grâce aux crédits que la France alloue à la recherche scientifique.

Après l’embellie post premier choc pétrolier, en 1973, l’énergie solaire a connu des éclipses dans les années 1985-2000, son histoire n’a jamais été un long fleuve tranquille dans notre pays ! Mais devant les immenses défis environnementaux et énergétiques qui se posent à l’Humanité, elle a le vent en poupe : depuis 2004, au sein du laboratoire « PROcédés, Matériaux et Energie Solaire » (PROMES) du CNRS, en convention avec l’Université de Perpignan, le four d’Odeillo prépare notre avenir dans les domaines des matériaux pour l’énergie et l’espace, des centrales solaires du futur, du stockage et de la transformation de l’énergie solaire en vecteurs d’énergie chimiques comme l’hydrogène.

Communiqué de Presse

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Offre de Stage : Simulation d’écoulements anisothermes fluide/particules

Contexte

La modélisation et la simulation des écoulements solide-gaz à haute température a un impact important sur le développement des technologies solaires à concentration du futur pour plusieurs raisons :

  • Les lits fluidisés peuvent être mis en œuvre comme nouveau fluide de transfert dans les récepteurs des centrales solaires de 3ème génération (particules inertes, projet européen Next-CSP).
  • Les systèmes solide-gaz offrent des perspectives nombreuses dans le domaine du stockage thermochimique (systèmes redox, hydroxydes ou carbonates).
  • Les réactions gaz-solide sont majoritaires dans l’industrie minérale, secteur prometteur pour le développement des applications de la chaleur solaire dans l’industrie (décarbonatation, projet européen SOLPART).
  • Les réactions gaz-solide sont présentes dans les procédés de gazéification de la biomasse ou de déchets, en introduisant le solide à traiter dans un lit fluidisé par de la vapeur d’eau (ou un mélange d’air et de vapeur d’eau). L’utilisation de la chaleur solaire est également envisagée dans ces secteurs pour la production de gaz de synthèse dit syngas.
  • Le cracking du méthane ou du gaz naturel pour produire de l’hydrogène et des noirs de carbone peut se faire dans un réacteur solaire opérant à 1100°C environ. Le gaz naturel est décomposé sur des particules de graphite.

Objectif

Développement d’une méthode de simulation numérique directe fluide-particules utilisant la méthode Front-Tracking (FT) du logiciel TrioCFD et une approche Discrete Element Method (DEM).

Méthode

La méthode FT du logiciel TrioCFD est une méthode puissante pour la simulation des écoulements diphasiques. Elle utilise un maillage mobile de surface qui représente explicitement les interfaces. Elle permet donc de décrire précisément la géométrie des particules ainsi que les interactions entre le fluide et les particules. Récemment, cette méthode initialement développée pour les écoulements liquide/gaz a été adaptée pour les écoulements fluide/particules. Les interactions particules/particules sont modélisées par des lois de collision (DEM). Le caractère indéformable des particules est obtenu grâce à une pénalisation par la viscosité : une viscosité très importante est utilisée dans les mailles occupées par la phase solide (les particules). Dans les volumes de contrôle traversés par l’interface particules/fluide, on utilise une viscosité moyenne en fonction de la proportion occupée par la phase solide (taux de présence). Actuellement, ce taux de présence est calculé précisément sur les mailles du domaine et il est seulement interpolé aux autres endroits d’intérêt – notamment sur les bords des volumes de contrôle. Afin d’augmenter la précision des simulations et d’en diminuer le coût de calcul, la/le stagiaire devra implémenter le calcul précis du taux de présence aux différents endroits d’intérêt.

Mots-clés

Mécanique des fluides numériques, Méthode Numérique, Ecoulement diphasique gaz-particule, Simulation numérique directes.

Profil du candidat

Niveau M2. Compétences souhaitées : mécanique des fluides, langages informatiques (C++, Python)

Lieu, durée du stage

Le stage débutera en mars/avril pour une durée de 6 mois. Il aura lieu au Laboratoire PROMES – Site de Perpignan

Contacts

Edouard BUTAYE –
Adrien TOUTANT – 04 68 68 27 09 –
Samuel MER – 04 68 68 22 25 –

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Offre de Stage : Simulation et optimisation thermo-optique de matériaux sélectifs pour l’hybridation solaire photovoltaïque/concentré

Contexte et objectifs

Face aux enjeux climatiques et énergétiques, les technologies solaires offrent une voie de production d’énergie (chaleur et électricité) renouvelable et décarbonée. L’hybridation du solaire photovoltaïque (PV) avec le solaire thermique à concentration (CSP) couple le potentiel de conversion du PV et la capacité de stockage du CSP (stockage thermique plus aisé que l’électrochimique), palliant ainsi mieux l’intermittence solaire. L’hybridation peut se faire par exemple via des centrales hybrides PV + CSP : deux champs solaires, une turbine, PV le jour, déstockage CSP la nuit. L’autre option, étudiée dans ce stage, concerne des centrales à récepteurs solaires hybrides PV/CSP : des « miroirs PV » installés sur des concentrateurs cylindro-paraboliques. Ces miroirs PV comportent des cellules PV protégées par une surface dite à sélectivité/division spectrale, qui transmet une partie du spectre solaire vers les cellules sous-jacentes et renvoie le reste vers des absorbeurs thermiques (Figure 1). Cette fonction optique complexe peut être obtenue grâce à des architectures de couches minces, qui doivent être simulées et optimisées, dans le but de maximiser les performances de production PV et CSP.

Figure 1 – Exemple de principe de récepteurs hybrides PV/CSP à sélectivité spectrale [1]

La thématique Matériaux pour l’Energie et l’Espace (MEE) du laboratoire PROMES a une expertise dans le développement d’architectures couches minces à sélectivité spectrale pour le CSP, à travers leur design par simulation/optimisation [2], leur élaboration et caractérisation. MEE a aussi une expertise dans la simulation des performances de systèmes PV, CSP et hybrides PV/CSP [3]. Dans ce cadre, l’objectif du stage est d’établir par simulation les performances atteignables en hybridation PV/CSP, basée sur des associations réalistes de cellules PV existantes et d’architectures sélectives potentielles pour le miroir PV. L’absorbeur thermique pourra aussi être adapté au spectre solaire tronqué réfléchi par le miroir PV. Ces performances seront comparées à celles de systèmes PV et CSP autonomes pour évaluer la pertinence de ce mode d’hybridation.

Contenu du stage

  1. Sélection de matériaux pertinents pour les miroirs PV : cellules PV et architectures sélectives
  2. Détermination de la fonction optique spectrale cible à atteindre pour les architectures sélectives
  3. Simulation/optimisation de la réponse optique spectrale des architectures basées sur les matériaux sélectionnés
  4. Évaluation et comparaison des performances de systèmes PV/CSP basés sur ces matériaux et composants

Profil du candidat

Niveau BAC+5 (Master ou Ingénieur). Compétences souhaitées: Sciences des matériaux, couches minces, optique, outils de calcul (Matlab/Scilab)

Références

[1] K. Fisher, Z. (Jason) Yu, R. Striling, Z. Holman, AIP Conference Proceedings. 1850 (2017) 020004. doi.org/10.1063/1.4984328.
[2] A. Grosjean, A. Soum-Glaude, L. Thomas, Solar Energy Materials and Solar Cells. 230 (2021) 111280. doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111280.
[3] A. Vossier, J. Zeitouny, E.A. Katz, A. Dollet, G. Flamant, J.M. Gordon, Sustainable Energy Fuels. 2 (2018) 2060–2067. doi.org/10.1039/C8SE00046H.

Lieu, durée du stage

Le stage débutera en février pour une durée de 4 à 6 mois. Il aura lieu au Laboratoire PROMES – Site d’Odeillo

Candidature

Les lettres de candidature devront être accompagnées d’un CV et adressées à :

,

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Offre de Stage : Génération directe de vapeur des lignes solaires de la centrale de Llo : modélisation thermohydraulique des écoulements diphasiques dans le tube absorbeur.

Introduction

La société SUNCNIM – filiale du Groupe CNIM – développe et fournit des technologies solaires à concentration, pour la génération d’électricité ou de chaleur. SUNCNIM est lauréat en 2012 d’un appel d’offres de la Commission de Régulation de l’Energie (CRE) lui permettant de développer sa technologie de concentration solaire à échelle industrielle. La société inaugure en 2019 à Llo dans les Pyrénées-Orientales une centrale solaire thermodynamique reposant sur des collecteurs solaires linéaires Fresnel à génération directe de vapeur et équipé d’un système de stockage d’énergie.

De nos jours, la plupart des centrales en opération se basent sur des cycles thermodynamiques de Rankine ou de Hirn pour convertir l’énergie thermique des champs solaires en énergie électrique. Ainsi, la vapeur d’eau est le fluide de travail classiquement utilisé dans les centrales à concentration, cette vapeur est, pour la plupart des installations, produite dans des échangeurs de chaleur. Ces échangeurs sont alimentés par un fluide caloporteur (huile, sel fondu – circuit primaire) provenant des champs solaires et transfèrent de l’énergie thermique au fluide de travail (eau – circuit secondaire) afin de générer de la vapeur d’eau et alimenter le cycle thermodynamique (Figure 1-a). Une autre approche moins répandue est de considérer un seul circuit où la génération de vapeur est réalisée dans les lignes solaires (Figure 1-b). Ce choix technologique, retenu par SUNCNIM pour leurs collecteurs solaires, a l’avantage de réduire les coûts d’installation par la simplification des circuits hydrauliques et le prix du fluide caloporteur. Ainsi, cette configuration est principalement mise en œuvre dans des collecteurs solaires linéaires Fresnel qui affichent le même objectif de réduction des coûts.

Figure 1 : Schéma bloc d’une centrale solaire (a) composée de deux circuit et (b) à génération directe de vapeur

Dans le cadre d’une thèse CIFRE au laboratoire PROMES et en collaboration avec SUNCNIM, une modélisation de la centrale de Llo est en cours de développement. L’objectif étant d’optimiser les stratégies opératoires de la centrale et notamment la gestion du stockage. Ce modèle est décomposé en trois principales études : une modélisation optique des collecteurs solaires sur Tonatiuh, une modélisation thermohydraulique de l’écoulement diphasique au sein du tube absorbeur sur Matlab et enfin la construction du modèle global sur APROS – un logiciel de modélisation et de simulation de centrales électriques. La Figure 2 présente la structure du modèle à développer et les résultats de chaque étude seront ensuite utilisés comme données d’entrée de la modélisation suivante.

Figure 2 – Structure du modèle à développer

Objectif

Le stage sera consacré au développement du modèle thermohydraulique dans le but de caractériser l’écoulement diphasique dans le tube absorbeur du récepteur solaire. Fasquelle [1], durant sa thèse, a réalisé un modèle thermohydraulique sur Matlab pour caractériser le concentrateur cylindro-parabolique Microsol-R à Odeillo. Le but sera d’utiliser ses travaux afin d’adapter le modèle aux lignes solaires de la centrale de Llo en intégrant notamment la génération directe de vapeur. Les résultats de simulations, couplées au modèle optique, permettront de déterminer la performance des lignes solaires de la centrale de Llo. Ce modèle sera validé expérimentalement grâce aux données de la centrale solaire de Llo. Pour cela le stagiaire sera amené à rédiger un protocole d’expérimentation et devra le mettre en œuvre avec les exploitants de la centrale. Enfin, après validation, les résultats de ce modèle seront utilisés comme données d’entrée pour le modèle global.

Programme de recherche

  • Identification et analyse des mécanismes physiques mis en jeu à travers une étude bibliographique.
  • Modélisation thermohydraulique de l’écoulement diphasique avec l’outil Matlab.
  • Validation du modèle par les données de la centrale.
  • Références

[1]        T. FASQUELLE, Q. FALCOZ, and P. NEVEU, “Modélisation et caractérisation expérimentale d’une boucle solaire cylindro-parabolique intégrant un stockage de type thermocline,” 2018.

Ce travail fera l’objet d’une publication scientifique

Profil du candidat

Niveau BAC+5 (Master ou Ingénieur). Le candidat devra avoir une solide formation en mécanique des fluides et/ou en énergétique. Un attrait pour l’informatique et la modélisation est nécessaire compte tenu du caractère numérique de l’étude. Une bonne connaissance de l’outil Matlab sera appréciée.

Lieu de stage

Laboratoire PROMES – Site d’Odeillo. Des déplacements réguliers sont prévus sur le site de la centrale à Llo.

Candidature

Les lettres de candidature devront être accompagnées d’un CV et adressées à

Doctorant : Edouard MONTANET : ,

Directeur de thèse : Sylvain RODAT : ,

Co-directeur de thèse : Quentin FALCOZ : ,

Responsable de site : Florent LECAT : ,

Responsable d’exploitation : Fabien ROGET : .

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Launch of the 4th SFERA-III transnational access campaign

Come and benefit from free access to top research infrastructures in Concentrated Solar Power across Europe, for your Industry and Academic tests!

The 4th SFERA-III access campaign opened on 1st November 2021. This call for projects provides free access to 43 installations of 14 state-of-art research infrastructures in Concentrated Solar Thermal power in 8 countries. In this context, PROMES-CNRS offers access to 12 solar furnaces and associated experiments (including yours!), one solar tower and one parabolic trough with a thermocline.

The 4th SFERA-III campaign is open until 31 January 2022. The selected projects will benefit from 1 to 4 weeks of free access to the chosen facilities for a team of up to 2 persons. Moreover, travel, accommodation and subsistence costs are reimbursed by the projects budget.

👉 Check the call conditions and apply HERE!

Timetable and useful links

01 November 2021Call open and submission of the project proposals – Check conditions for application

26 November 2021 (11:00-12:00 AM CET): Webinar session to inform on the call conditions and templates to fill in. Registration is free but mandatory here!

31 January 2022: Deadline for submission

Until April 2022: Selection process of the projects to be hosted at the different CSP Research Infrastructures

April 2022: Announcement of the results

June 2022 – December 2023: Hosting of the user projects

📝To submit your project, fill in the User Research Proposal Form here or download it here.

List of the selected projects from previous campaigns:

Covid-19 disclaimer:

Due to the ongoing COVID-19 pandemic, SFERA-III cannot guarantee that all its services will be performed. In exceptional situations, consortium partners are entitled to regulate, suspend or terminate an access or activity without prior notice and without any refunds or compensation for the damage suffered by the Users. Users are therefore recommended to take out appropriate insurance. You can follow the latest information on the EU Member States restriction of free movement at https://reopen.europa.eu/en.

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Offre de Stage : Simulation CFD et Optimisation d’un Réacteur Hybride de Gazéification Solaire

Niveau : Formation BAC+5 (Master ou Ingénieur)

Lieu d’accueil : Laboratoire CNRS-PROMES, Odeillo Font-Romeu (66120)

Durée de travail : Temps plein (5 jours/semaine), sur une durée de 6 mois

Démarrage : A partir de Février / Mars 2022

Gratification :  ~ 590 € par mois

Contexte

Dans le domaine des énergies solaires thermiques, la notion de stockage est devenue centrale tant la ressource est variable dans le temps et dans l’espace. De nombreux travaux sont en cours sur le stockage direct de chaleur (thermocline, sels fondus…), mais le stockage sous forme chimique est également une voie prometteuse. Ainsi, il pourrait être avantageux d’exploiter l’énergie solaire pour alimenter des procédés fortement endothermiques comme celui de la gazéification. Cela permettrait de remplacer un mode de chauffage à haute empreinte carbone (combustion de matières premières), et de stocker de manière indirecte l’énergie solaire sous la forme d’un carburant à valeur ajoutée.

Au laboratoire PROMES d’Odeillo, nous étudions un réacteur solaire pour la gazéification de biomasse. Il s’agit d’oxyder des composés carbonés à haute température, afin de produire un gaz de synthèse composé principalement de H2 et de CO. Ce gaz peut alors être valorisé par stockage et combustion, ou bien servir de matière première dans l’industrie chimique pour la synthèse de biocarburants ou d’alcools. Cependant, un procédé solaire seul n’assurera qu’une production intermittente de gaz de synthèse. Nous étudions donc une solution d’hybridation, qui consiste à déclencher une combustion in-situ (en injectant de l’oxygène) pour compenser les baisses d’ensoleillement. Cette solution a été testée expérimentalement à plusieurs reprises*, et une thèse est en cours au laboratoire pour l’optimisation du fonctionnement hybride et la création d’outils de simulation et de contrôle.

* Muroyama et al. (2018), Boujjat et al. (2020), Hathaway et al. (2021), Curcio et al. (2021)

Objectifs

Le stage que nous proposons vise à utiliser un modèle CFD, sous Fluent, pour effectuer une étude paramétrique approfondie du réacteur hybride. Il s’agira de développer un code déjà existant et de l’exploiter pour réaliser une étude de sensibilité sur différents paramètres, comme les débits d’injection de la biomasse, de l’eau et de l’oxygène. Cette étude permettra à terme :

  • De valider des cinétiques chimiques et des régimes d’écoulement ;
  • D’optimiser le fonctionnement solaire et hybride du réacteur existant ;
  • D’alimenter un modèle réduit, exploitable pour extrapoler la technologie

Programme

  • Une étude bibliographique succincte permettra de se familiariser avec les mécanismes physiques et les cinétiques chimiques en jeu.
  • Dès les premières semaines du stage, des calculs seront lancés sur le serveur du laboratoire afin de prendre en main le code existant.
  • Une série de simulations sera dédiée à la validation du modèle, par confrontation avec les résultats expérimentaux à disposition.
  • L’influence des débits de réactifs sera caractérisée sous différents flux solaires, afin de valider une stratégie d’hybridation performante.
  • Le stagiaire pourra contribuer à l’élaboration d’un modèle dynamique simplifié sur la base des résultats obtenus, et à son extrapolation à échelle industrielle.

Ce travail fera l’objet d’une publication scientifique

Profil recherché

Etudiant de niveau BAC+5, en Master ou en cursus Ingénieur, avec une spécialité en génie des procédés. Le sujet requérant une bonne maîtrise du logiciel Fluent, le stagiaire devra avoir déjà mené à bien un projet de modélisation CFD dans le cadre de ses études.

Une connaissance élémentaire de l’environnement Linux est demandée.

Enfin, des compétences en langage Python seront appréciées.

Candidature

Merci de bien vouloir adresser une lettre de motivation accompagnée d’un CV à Axel Curcio –

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Offre de Post-doctorat : Mesure de flux et stratégie de pointage pour centrale à tour

Vous souhaitez travailler pour l’énergie solaire concentrée ? Vous avez de l’expérience avec les systèmes de contrôle et l’optique? rejoignez-nous pour un an chez PROMES-CNRS à Odeillo pour améliorer le système de visée héliostats de la centrale solaire Thémis : mesures de flux, algorithmes, systèmes de contrôle…

Date Limite Candidature : vendredi 3 décembre 2021

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