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Offre de Stage : Recyclage de batteries Li-ion par énergie solaire concentré

Présentation du sujet

Contexte
Le solaire à concentration permet d’obtenir des températures comprises entre 500 et 2500°C, domaine parfaitement adapté à la synthèse, la purification et le recyclage de matériaux (1, 2, 3). Cette dernière application a fait l’objet de très peu de travaux. Pourtant le recyclage et la purification des matériaux constituent une niche potentielle d’application du solaire à concentration (d’ailleurs identifiée par Félix Trombe, fondateur du Four solaire, il y a des décennies) que ce stage se propose d’explorer en prenant pour exemple les batteries Li-ion. En effet, le développement rapide de ces batteries nécessite, en parallèle, la mise au point de procédé propre de recyclage des métaux critiques tels que Li, Co, Mn et Ni.

Déroulé du stage
Le stage sera structuré selon les phases suivantes :

  • Etude bibliographique sur les procédés de recyclage des batteries Li-ion et identification des méthodes pyro-métallurgiques adaptées à l’utilisation du solaire à concentration.
  • Essais paramétriques pour identifier les domaines de température favorable.
  • Caractérisation des produits obtenus et comparaison avec les méthodes classiques
  • Dimensionnement d’une installation solaire.
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Offre de Stage : Simulations d’écoulements anisothermes fluide – particules : calcul précis d’une indicatrice aux faces

Mots-clés
Mécanique des fluides numérique, Thermique, Ecoulement diphasique fluide – particules, Front-Tracking, Simulation Numérique Directe

Objectif
Une méthode de simulation numérique directe d’écoulements fluide – particules solides, utilisant la méthode Front-Tracking (FT) du logiciel TrioCFD et une approche Discrete Element Method (DEM), a récemment été développée. La fonction indicatrice permet de connaître le taux de présence solide dans chaque maille du domaine. Elle est calculée précisément au centre des mailles cubiques et interpolée aux faces de celles-ci. L’erreur commise lors de l’interpolation influe d’autant plus sur le frottement que le rapport de viscosité ente les deux phases est important. Les particules solides étant définies comme un liquide dont la viscosité est très grande (> 103) devant la viscosité du fluide, le frottement
à l’interface fluide – particule est surestimé. L’objectif du stage est d’implémenter un calcul précis de la fonction indicatrice aux faces des mailles.

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Proposition de Postdoctorat : Simulations numériques fines de transferts radiatifs entre particules dans les lits fluidisés. Application aux centrales solaires à concentration

Contexte

Les lits fluidisés circulants possèdent des caractéristiques exceptionnelles en termes de transport et de mélange, de mise en contact entre la phase dispersée et le milieu gazeux, d’inertie thermique et de transfert en parois. Ces caractéristiques les rendent très présents dans le domaine de l’énergie notamment pour le développement de procédés innovants qui répondent aux enjeux de la transition énergétique. Les lits fluidisés circulants gaz-solide sont étudiés par le laboratire PROMES comme une alternative aux fluides caloporteurs qui sont utilisés pour transporter la chaleur obtenue à partir du rayonnement solaire dans les centrales solaires à concentration notamment dans le cadre des projets européens CSP2 et Next-CSP [1 – 4]. Dans ce procédé, le rayonnement solaire est concentré sur des tubes verticaux au sein desquels circule un mélange gaz-particules. La compréhension et la maitrise des régimes d’écoulements en jeu, et des transferts thermiques associés, restent actuellement des verrous scientifiques pour le développement de cette technologie. Les couplages entre la dynamique, la thermique, le caractère diphasique de l’écoulement, les effets de parois et les transferts radiatifs rendent la physique particulièrement complexe. Pour mieux comprendre ces couplages, le laboratoire PROMES développe des méthodes numériques fines où les interactions fluide-particules sont explicitement simulées. Le code de calcul haute performance (HPC) TrioCFD basé sur une méthode Front-Tracking a été modifié pour permettre la simulation de particules solides [5]. Il a été utilisé avec succès pour simuler des écoulements de lits fluidisés avec plusieurs milliers de particules (voir figure 1). Cependant, la méthode actuelle ne prend pas en compte les transferts radiatifs.

L’analyse des verrous technologiques liés à l’application solaire identifie comme priorité le développement de la simulation couplée du transport et des transferts de chaleur par conduction et par rayonnement dans les lits fluidisés gaz-solide à haute température. L’enjeu scientifique majeur concerne l’identification du rôle des transferts radiatifs particule-particule et particule-paroi grâce à l’étude de son couplage avec l’hydrodynamique. Ce développement, indispensable pour l’application aux centrales solaires à concentration, n’a encore jamais été réalisé dans le cadre de simulations fines d’écoulement fluide-particule et constitue une ouverture majeure vers le couplage multi-physique.

Travail à réaliser

Trois étapes de travail à réaliser ont été identifiées. La première étape consiste à implémenter les transferts radiatifs entre les parois et les particules ou entre les particules au sein de TrioCFD en utilisant la méthode de Front-Tracking.  Cette méthode a l’avantage d’utiliser un maillage surfacique mobile pour suivre l’interface fluide/solide. Ce maillage mobile sera utilisé pour le calcul des transferts radiatifs (voir figure 2). Le milieu gazeux étant considéré comme transparent, les particules comme faiblement réfléchissantes et la diffraction pouvant être négligée, la méthode des radiosités et la méthode de Monte-Carlo seront évaluées pour calculer les flux radiatifs nets échangés par chaque surface élémentaire d’une particule et à chaque pas de temps en suivant leur déplacement [6]. Deux possibilités sont envisagées : implémenter une méthode de résolution des transferts radiatifs (radiosités ou Monte-Carlo) au sein de TrioCFD (couplage online) ou coupler TrioCFD avec un autre logiciel existant pour les calculs des transferts radiatifs (couplage offline). Pour cette deuxième possibilité, le maillage surfacique des particules et la température aux interfaces devront être communiqués au logiciel externe. Sur cette partie du travail, l’encadrement sera renforcé par Cyril Caliot (CNRS, LMAP, UPPA) qui possède une expertise sur les modèles et méthodes de résolution des transferts radiatifs. 

La seconde étape du projet consistera à valider les développements réalisés sur des configurations simples. Par exemple en ne considérant que les transferts radiatifs dans des géométries ou les facteurs de forme sont connues.

La troisième étape du projet consiste dans la mise en œuvre des outils de simulation fine sur des configurations simplifiées mais représentatives de l’application aux centrales solaires à concentration pour analyser et quantifier les phénomènes physiques mis en jeux. Les configurations d’écoulements anisothermes prévues sont :

  • L’écoulement d’un gaz à travers un réseau fixe de particules ;
  • Un écoulement de type lit-fluidisé gaz-solide à petite échelle.

Les simulations fines seront réalisées avec prise en compte du couplage entre le transport et les transferts thermiques par conduction et par rayonnement entre les particules et les parois.

Sujet de recherche du LABEX SOLSTICE : Simulation et modélisation

Modélisation et simulation numérique en mécanique des fluides et transferts de chaleur dans les récepteurs solaires en utilisant du calcul haute performance (HPC). Modeling and numerical simulations of fluid dynamics and heat transfer in solar receivers using high performance computing (HPC).

Durée et lieu : 1 an, laboratoire PROMES-CNRS, site de Perpignan

Candidature : Envoyer lettre de motivation et CV à

Adrien TOUTANT – 04 68 68 27 09 –

Samuel MER – 04 68 68 22 38 –

Bibliographie

[1] Next-CSP (2020). High Temperature Concentrated Solar Thermal Power Plant with Particle Receiver and Direct Thermal Storage. Available online: http://next-csp.eu/ (accessed on October 2022).

[2] Gueguen R., Sahuquet G., Mer S., Toutant A., Bataille F., Flamant G., Gas-Solid Flow in a Fluidized-Particle Tubular Solar Receiver: Off-Sun Experimental Flow Regimes Characterization, Energies, vol. 14(21), 7392, 2021.

[3] Sahuquet G., Gueguen R., Fontalvo L., Mer S., Toutant A., Bataille F., Flamant G., Particle Flow Heterogeneity in Fluidized-Particles Multitube Solar Receiver, SolarPACES, Albuquerque, USA, 27-30 September, 2022.

[4] Gueguen R., Grange B., Bataille F., Mer S., GUEGUEN R., GRANGE B., BATAILLE F., MER S., FLAMANT, G., 2020, “Shaping High Efficiency, High Temperature Cavity Tubular Solar Central Receivers”, Energies, 13, 4803. DOI: 10.3390/en13184803

[5] Hamidi S., Toutant A., Mer S., Bataille F., “Assessment of a coupled VOF-Front-Tracking/DEM method for simulating  fluid-particles flows”, Submitted to International Journal of Multiphase Flows, 2022.

[6] Delatorre, J., Baud, G., Bezian, J.J., Blanco, S., Caliot, C., et al., 2014, “Monte-Carlo advances and concentrated solar applications”, Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Vol. 11, Issue 8, pp. 653-681. hal-01625034

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Proposition de thèse : Turbulent two-phase flows in direct steam generation solar receiver

Framework of the TOPCSP project

Ten PhD positions are available in the TOPCSP doctoral network funded by the Horizon-MSCA DN- 2021 call. The Towards Competitive, Reliable, Safe and Sustainable Concentrated Solar Power (CSP) Plants (TOPCSP) project will
offer a unique international, intersectoral and interdisciplinary research and innovation framework to 10 promising doctoral candidates and will boost their excellence in the development of innovative technologies and so that they will be capable of solving the challenges that currently face the solar thermal power industry. The overall research objective of the project is to improve the design of the different systems of a CSP plant to increase its cost- competitiveness, reliability, environmental profile, and operational safety.
Core research skills will be acquired by each doctoral candidate through the doctoral-level investigations of the task associated with his/her individual research project. Additional research skills will be delivered in the network-wide workshops, international conferences and training
modules. A training in transferable skills, will help the doctoral candidates project their careers towards innovative and hi-tech applications in the non-academic sector. Every doctoral candidate will undertake secondments in academic and non-academic institutions of the consortium institution to develop their intersectoral and interdisciplinary skills.

Specific background of the PhD thesis

One of the concentrated solar technologies currently being developed consists of direct steam generation (DSG) in the solar receiver. This eliminates the need for a HTF, reduces the number of heat exchangers and potentially increases the efficiency of the plant. The steam produced can either drive a turbine to generate electricity or be directly used by an industrial process or a heating network. DSG in the receiver
of parabolic trough collectors is proven technology although numerical studies are limited due to the lack of knowledge about the thermo-physical process of two-phase flow boiling in the horizontal and inclined DSG receivers. Current numerical modelling and experimental correlations are limited to specific case studies. At the entrance of the solar field, pressurized water enters the receiver. Under the effect of convective heat exchange between the fluid and the tube
wall, water evaporates, and a boiling two-phase flow is created in the receiver. Considering the tube lengths (~ 100m) and the heat fluxes involved (~ 40kW=m2), the vapour volume fraction varies depending on the position in the receiver tube. Reliable prediction of the two-phase flow regime in the receiver is of critical importance for two reasons: (i) predicting the amount of steam produced and, thus, plant production, and (ii) assessing the thermomechanical stresses
imposed on the tube materials. CNRS has previous experience modelling these flows using a Euler-Euler approach, showing the ability of the method to reproduce the physics involved in a case of evaporation of a freon in a horizontal coiled tube. In this PhD project this methodology
will be applied to a solar receiver.

Objectives and research plan

The candidate, hosted by CNRS, will set up numerical simulations using NEPTUNE_CFD software to model the flow in the DSG plant. The thermal conduction in the walls of the receiver will be considered with Syrthes software. A coupling between the two codes will be implemented to perform massively parallel simulations on European supercomputers. Due to the recent emergence of this type of power plant, experimental operating data, essential for validating numerical tools, are currently unavailable in the literature.
The researcher will set up a small-scale experiment, without solar irradiation, to reproduce the physics of boiling flows in a DSG receiver. The experimental data will be compared with the computational results to validate the modelling approach.

Applicant profile : We are looking for candidates with a master degree in fluid mechanics or energetics. Good English speaking/writing/reading skills is required along with a solid
knowledge of heat transfer and applied thermodynamics. Given the research program, an appetite for experimental and numerical work is essential. Previous experience in programming would be appreciated but is not required.

Location : PROMES Laboratory – Perpignan, FRANCE.
Salary : The base salary is 3043 €/ month gross. A family bonus is also possible depending on the situation of the person recruited
Eligibility criteria : Recruited researchers can be of any nationality and must comply with the following mobility rule: they must not have resided or carried out their main activity (work, studies, etc.) in France for more than 12 months in the 36 months immediately before their recruitment date. Compulsory national service, short stays such as holidays and time spent by the researcher as part of a procedure for obtaining refugee status under the Geneva Convention are not taken into account.

Contacts : Samuel Mer –
Adrien Toutant –

  • Application deadline : Applications must be performed before November 1, 2022
  • Selection process : Candidates must apply on the online platform of CNRS (CNRS) and join the following informations/documents :
  • the application form to be found on EURAXESS portal
  • a detailed CV, including the list of the applicant’s publications (if any).
  • a motivation letter
  • a transcripts of bachelor and master’s degrees (including the grade range)
  • an english language certificate (if available)
  • the e-mail address and telephone number of two referees, who can provide a letter of recommendation if needed.
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Troisième édition des Visites insolites du CNRS

Fête de la science – À la découverte du grand four solaire d’Odeillo

7 octobre 2022 – Partez à la découverte du grand four solaire d’Odeillo un dispositif unique au Monde. Découvrez comment est concentrée l’énergie solaire capable de fondre tous les matériaux connus. Des matériaux pour sonde spatiale à la production d’électricité en passant par le stockage de l’énergie, partez à la rencontre des travaux des chercheurs et des chercheuses avec ce grand four solaire.

7 octobre 2022 à 10h00 et 14h00
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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

OFFRE POURVUE

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

Le Journal Catalan

Album Photos

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

Web et réseaux sociaux

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Tweet Nadia Pellefigue – VP Région Occitanie
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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

OFFRE POURVUE

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 –