6 sept. 2018

Offre de thèse: Intégration et couplages dynamiques d’un procédé de stockage thermochimique avec un cycle de réfrigération à compression de vapeur et une pile à combustible


Lieu : Laboratoire PROMES, UPR CNRS 8521, Perpignan
Équipe « Thermodynamique, Énergétique et Systèmes réactifs »

Mots clés : Stockage thermochimique, froid, sorption solide/gaz, pile à combustible, cycle à compression mécanique de vapeur, micro-grid intelligent,

Descriptif :

L’urgence à réduire significativement la production de gaz à effet de serre est aujourd’hui sans équivoque. Lasubstitution des énergies carbonées par des énergies propres et renouvelables (EnR) est une des solutionstechniques qui permettra de minimiser le dérèglement climatique. Mais la production d’électricité à partir de ces nouvelles ressources est intermittente, peu contrôlable et pas toujours en phase avec la demande. Elle nepermet donc plus de fournir un service de qualité et sécurisé. Il est donc impératif d’associer des dispositifs de stockage d’énergie, électriques et/ou thermiques, pour palier l’intermittence des EnR. Les procédés thermochimiques de stockage et les piles à combustible couplées à un stockage d'hydrogène constituent des solutions innovantes et prometteuses. Les procédés thermochimiques sont basés sur des réactions chimiques solide/gaz renversables qui permettent de stocker de l'énergie sous la forme d'un potentiel chimique pour une production différée directe de froid. Ils sont particulièrement pertinents pour le stockage/production de froid, de par leur flexibilité de fonctionnement et leur forte densité énergétique effective de stockage. Dansl’application envisagée, les réactions chimiques seront pilotées mécaniquement par un compresseur et/ou thermiquement par apport extérieur de chaleur. L’efficacité énergétique du système de stockage est optimale lorsque les deux méthodes de pilotage sont utilisées. Le stockage électrique sous forme d'hydrogène (pile à combustible) est très compétitif en regard des technologies électrochimiques classiques. Il est d’autant plus intéressant si l’énergie utilisée pour l’électrolyse de l’eau et donc la production d’hydrogène, est d’origine renouvelable. L’électricité est ensuite produite par le biais d’un système pile à combustible dont le rendementélectrique est en général bien supérieur aux machines thermiques. Cependant, une part importante d’énergie est dissipée sous forme de chaleur lors de ce processus de stockage/déstockage énergétique. L’idée sur laquelle repose le projet ANR « RECIF », est de coupler les 2 systèmes de stockage afin de valoriser l’énergie thermique rejetée par la pile à combustible lors de son fonctionnement pour ainsi augmenter l’efficacité énergétique du système complet. Le travail de thèse consistera en l'étude du couplage de ces 2 technologies de stockage et de leur intégration dans un micro-réseau intelligent, alimenté par de l’énergie solaire et destiné aux secteurs du bâtiment et de l’industrie. La démarche vise l'optimisation des performances du micro-réseau en termesd'autonomie, de fourniture et d’efficacité énergétiques. L'aspect novateur porte sur le développement etl'intégration optimale d'un système de stockage/production d'électricité/froid, par vecteur hydrogène-énergie et par procédé thermochimique et par la stratégie de pilotage et de gestion de ce micro-réseau face à desressources intermittentes et une courbe de charge variable. Le but est d’apporter la preuve du concepttechnologique par une approche à la fois numérique et expérimentale. Sur la base d’une modélisation complètedu système en régime dynamique, un pilote démonstrateur à échelle réduite représentative et destiné à évaluer la faisabilité et les performances de ce système complexe sera réalisé en Polynésie française.

Profil recherché : Énergétique, Thermodynamique, Connaissance des procédés à sorption serait un atout, Transferts chaleur et masse, Techniques de modélisation et de programmation (Python, EES, ...), Turbomachines (compresseur)

Financement : Thèse codirigée PROMES-CNRS (Perpignan) / GEPASUD (Tahiti, Université de Polynésie Française) et financée sur 36 mois dans le cadre du projet ANR « RECIF » (contrat CDD CNRS)

Encadrement : PROMES : Driss STITOU (IRHC CNRS, HDR) et Maxiem PERIER MUZET (MdC)GEPASUD : Pascal ORTEGA (Pr) et Franck LUCAS (MdC, HDR)

Contacts : Driss STITOU ( )
Maxime PERIER-MUZET ( )

Présentation établissement et labo d'accueil

Laboratoire CNRS - PROMES UPR8521

Le laboratoire PROMES est une unité propre du CNRS rattachée à l’Institut des Sciences de l’Ingénierie et desSystèmes (INSIS) et lié par convention à l’université de Perpignan via Domitia (UPVD). Le laboratoire est localisésur trois sites : Odeillo-Font Romeu (Four solaire de 1 MW du CNRS), Targassonne (Thémis, centrale à tour de 5MW) et Perpignan. Le CNRS et l’UPVD ont créé l’UMS In’Sol (innovations solaires) adossée à PROMES sur le site de Perpignan qui développe le Centre d'essais solaires de Perpignan (CESP). PROMES anime le laboratoired’excellence (Labex) SOLSTICE (SOLaire : Sciences, Technologies, Innovations pour la Conversion d’Énergie) et est porteur de l'Equipex SOCRATE.

Les recherches du laboratoire PROMES couvrent des domaines très variés de l'énergétique et des matériaux associés, et sont structurés en deux grandes thématiques : "Matériaux et conditions extrêmes" et "Conversion, stockage et transport de l'énergie". Ces recherches s'étendent sur un très large spectre d'échelles, du nanomatériau au procédé, toutes pertinentes pour développer de nouvelles voies pour répondre aux enjeux majeurs de l'énergie (maîtrise et gestion de l'énergie, efficacité énergétique, valorisation de l'énergie solaire,...)

La thèse se fera plus particulièrement au sein de l'équipe TES "Thermodynamique Énergétique et Systèmesréactifs". Les recherches de l’équipe TES portent sur des procédés à finalité énergétique, c'est-à-dire délivrant, de manière quasi-continue ou différée, du froid, de la chaleur et/ou du travail, et utilisant essentiellement de la chaleur – en particulier d’origine solaire – comme source primaire d’énergie. La plupart des applicationsconcernent le secteur résidentiel et automobile. Nos études portent sur les différents niveaux d’échelleimpliqués et leurs interactions : le matériau réactif ou fluide de travail, le composant (réacteur, condenseur,évaporateur...), le système et jusqu’au réseau de distribution énergétique.

Nos objectifs scientifiques portent sur la conception de procédés énergétiques, basé sur différentes associations de composants et prenant en compte les contraintes thermodynamiques, la modélisation et l'analysethermodynamique de leurs performances énergétiques, l’optimisation thermodynamique de ces procédés sous contraintes (densité énergétique, puissance volumique ou massique, critères environnementaux,...),

Site web : http://www.promes.cnrs.fr/index.php?page=thermodynamique-energetique-et-systemes-reactifs

Profil du candidat

Le candidat devra être titulaire d’un diplôme de Master 2 ou d’ingénieur dans les domaines de l’Énergétique, Thermodynamique des machines, Génie des procédés.

Compétences demandées :

Énergétique, Thermodynamique des machines, Génie des procédés, Transferts chaleur et masse, Turbomachines (compresseur), Connaissance des procédés à sorption et des procédés de stockage énergétique en particulier thermochimique serait un atout

Maitrise de Techniques de modélisation et programmation (Matlab Simulink, Python, EES ...).

Le candidat devra également avoir une bonne capacité d’analyse et de synthèse de ses résultats, une granderigueur et une autonomie certaine.

Date limite de candidature : 15/10/2018

Eléments à fournir pour la candidature :

- Curriculum Vitae détaillé
- Notes Master/Ingénieur ou diplome équivalent - lettre de motivation pour la thèse
- 2 lettres de recommandations