4 déc. 2020

Proposition de stage de recherche : Procédé à sorption multifonctionnel (froid, électricité, stockage) : Analyses numérique et expérimentale


Niveau : Formation BAC+5 (Master ou Ingénieur)
Contexte
Ce stage s’inscrit dans le cadre du projet de recherche ThermHYVal, accordé au laboratoire PROMES, financé par l’ANR, et qui débutera en 2021. Ce projet aborde plusieurs verrous énergétiques importants et d’actualité : la valorisation de chaleurs basse température (telles que l’énorme gisement de rejets thermiques industriels, l’énergie solaire basse concentration...), la problématique du stockage pour gérer les fluctuations à la fois des sources et des demandes énergétiques, et la demande croissante en électricité et en froid.
Pour répondre à ces problématiques, le laboratoire a défini un procédé thermodynamique innovant intégrant à la fois une fonction stockage et aussi de cogénération de froid et d’électricité.
Ce procédé combine un procédé à sorption (absorption ou thermochimique, qui assure les fonctions de stockage et production de froid) et un organe de détente (pour la production d’électricité). L’originalité d’un tel procédé appelé ‘hybride’ ne se situe pas dans les composants eux-mêmes, qui sont relativement bien connus, mais dans l’architecture du procédé global les associant. Plusieurs architectures ont ainsi été identifiées, favorisant l’une ou l’autre des fonctionnalités visées (stockage, froid, électricité). Les verrous scientifiques se situent dans la compréhension et le contrôle des interactions entre sous-systèmes constituant les systèmes hybrides, l’adéquation de leurs modes opératoires, et l’optimisation des performances du procédé hybride global.
Actuellement, les travaux du laboratoire ont permis de définir plusieurs architectures intéressantes, d’analyser leurs performances thermodynamiques en régime stationnaire, et de développer un premier modèle (et le code correspondant) pour analyser le comportement dynamique de ce système au cours de phases de stockage et déstockage.
Pour approfondir cette thématique, il est maintenant indispensable :
- de réaliser une étude expérimentale pour prouver la validité de ce concept de cycle hybride,
- d’affiner notre modèle dynamique à cette expérimentation et analyser et optimiser les performances de ces cycles hybrides,
- et, à terme, d’identifier des domaines ou des cas d’applications pertinents.
Ces étapes forment la trame du projet ThermHyVal. Le stage de master II proposé initiera ce programme. Une thèse est prévue pour accompagner les étapes suivantes.

Programme de travail
Ce stage débutera classiquement par une phase d’apprentissage des acquis de base du laboratoire sur ces systèmes hybrides. Il portera ensuite sur les deux volets : expérimentation et simulation numérique :
- le prototype a été défini et est en cours de montage. En étroite collaboration avec l’ingénieur d’étude en charge de cette étape, le ou la stagiaire participera au montage de ce prototype, afin de maitriser son fonctionnement, puis participera aux premières campagnes de tests.
- en parallèle, le stagiaire se familiarisera avec l’outil de simulation dynamique existant. Il devra le faire évoluer pour l’adapter aux configurations opératoires de l’expérimentation. Sur la base des premiers tests expérimentaux, il faudra identifier les paramètres caractéristiques, analyser la validité du modèle, - enfin il identifiera et analysera les composants limitants et si nécessaire affinera leur modèle pour faire évoluer le code existant.


Profil du/de la candidat(e) : Niveau BAC+5 (Master ou Ingénieur). Le ou la candidat(e) devra avoir une solide formation en énergétique (thermodynamique, transferts) et idéalement des connaissances en génie des procédés. Un attrait à la fois pour les aspects numériques et expérimentaux est nécessaire. Une connaissance du langage de programmation Python sera appréciée.

Conditions du stage :
Localisation : Laboratoire PROMES – Site de Perpignan.

Démarrage : Janvier/Février 2021, sous la gratification forfaitaire en vigueur (≈ 590 €/mois)

Thèse de doctorat : le financement d’une thèse est acquis dans le projet ThermHyVal, et son programme défini. Le ou la stagiaire pourrait donc poursuivre ces travaux en thèse. Cette décision ne sera pas automatique, mais sera discutée, en fin de stage, par l’équipe en charge du projet.

Candidature : Les lettres de candidature devront être accompagnées d’un CV et adressées à Maxime Perier-Muzet et Nathalie Mazet

Références sur les cycles hybrides
Godefroy A, Perier-Muzet M, Mazet N. Thermodynamic analyses on hybrid sorption cycles for low- grade heat storage and cogeneration of power and refrigeration. Applied Energy 2019;255
Godefroy A, Perier-Muzet M, Mazet N. Novel hybrid thermochemical cycles for low-grade heat storage and autothermal power generation: a thermodynamic study. Applied Energy 2020;270
Godefroy A, Perier-Muzet M, Neveu P, Mazet N. Hybrid thermochemical cycles for low-grade heat storage and conversion into cold and/or power. Energy Conversion and Management 2020;255:113347