8 juin 2021

Proposition de thèse : Analyse énergétique de procédés multi-fonctionnels (cogénération froid, électricité et stockage) : Approches numériques et expérimentales


Niveau : Formation BAC+5 (Master ou Ingénieur)

Contexte

Cette thèse 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 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 cycle moteur (similaire à un ORC, 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 les composants de ces procédés hybrides, l’adéquation de leurs modes opératoires, et l’optimisation des performances globales.

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 de production (froid et/ou électricité). De plus, un prototype de système hybride sera opérationnel prochainement.

Programme de travail

Pour approfondir cette thématique, il est maintenant indispensable :

  1. de réaliser des campagnes d’expérimentations sur le prototype,
  2. d’analyser les performances globales du prototype,
  3. de valider et/ou affiner le modèle dynamique existant à partir de ces expérimentations,
  4. d’utiliser le modèle ainsi validé pour analyser les irréversibilités principales et optimiser les performances de ces procédés hybrides, à la fois en termes de dimensionnement, de conditions opératoires, et du contrôle du cycle global,
  5. d’analyser la pertinence de ces procédés pour différents cas d’applications (en collaboration avec le LGC-Toulouse spécialiste de ce domaine et partenaire de ce projet).

Ce travail de recherche est donc à la fois expérimental et numérique. Il s’intègre totalement dans le thème « multi-génération et stockage » du laboratoire PROMES. De plus, il sera mené dans le cadre du projet collaboratif ANR-ThermHyVal avec le soutien des membres des laboratoires PROMES et LGC impliqués dans ce projet.

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 interêt à la fois pour les aspects numériques et expérimentaux est indispensable. Une connaissance du langage de programmation Python sera appréciée.

Conditions du stage :
Localisation : Laboratoire PROMES – Site de Perpignan.
Démarrage : septembre 2021
Financement : selon la grille du CNRS, dans le cadre du projet ANR ThermHyVal

Contacts : Perier-Muzet et Nathalie Mazet

Candidature : Lettre de candidature CV à déposer sur le portail emploi du CNRS

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