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15 déc. 2020

Contexte: Face à la situation énergétique et environnementale actuelle, les technologies de conversion de l'énergie solaire (thermique avec concentration combinée à un cycle thermodynamique [CSP], photovoltaïque [PV]) voient leur part croître fortement dans le mix énergétique mondial. Certains scénarios, concernant le développement industriel des technologies CSP prévoient que 7% de l'énergie électrique mondiale sera fournie par le CSP en 2030, avec une part devant croître jusqu'à 25% en 2050. SolarPACES, l'association européenne ESTELA et Greenpeace, évaluent cette contribution entre 8 et 12%, ce qui correspondra à une capacité de plus de 830 GW et le déploiement de 41 GW par an (Fig.1). Le développement de nouveaux projets CSP (Chine [1,35 GWélectriques-20 projets], Chili [240 MW], Afrique du Sud [100 MW]...), est accompagné d'une baisse des offres de tarifs de l'électricité produite (#9,45 $c/kWh: ACWA Power-Arabie Saoudite, Shanghai Electric-Chine, Brightsource-USA), ce qui devient concurrentiel du PV. En France, ces technologies se développent au travers de démonstrateurs industriels, avec par exemple, la centrale eLlo, première centrale à concentrateurs linéaire Fresnel située dans les Pyrénées Orientales, construite et exploitée par la société SunCNIM à proximité du laboratoire PROMES (9MWélectrique, soit la consommation de 6000 foyers cerdans). Ce site est destiné à éprouver une technologie CSP française pour le territoire et le marché international. De plus, la production de vapeur pour l'industrie (société Newheat), associées au stockage de chaleur industrielle (EcotechCeram), sont des voies de développement de la filière CSP en France. Permettant à grande échelle le stockage de l'énergie sous forme thermique, le CSP fait face à l'intermittence solaire. Le rendement d'une centrale CSP dépend du niveau de concentration du flux solaire (choix de la technologie) et de la température opératoire induite (Tab.1). On cherche à augmenter les températures des fluides caloporteurs et à abaisser les coûts des récepteurs dont la surface convertit en chaleur le flux solaire concentré. Leur surface doit présenter une forte absorptivité dans l'UV-Visible et Proche infrarouge (Fig.2) grâce à un revêtement à fort pouvoir absorbant. La chaleur transférée au fluide est néanmoins en partie perdue par réémission de rayonnement infrarouge si on utilise des peintures absorbantes classiques de type Pyromark®. Pour remédier à cela, l'industrie développe des revêtements thermo-optiques spectralement sélectifs maximisant l'absorption solaire tout en minimisant les pertes thermiques radiatives (réflectance faible dans la région solaire du spectre (0,25 - 2,5 μm) et élevée dans l’infrarouge (> 2,5 μm)).


10 déc. 2020

L'équipe PPCM s'est focalisée sur les traitements par plasma pour les applications PV et thermiques ainsi que sur la caractérisation de systèmes et de composants semiconducteurs. L’activité de recherche de l’équipe SHPE s’est construite autour de l’utilisation de la ressource solaire pour diverses applications (production et stockage d’énergie, photocatalyse solaire...). Dans le cas d’une application de traitement des eaux, les catalyseurs ne sont capables d’exploiter que la part UV du spectre solaire qui ne représente que 5 - 7% de la part globale, contre 50 % par exemple pour le domaine visible. Actuellement les performances photocatalytiques des semiconducteurs élaborés en laboratoire ou dans l'industrie sont insuffisantes (moins de 1 photon sur 100 donne lieu à la création d’un radical utile pour initier la minéralisation des polluants) et rendent quasi rédhibitoire tout développement à grande échelle du concept de traitement par photocatalyse. Ces performances dépendent de plusieurs paramètres. Le rendement optique du catalyseur est une grandeur clef qui exprime le rapport entre le taux de charges photo-générées et le nombre de photons reçus. Pour les photocatalyseurs, ce rendement est donc un indicateur pertinent des performances potentielles du système photocatalytique puisqu'il informe sur la capacité du matériau à produire des radicaux à partir des photons disponibles et de leurs caractéristiques (densité de flux, plage spectrale etc).
Le travail que nous proposons est totalement exploratoire.
- Il s’agit de réaliser des jonctions shottky type métal/semiconducteur à base de TiO2 et/ou de ZnO afin de favoriser l’extraction des porteurs photogénérés dans le semiconducteur et donc d’augmenter le rendement optique du photocatalyseur. Les jonctions seront réalisées par PVD RF magnetron. Cette technique consiste à bombarder une cible faite du matériau à déposer à l’aide d’ion crées par un plasma.
- Il s’agit également de modéliser le comportement optique de multi couches à base de jonction schottky.


4 déc. 2020

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.



Dépôt de candidature spontanée:

Vous pouvez déposer votre candidature pour un stage par exemple, celle-ci sera diffusée pendant 3 mois sur l'intranet du laboratoire. Si votre candidature est retenue par un membre de PROMES, vous serez contactés directement par courrier électronique.

Formulaire de dépôt de candidature