TES - Thermodynamique, Energétique et Systèmes réactifs

Politique scientifique, objectifs

Les applications développées par l'équipe TES (Thermodynamique, Energétique et Systèmes réactifs) portent sur:

• le stockage d’énergie thermique à haute densité énergétique et sans perte,
• la transformation, c'est-à-dire la production de froid (Climsol) et/ou de chaleur avec amplification ou remontée de température,
• le transport d’énergie thermique à longue distance (Valotherm)
• la conversion en travail ou en électricité de l'énergie thermique, solaire en particulier (ECOS).
• La simulation et l’optimisation de réseau de distribution, en particulier électrique.

Nous nous sommes spécialisés dans les transformateurs thermochimiques, procédés qui associent deux ou plusieurs équilibres monovariants entre une phase gazeuse et une phase condensée (liquide ou solide poreux). Plus récemment, nous étudions des transformateurs thermo-hydrauliques originaux basés sur des cycles moteur ou récepteur à rendement maximal. L'optimisation de tels procédés (fortement endo ou exo-thermiques et toujours en fonctionnement instationnaire) et des matériaux ou fluides réactifs associés est réalisée par des recherches expérimentales et des modélisations à quatre échelles intrinsèquement liées :

• Le solide actif : détermination des équilibres thermodynamiques avec diverses phases gazeuses (H₂O, NH₃, CO₂), équilibres qui doivent être compatibles avec les conditions opératoires de l’application visée, c’est-à-dire les températures des sources et puits de chaleur. La sélection finale des réactifs doit prendre en compte des critères environnementaux (toxicité, coefficient PRG,…) et de coût, lié notamment à la disponibilité du produit, à ses autres usages, à l’analyse du cycle de vie,…
• Le matériau réactif, composite poreux consolidé de solide actif et de liant inerte (Fig.1) : caractérisation et contrôle des propriétés de transferts de chaleur et de masse en fonction de sa mise en œuvre. Le défi diffère suivant l’application, selon sa limitation principale: pour les applications ciblées sur la puissance restituée, la limitation principale est généralement le transfert thermique conductif dans ces milieux poreux réactifs (le liant est alors le graphite naturel expansé) ; pour les applications de stockage, la limitation est plutôt massique dans ces milieux de forte densité (le liant sera alors un dispersant maintenant une porosité minimale).
• Le réacteur solide/gaz : intégration optimale du composite réactif, des diffuseurs de gaz et échangeurs de chaleur, étude de l'influence des contraintes thermodynamiques de hors équilibre sur la vitesse de transformation du réacteur. Cette optimisation est réalisée notamment par une approche constructale des réseaux de diffusion qui minimise la destruction d'exergie. Cette approche originale a été étendue au couplage entre transferts de chaleur et de masse en milieu réactif, et récemment au couplage entre transferts de chaleur radiatif et conductif, et réaction chimique pour des applications de thermochimie sous flux solaire concentré (production de H₂, stockage thermochimique) (Fig.2).
• Le procédé (transformateur thermochimique ou thermo-hydraulique) qui associe un ou plusieurs composants (réacteurs, condenseur, évaporateur,...) (Fig.3) : conception par analyse exergétique, simulation dynamique de ces procédés instationnaires. Ces simulations permettent une optimisation du procédé basée sur plusieurs critères (COP, densité énergétique, puissances massique et/ou volumique, complexité,...) dont les importances relatives dépendent de l’application.
  
  

Personnels de l'équipe