De manière très générique, la valorisation du rayonnement solaire peut être envisagée par une utilisation directe de l’énergie contenue dans les photons, ou via une conversion intermédiaire, par exemple en chaleur, de cette énergie. Ces deux options, parfois complémentaires, constituent le socle de base des recherches menées au sein de l’axe SCS sur le Stockage et la Chimie Solaire. Celles-ci se déclinent en termes d’applications spécifiquement ciblées. Produire des carburants comme l’hydrogène par des réactions initiées à hautes températures par concentration du rayonnement solaire ; assurer la photo-activation solaire d’un catalyseur pour une amélioration du niveau sanitaire des effluents avant leur rejet dans l’environnement ou une réutilisation ; développer des moyens de stockage thermique adaptés à une large gamme de températures et des cycles thermodynamiques hybrides adaptés à une gestion optimisée de la ressource solaire ; constituent un ensemble d’actions ayant comme objectif commun de promouvoir des procédés qui s’inscrivent naturellement dans le domaine des écotechnologies solaires. La dernière action menée porte sur le développement de moyens tels que l’électronique de puissance pour assurer une interconnexion efficace entre flux d’énergie d’origine solaire et réseaux électriques.
Nos recherches se structurent en quatre actions détaillées ci-dessous
Stockage et Polygénération
La production et la consommation d’énergie se caractérisent par une forte variabilité temporelle qui tend à s’accroître. Parallèlement, les vecteurs énergétiques se diversifient afin de satisfaire au mieux les besoins en énergie. Ainsi, l’objectif est de développer des systèmes multifonctionnels intégrant une fonction de stockage et qui reposent sur le couplage de cycles thermodynamiques hybrides. La démarche consiste à concevoir et optimiser des systèmes de conversion et de stockage de l’énergie dans lesquels il s’agit de comprendre et de maîtriser la dynamique des phénomènes irréversibles couplés liés aux transferts de chaleur et de matière, et aux cinétiques chimiques ou de changement de phase, et d’en optimiser le fonctionnement à l’échelle système.
Activités :
Eco-conception, analyse et optimisation de systèmes de conversion de l’énergie solaire pour la production de chaleur, de froid et d’énergie mécanique.
Optimisation du stockage thermique couplé à des cycles thermodynamiques.
Systèmes de stockage thermique à hautes températures pour le solaire concentré.
Caractérisation et modélisation des transferts couplés de chaleur et de masse en présence d’une source interne.
Analyse 2nd principe.
Carburants Solaires
L’action menée sur les carburants solaires porte sur la production d’hydrogène et de syngas par la voie thermochimique solaire. En effet, il est possible de produire des combustibles de synthèse à partir de l’eau et du CO2 ou de molécules carbonées par différentes réactions endothermiques à hautes températures obtenues par concentration du rayonnement solaire. L’apport d’énergie solaire pour fournir l’enthalpie de ces réactions permet le stockage chimique de cette énergie à caractère variable. Les applications sont la conversion de ressources carbonées, la dissociation thermochimique de l’eau en H2, la valorisation du CO2 en vecteurs d’énergie, et la métallurgie solaire. Les travaux couplent le développement de matériaux réactifs et de réacteurs solaires multiphasiques associé à la modélisation multi-échelle.
Activités :
Production d’hydrogène à partir de ressources hydrocarbonées.
Cycles thermochimiques de dissociation de l’eau.
Recyclage et valorisation du CO2 pour la production de combustibles de synthèse.
Équipements et installations pour conduire des expérimentations solaires
Eau – Energie
L’action conduite propose d’apporter des solutions durables, basées sur l’utilisation de la ressource solaire, pour le dessalement ou la décontamination des eaux à des fins de valorisation, réutilisation ou remédiation. Notre approche couple le Génie des procédés, le Génie des photo-réacteurs et le Génie des Matériaux en s’appuyant sur une démarche expérimentale et de modélisation des phénomènes couplant cinétiques, transferts de chaleur et de matière. Deux familles de procédés sont développées. Les procédés d’oxydations avancées tels que la photo-oxydation, les procédés Fenton/photo-Fenton qui consistent à activer un oxydant primaire ou un photo-catalyseur par le rayonnement UV ou visible, afin de produire des espèces radicalaires, pour éliminer in situ les pathogènes et les micropolluants. Les procédés de séparation qui consistent à extraire de l’eau valorisable sous l’effet d’un gradient de concentration ou de pression (osmose directe, osmose inverse) ou d’un gradient de température (évaporation/condensation).
Activités :
Détoxification et désinfection des effluents, des eaux naturelles (salines, aquaculture).
Dessalement d’eaux de mer ou saumâtres par des procédés solaires.
Génération d’espèces radicalaires en photo-réacteur.
Modélisation des phénomènes couplés.
Interaction des convertisseurs et du réseau électrique
Système de Conversion de flux d’Énergies d’origine Solaire pour une Intégration au Réseau Électrique
L’action Système de Conversion de flux d’Énergies d’origine Solaire pour une Intégration au Réseau Électrique porte sur l’intégration au réseau électrique des sources EnR (PV, CPV, Éolien, Hydraulique) et des systèmes de stockage quel que soit la forme (chimique, mécanique, thermique). Les systèmes électriques d’interface entre le/les procédé(s) (ex : PV, thermique, H2) et le réseau électrique (RTE/Enedis) doivent permettre une conversion amenant une intégration optimale de l’énergie produite. Les convertisseurs développés couplent des structures d’électronique de puissance, de machines électriques, des algorithmes de supervision et comportent des techniques de détection et d’identification de défauts. Ces convertisseurs assurent la qualité de l’énergie injectée mais aussi la stabilité du réseau électrique, et permettent aussi sa résilience vis-à-vis de perturbations externes. Les structures étudiées ont également vocation à répondre aux contraintes fortes telles l’intégration, le rapport poids ou volume/puissance et les transitoires de puissance. Contraintes que l’on retrouve dans des applications particulières comme l’embarqué (transport, aérien et spatial), le maritime et les systèmes en autonomie complète ou partielle (installation EnR en auto-production, autoconsommation ou avec injection réseau partielle).
Activités :
Électronique de puissance
Électronique numérique
Supervision des structures de conversion
Identification et détection de défauts électriques
Responsable de la thématique
Responsable adjoint de la thématique
Vincent Goetz
Directeur de Recherche CNRS
Sylvain Rodat
Chargé de Recherche CNRS
Membres dans la thématique
| Nom de la Thématique | Stockage et Chimie Solaire (SCS) |
|---|---|
| Responsable | Vincent GOETZ |
| Adjoint•e•s | Sylvain RODAT |
| Nombre de C/EC/IR | 18 (5 C/ 11 EC/ 2 IR) |
| Nombre de Doctorants/Post-docs/ATER/... | 10 (9 doctorant•e•s/ 1 Postdoc) |
| Membres permanents de la Thématique et statut (IR, CR, DR, MCF, PR - HDR) | Stéphane ABANADES, DR2 CNRS |
| Membres non-permanents de la Thématique et statut (Doctorant, Post-doctorant, ATER, …) | Sara BENKHIRAT, CDD Doct. |