Conclusions

L’étude bibliographique a permis de dresser un état des lieux du domaine du stockage de chaleur par voie thermochimique.

Après avoir explicité l’intérêt du stockage de chaleur par voie thermochimique, le potentiel de plusieurs matériaux ont été décrits dans la première partie de ce chapitre. Le choix du matériau se fait en fonction de la cinétique de sorption, de la composition du matériau afin de favoriser les transferts de chaleur et de masse (sulfate de magnésium en périphérie de la bille plutôt qu’à l’intérieur par exemple) de façon à répondre aux besoins définis par le cahier des charges établi pour le système de stockage de chaleur. Le réacteur dans lequel le matériau est mis œuvre joue aussi un rôle clé. Il s’agit de choisir sa géométrie/forme, le type de réacteur et de son mode d’alimentation (nombre de diffuseurs, position et taille des échangeurs de chaleur) toujours de manière à atteindre les objectifs fixés par le cahier des charges. La conception et la fabrication d’un système de stockage remplissant les conditions requises pour le chauffage de l’habitat en sont donc essentiellement au stade expérimental. Les projets décrits dans cette partie montrent en général un écart entre la densité énergétique théorique accessible et celle des prototypes, principalement dû à la mauvaise qualité des transferts de chaleur et de masse. Par ailleurs, la source de chaleur envisagée est souvent l'énergie solaire, ceci pour le chauffage d'un bâtiment résidentiel.

Cette première partie a permis de confirmer les choix qui ont été faits en collaboration avec le projet STAID (Chapitre 3, p. 99) : un réacteur modulaire à lit fixe de grains de zéolite parcouru par un flux d'air humide. La nécessité d'identifier les paramètres permettant d'intensifier les transferts thermique et de matière dans ce type de système afin d'en améliorer les performances a également été mise en évidence.

Les processus physico-chimiques ayant lieu dans le réacteur ont été décrits dans la seconde partie de ce chapitre. Ceux-ci peuvent être influencés par des paramètres tels que la cinétique de sorption, la perméabilité, l’équilibre d’adsorption, etc. Des corrélations, fonction de nombre adimensionnels tels que le nombre de Reynolds et le nombre de Péclet, permettant d’évaluer ces paramètres ont été décrites. Cette partie montre qu’il existe de nombreuses corrélation/méthodes pour représenter un même phénomène physique.

En particulier, la prédiction fiable de propriétés fondamentales telles que l’équilibre, la cinétique et la chaleur d’adsorption est cruciale. Une bonne compréhension de ces phénomènes dans les conditions d’utilisation de l’application est nécessaire afin d’obtenir des résultats crédibles. De plus, il y a une nécessité importante de générer une base de données qui permette de valider les modèles d’adsorption utilisés pour développer ce type d’application et d’incorporer les informations sur les nouvelles générations d’adsorbants.

La seconde partie de l'état de l'art montre que les performances du système de stockage sont contrôlées par les nombreux paramètres dont les effets sont couplés et complexes à visualiser. Un dimensionnement optimal du système s’avère impossible par une approche intuitive. La modélisation est alors nécessaire afin d’estimer l'état du système, et ainsi dimensionner le procédé, voire le contrôler.

Une partie du travail de modélisation consistera donc à sélectionner les méthodes les mieux adaptées pour répondre aux objectifs de la thèse, en lien avec leur domaine de validité. Un compromis entre le niveau de détail et les incertitudes liées à la méconnaissance de certains paramètres physiques sera recherché. Selon Trçka et Hensen ([94]) il existe un niveau de détail optimum théorique pour un modèle dans un contexte d'étude donné (Figure 1-18).

Figure 1-18 : Incertitudes vs précision du modèle

En outre, il est serait intéressant de déterminer quelle est la configuration la plus intéressante pour le stockage de chaleur dans l'habitat, aussi bien en ce qui concerne le type de réacteur et les conditions de fonctionnement que les sources de chaleur et le type d'habitat envisagés. En effet, un système de stockage de chaleur fonctionnant avec la paire zéolite / H2O ne serait-il pas plus adapté pour un îlot de bâtiments à basse consommation? Dans ce cas, dans quelle mesure est-ce que la chaleur fatale dans l'industrie et le secteur tertiaire peut représenter une alternative intéressante par rapport à la ressource solaire?

La méthodologie adoptée dans le cadre de cette thèse sera donc la suivante :

1 La caractérisation du couple zéolite / H2O : l’objectif visé est d’évaluer

l’équilibre, la cinétique et la chaleur de sorption dans les conditions opératoires envisagées dans ces travaux.

 Les conditions aux limites (sources de chaleur et d’humidité) de notre système de stockage dans les cas d’un bâtiment résidentiel et d’un ilot de bâtiments seront précisées.

 L’évaluation de l’équilibre, de la cinétique et de la chaleur de sorption se fera en utilisant les données obtenues par l’expérimentation et dans la littérature. Une analyse critique des données obtenues dans la littérature sera aussi menée.

2 La modélisation numérique des transferts de chaleur et de masse dans un lit fixe de billes de zéolite parcourues par un flux d’air humide : ici, le but

est de proposer un modèle fiable et adapté à nos objectifs, à savoir la prévision des performances du système de stockage, son dimensionnement et sa gestion.

3 L’expérimentation : le modèle précédent sera validé expérimentalement.

Une analyse de sensibilité permettra :

 d’identifier et hiérarchiser les entrées les plus influentes,

 d’identifier les paramètres qu’il faudrait estimer ou mesurer plus précisément,

 de calibrer les variables du modèle par rapport aux informations disponibles.

Cette étape sera aussi l’occasion de choisir la configuration la plus intéressante (série, parallèle ou série/parallèle) pour un réacteur constitué de différents modules (des lits fixes).

4 Enfin le dimensionnement d’un système de stockage de chaleur pour le

chauffage d’un bâtiment basse consommation et d’un îlot de bâtiments basse consommation aura lieu, en tenant compte des conditions opératoires