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Auteur(s)
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Jean-Pierre DUMAS : Professeur - Directeur du laboratoire de thermodynamique et énergétique (LTE) - Université de Pau et des Pays de l’Adour
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L’électricité, qui est un important vecteur de l’énergie présente de nombreux avantages :
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elle peut être produite à partir de multiples sources primaires fossiles et non fossiles ;
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elle peut être transportables en grande quantité et sur de grandes distances ;
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elle est convertibles dans les principales formes d’énergie mécanique, chimique et thermique.
Par contre, l’un de ses inconvénients majeurs est qu’elle n’est pas stockable, excepté en repassant sous une autre forme d’énergie, notamment chimique (piles), mécanique (centrale de pompage de l’eau) ou thermique (objet du présent article). Des efforts sont donc nécessaires dans le domaine du stockage de l’énergie. C’est ce qu’encouragent les pouvoirs publics dans un rapport sur les Technologies Clés 2005 [1] où le thème du stockage de l’énergie est identifié comme majeur et sur lequel un effort de recherche et développement doit se concentrer. En particulier, les auteurs du rapport demandent « une multiplication, dans des conditions économiques intéressantes, des capacités massiques de stockage par un facteur 10 qui permettrait de modifier considérablement le paysage énergétique ».
Ainsi l’industrie du froid est souvent confrontée à une demande énergétique non constante avec des « pics » et des « creux ». Il est alors intéressant de stocker l’énergie pour une utilisation différée profitant d’une meilleure tarification de l’énergie pour un investissement moindre basé sur une utilisation moyenne.
Après quelques généralités sur le stockage de l’énergie thermique, nous décrivons tous les avantages du stockage par chaleur latente grâce aux transformations solide-liquide (corps purs ou solutions) dont nous rappelons les aspects phénoménologiques en insistant sur le phénomène de surfusion qui, parfois, est une source d’ennuis ou d’incompréhensions.
La majeure partie de cet article est consacrée à la description des trois méthodes principales pour le stockage du froid par chaleur latente :
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les bacs à glace dont la technique est maintenant éprouvée et basée sur une expérience très ancienne ;
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la méthode utilisant les nodules encapsulés qui, depuis quelques années, est opérationnelle ;
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le coulis de glace qui en est encore au stade de la recherche et du développement.
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Présentation
Définition du stockage de l’énergie thermique
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9. Conclusion
Dans cet article, nous avons présenté quelques éléments sur le stockage du froid par chaleur latente. Nous avons donné les bases fondamentales sur les transformations liquide-solide tant pour les corps purs que pour les solutions binaires. L’étude de l’équilibre thermodynamique toujours présent au réchauffement, c’est-à-dire au cours du déstockage a été présentée. Mais nous avons aussi donné une description du phénomène de surfusion souvent observé au refroidissement, c’est-à-dire au cours du stockage. Il s’agit d’un retard plus ou moins important à la cristallisation. Celle-ci obéit alors aux lois probabilistes des ruptures de surfusion qui entraînent des cinétiques particulières de transformation.
Nous avons décrit succinctement les différents systèmes utilisés : les bacs à glace, les nodules encapsulés et les coulis de glace en précisant leurs avantages et leurs inconvénients ainsi que leurs domaines d’applications. Les deux premiers sont déjà largement utilisés et mériteraient d’autres monographies plus détaillées. Par contre, l’utilisation du coulis de glace en est encore au stade de la recherche et du développement et il y a encore très peu de réalisations. Il sera bien sûr intéressant de faire le point dans quelque temps.
Dans le cas du bac à glace, le procédé par fusion externe est le plus répandu du fait de l’épaisseur réduite et contrôlée de la glace. Les circuits sont géométriquement optimisés et les transferts thermiques facilités par une injection d’air. La température de stockage est toutefois fixée à 0 C.
Par la méthode des nodules encapsulés, il est possible d’utiliser des matériaux à changement de phase donnant un déstockage à des températures choisies (eau, eutectiques, péritectiques, paraffines…). Toutefois, le volume réduit de chaque nodule entraîne une surfusion. Elle peut être réduite par l’ajout d’agents nucléants sans toutefois être annulée. Il faut alors tenir compte des lois probabilistes de la cristallisation pour déterminer la cinétique du stockage comme cela a été montré par la description d’un modèle, validé par des expériences.
Le principe de l’utilisation des fluides frigoporteurs diphasiques est, a priori, simple. Pourtant un certain nombre de problèmes ne sont pas encore résolus de...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Les Technologies Clés 2005. Ministère de l’Économie, des Finances et de l’Industrie. - Édition de l’Industrie, Télédor 536 Paris.
-
(2) - LANE (G.A.) - Solar heat storage. - CRC Press Inc. Boca Raton, 238 p., Floride (1983)
-
(3) - CLAUSSE (D.), BABIN (L.), COMBES (B.) - Étude par AED du comportement au cours de cycles de refroidissement-réchauffement de microcristaux de
. - Congrès AFCAT-JCAT Nancy (1981).
-
(4) - MONDIEIG (D.), ESPEAU (Ph.), ROBLES (L.), HAGET (Y.), OONK (H.A.J.), CUEVAS-DIARTE (M.A.) - Mixed crystals of n-alkane pairs. A global view of the thermodynamic melting properties. - J. Chem. Soc. Faraday Trans., 93 (18), p. 3343-3346 (1997).
-
(5) - MONDIEIG (D.), MARBEUF (A.), ROBLES (L.), ESPEAU (Ph.), HAGET (Y.), CALVET-PALLAS (T.), CUEVAS-DIARTE (M.A.) - Thermoadjustable molecular alloys for energy storage and thermal protection. Fundamental aspects and...
1 Adresse internet de l’auteur
http://www.univ-pau.fr/RECHERCHE
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AFF Association Française du Froid (Commission Frigoporteurs http://www.aff.asso.fr
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Baltimore Air Coil Co. – Baltecare http://www.baltaircoil.com
Evapco Inc. (Evapo Europe, SRL, Milan) http://www.evapco.com
Axima Réfrigération SA (anciennement Quiri) https://www.equans.fr/nos-metiers/axima-refrigeration-france/refrigeration
Cristopia (Cristopia Energy System) http://www.cristopia.com
Paul Mueller Company http://www.muel.com
Sunwell Technologies Inc http://www.sunwell.com
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