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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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Aspect phénoménologique des transformations liquide-solide
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3. Critères de choix d’un matériau à changement de phases
Les constituants utilisés pour le stockage par chaleur latente sont appelés matériau à changement de phases ou MCP.
Il est bien évident que le premier critère de choix d’un MCP concerne la température de transformation puisqu’elle doit être conforme au procédé. Parmi tous les produits ayant une température de fusion acceptable, il est plus judicieux de choisir celui qui présentera la plus grande chaleur latente. D’autres critères très importants dans le choix des MCP sont à considérer tels :
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le coût : c’est, bien sûr, un critère déterminant. Le choix ne sera pas le même s’il s’agit de quelques kilogrammes (cas dans des utilisations domestiques) ou de quelques tonnes (utilisations industrielles) ;
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la densité : un corps plus dense demandera un volume de stockage plus faible. Il faudra aussi s’intéresser à la variation de densité lors du changement d’état. C’est particulièrement vrai pour les MCP aqueux ;
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la tension de vapeur : elle doit être la plus faible possible ;
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la dangerosité du produit : il est bien évident que l’utilisation de certains produits est soumise à des réglementations et normalisations qu’il faut respecter ;
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la stabilité dans le temps ou au cours de cycles fusion-cristallisation ;la fiabilité des matériels de confinement : par exemple, l’utilisation de produits corrosifs doit se faire dans des récipients ou tuyauteries en acier inoxydable ou en matières plastiques ou céramiques. Le coût de ces confinements est aussi à prendre en compte ;
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la surfusion devra être de faible importance (cf. § 4.2) : des additifs seront nécessaires. Il faudra en faire le bon choix et se préoccuper de leur coût.
Beaucoup de composés peuvent être envisagés pour être un MCP et plusieurs solutions...
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Critères de choix d’un matériau à changement de phases
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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