L’électricité, qui est un important vecteur de l’énergie présente de nombreux avantages :
elle peut être produite à partir de multiples sources primaires fossiles et non fossiles ;
elle peut être transportables en grande quantité et sur de grandes distances ;
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 :
les bacs à glace dont la technique est maintenant éprouvée et basée sur une expérience très ancienne ;
la méthode utilisant les nodules encapsulés qui, depuis quelques années, est opérationnelle ;
le coulis de glace qui en est encore au stade de la recherche et du développement.
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Rappelons qu’un constituant, pur ou non, peut, suivant les conditions de température, pression ou concentration se trouver sous trois phases :
la phase vapeur ou gazeuse (le constituant est gazeux). C’est un gaz pur ou un mélange ;
la phase liquide : il s’agit d’un liquide pur ou d’une solution ;
la phase solide : il s’agit du constituant sous forme d’un cristal. On exclut de cette dénomination les corps amorphes, même s’ils sont rigides, tels les verres. Signalons qu’un même corps peut présenter différentes formes cristallines (différentes répartitions géométriques des molécules dans l’espace) dites formes polymorphiques.
Dans le cas du déstockage du froid (ou du stockage du chaud), il s’agira toujours d’un équilibre de phases.Les lois des équilibres de phases font intervenir uniquement les variables intensives ou locales du système. Ces variables sont typiquement la température, la pression ou les concentrations dans chaque phase. Signalons que d’autres variables sont aussi nécessaires pour caractériser le système. Ce sont les variables extensives ou globales telles que le volume, la masse, les quantités de chaque produit ou/et de chaque phase… Elles n’interviennent pas pour définir les conditions d’équilibre qui sont locales.
La règle des phases permet de calculer la variance w qui est le nombre de variables intensives indépendantes (nécessaires et suffisantes) pour définir les conditions d’équilibre. On parle aussi de degrés de liberté. On a :
( 3 )
avec :
C
:
nombre...
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(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...
Bibliographie & annexes
English
Différents processus de stockage par chaleur latente
. - Congrès AFCAT-JCAT Nancy (1981).
