Depuis plusieurs années l’équipe énergétique du LaTEP (anciennement LTE) a entrepris une étude dans le domaine du stockage du "froid" par chaleur latente. Il s’agit de l'utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) confinés dans des capsules sphériques. Ces capsules, appelées nodules remplissent une cuve (2500 par m3). Lorsqu'elle est parcourue par un liquide froid, l'énergie est stockée par cristallisation du MCP contenu dans les nodules et lors de la circulation d'un liquide plus chaud, l'énergie est déstockée par la fusion du MCP. Le problème est que ce MCP est un liquide qui présente évidemment une surfusion (retard à la cristallisation qui a lieu en dessous de la température de fusion) [c18] gênante pour le rendement des machines frigorifiques.
Une unité pilote de stockage du froid, composée d'une cuve de dimension réduite (1 m3), a été définie, réalisée et instrumentée. Cette étude constitue un sujet scientifique original : application des lois probabilistes de la surfusion à des sphères aléatoirement réparties, lois d’écoulement du liquide froid passant entre elles, échanges thermiques…
Nous avons pu en particulier déterminer la répartition spatio-temporelle des températures à l'intérieur de la cuve de stockage pour différents débits et différentes températures finales imposées. La cuve est étudiée verticale ou horizontale. La vitesse d’écoulement est très faible, suffisamment pour que des mouvements de convection naturelle puissent être observés. Dans le cas vertical, il a été mis au point un modèle permettant de retrouver les champs de température mais aussi de déterminer la quantité de MCP cristallisée en fonction du temps et de l'espace [c17]. Cette étude a été limitée au mode normal (liquide froid rentrant par le bas) où il y a un écoulement “ piston ” dans le sens de la convection naturelle. Dans les autres cas (horizontal et mode inverse), la modélisation n’est pas adéquate et ne permet pas de prédire les mouvements de convection naturelle observés.
Un travail de thèse [t2] dirigé en cotutelle avec le Laboratoire d’Energétique et Mécanique des Fluides de l’Université de Tétouan (Maroc) concerne l’étude du comportement de la cuve en la considérant comme un milieu poreux. Il est alors possible d’étudier aussi le cas de la cuve horizontale et le cas de la cuve verticale mode inverse. Le cas horizontal est particulièrement intéressant puisqu’il permet d’expliquer la stratification de la température nuisible au bon fonctionnement [d3, p10, c23]. En effet, dans les parties supérieures chaudes la température n’est pas suffisamment basse pour empêcher la surfusion et obtenir une cristallisation stockant le froid. Ce travail est réalisé dans le cadre d'une Action Intégrée Franco-Marocaine.
Un autre travail a consisté à modéliser, grâce au logiciel Fluent, les écoulements du fluide caloporteur autour des nodules en cours de cristallisation. Les résultats [c13, c20] sont très intéressants et montrent les phénomènes complexes de convection dus à la cristallisation. Ce travail a fait l'objet d'une thèse dont je faisais partie du jury [j1].
Nous avons cherché à appliquer ce stockage du froid à plusieurs systèmes et en particulier pour refroidir l'air à l'entrée d'une turbine à gaz afin d'en améliorer les performances [c16].
La maîtrise des modèles de cristallisation du MCP nous a permis de simuler la cristallisation d'une goutte d'eau dans un courant d'air conditionné en humidité et température [p6]. Cette étude vise la compréhension des phénomènes rencontrés dans les canons à neige.