Introduction

Le soleil est l'une des sources d'énergie les plus prometteuses et apte à remplacer les combustibles fossiles. L'énergie solaire est abondante, inépuisable et gratuite et est plus prévisible que l'énergie éolienne. Ainsi, l'énergie solaire est configurée pour être l'une des options technologiques qui contribuent massivement à satisfaire la demande énergétique mondiale avec grande «rentabilité» de l'environnement.

 

 

Il existe deux principales façons de récupérer l'énergie solaire :

Les centrales solaires s'appuient sur l'énergie solaire thermique pour produire en majorité de l'électricité.

 

 

 

La solution la plus réaliste économiquement à l'heure actuelle, pour la production d'électricité solaire à l'échelle industrielle, consiste à chauffer un fluide caloporteur en y concentrant le rayonnement solaire. Il existe plusieurs types de fluides possibles pour transporter l'énergie solaire dont les principaux sont:

Toutes ces raisons font que les trois technologies précédentes, bien qu'étant pour certaines rentables, gagneraient à être améliorées. Le projet CSP2 dont nous allons parler entre dans cette optique.

Le projet CSP2

Au regard des désavantages que présentent les différents fluides caloporteurs sur le marché actuel, le projet CSP2 propose un fluide de transfert de chaleur alternatif. Ce fluide caloporteur est une suspension dense de gaz et de particules (environ 50% de solide). Cette suspension aura pour but de circuler dans des tubes qui vont recevoir la chaleur concentrée du soleil et la transmettre à la suspension.

Cela présente de nombreux avantages : bien que composé de gaz et de solide, la suspension aura le comportement d'un liquide et il sera possible d'en élever la température de façon bien plus importante, tout en évitant les émanations de vapeurs toxiques pour l'environnement que pourraient produire des huiles. Il sera de plus possible d'en produire de très grandes quantités très facilement et sans processus chimique.

 

Les partenaires

Nous allons ici détailler de façon plus précise le projet global ainsi que les différents partenaires européens.

CNRS, le Centre national français de la recherche scientifique, est la plus grande organisation de recherche gouvernementale en France. Elle encourage les projets de collaboration et fournit un soutien administratif solide pour des projets de recherche.

Le CNRS s'est engagé dans le domaine de l'énergie solaire.Il utilise les propriétés uniques de l'énergie solaire,  la développe et  crée de nouvelles applications pour cette source d'énergie renouvelable.

L'Équipe «Le rayonnement solaire et concentré" se concentre sur le développement d'applications DSP, y compris de nouveaux récepteurs solaires sous haute température (jusqu'à 3000 ° C) avec un rendement élevé (plus de 70%).

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La société To​rresol a pour objectif de promouvoir le développement technologique, la construction, l'exploitation et l'entretien de grandes usines CSP dans le monde entier.

La nouvelle technologie en jeu convertit l'énergie en une solution viable économiquement, compétitive et respectueuse de l'environnement par rapport à celles sur le marché actuel.

Torresol est née de l'alliance entre SENER, une entreprise multinationale espagnole (propriétaire à 60%), et MASDAR, société d'énergie alternative d'Abu Dhabi (propriétaire à 40%).

Les plantes de Torresol Energy ont un rendement énergétique élevé et sont faciles à se procurer, ce qui les place au premier rang dans la production d'énergie solaire thermique.

Leurs centrales solaires ont adopté des solutions technologiques novatrices qui les différencient des autres centrales solaires thermiques. L'objectif principal des activités de recherche de l'entreprise est de réduire de façon significative les coûts de production du procédé.

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Le IMDEA -institut de l'énergie- a été créé par le gouvernement régional de Madrid à fin de promouvoir et de faire de la R & D liée à l'énergie. Cet institut met l'accent sur les questions relatives à l'énergie renouvelable et les technologies énergétiques propres.

L'Institut d'études de Madrid gère plusieurs fondation indépendantes. À l'heure actuelle, il en exists huit: IMDEA eau,  IMDEA Food Institute, IMDEA Institut de l'énergie, IMDEA Institut des matériaux, IMDEA Nanosciences, Institut IMDEA Networks et Software IMDEA.

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L'Université du Surrey est la meilleure université d'Angleterre en terme d'emploi, elle cultive d'étroites relations avec l'industrie.

Les recherches expérimentales qui y sont réalisées en matière d'énergie et d'ingénierie des particules sont directement applicables au projet CSP2.

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PROMES fait partie du CNRS (UPR 8521) et est rattaché à l’Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes (INSIS) conventionnée avec l’université de Perpignan via Domitia (UPVD).

Le laboratoire PROMES travaille donc pour le CNRS et partage ses objectifs dans le domaine de l'énergie solaire.

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L'école polytechnique fédérale de Zurich, est une université publique pionnière de la recherche en Europe.

Sa popularité est due aux nombreux scientifiques qui y ont étudiés, 21 lauréats du prix Nobel en 150 ans, un des plus célèbres étant Albert Einstein.

Lae département d'ETH  travaillant sur les énergétiques renouvelables, mène des recherches afin de promouvoir la thermochimie thermique, l'électrochimie et les sciences de l'ingénieur appliquée au technologies de l'énergie propre, en mettant l'accent sur ​​les énergies solaires, les carburants et les matériaux.

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COMESSA est spécialisée dans la conception et la construction d'équipements industriels pour le traitement thermique des solides divisés  et surtout de séchage, de refroidissement, d'allumage et des réactions gaz solides.

Cette société est reconnue internationalement pour la qualité de ses équipements et de ses services dans l'industrie chimique, alimentaire, pharmaceutique et des mines. Elle offre notamment une gamme complète d'équipements de lit fluidisé.

 

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European Powder & Processing Technology (EPPT) résulte de la fusion en 2009 de Torver Engineering Belgium Ltd. et de 2PE.

Cette entreprise fabrique et distribue une large gamme de matériel de filtration de gaz chauds et froids,de séchoirs à lit fluidisé et fours de calcination, ... .

Elle composée de deux parties :

  • EPPT Manufacturing  qui continue de concevoir et de fabriquer
  • EPPT Consultancy qui est un cabinet-conseil indépendant qui se développe grâce à sa faculté de prendre en considération les intérêts des entreprises  et la sécurité environnementale.

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Le Laboratoire de Génie Chimique (LGC) de Toulouse est une unité de recherche qui regroupe l'Institut National Polytechnique (INP) de Toulouse, l'Université Paul Sabatier (UPS),  l'Institut de la Science et de la Technologie, le Centre for Systems Engineering Research (INSIS) et leCNRS.

Ce laboratoire a trois sites sur Toulouse, l'un dans le Complexe Scientifique de Rangueil, l'autre sur le site de l'école ENSIACET Labège , et, enfin, le troisième sur le site de l'INP-ENSAT auzeville.

Ses travaux de recherche s'effectuent dans les domaines des réactions chimiques, des mélanges, des interfaces de séparation et de dispersion les systèmes, des processus électrochimiques et développement de matériaux, de modélisation et simulation des procédés, et enfin de génie industriel.

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Le septième programme-cadre (7e PC) regroupe sous un même toit toutes les initiatives de l’UE ayant trait à la recherche et joue ainsi un rôle crucial dans l’atteinte des buts concernant la croissance, la compétitivité et l’emploi. S’ajoutent à ces initiatives un nouveau Programme-cadre pour la compétitivité et l'innovation (PCI), des programmes d’éducation et de formation et des fonds structurels et de cohésion pour la convergence et la compétitivité régionales. Il représente également un pilier majeur pour l'Espace européen de la recherche (EER).
Les objectifs généraux du 7e PC ont été regroupés en quatre catégories: Coopération, Idées, Personnes et Capacités. Pour chaque type d’objectif, il existe un programme spécifique correspondant aux domaines principaux de la politique de recherche de l’UE. Tous les programmes spécifiques œuvrent en commun pour promouvoir et encourager la création de pôles européens d’excellence (scientifique).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L'expérimentation au LGC

​ L'expérience se fait au LGC  de Toulouse et fait l'objet d'une thèse réalisée par Benjamin Boissière.

Le pilote froid est un échangeur à deux passes, chacune comportant deux tubes. L'une est en écoulement ascendant et l'autre est en écoulement descendant.

Le pilote est alimenté en solide par de la poudre de carbure de silicium (SiC). Le carbure de silicium est formé par action à chaud du silicium sur le carbone ou par réduction de la silice par un excès de carbone.

Les caractéristiques de ces particules sont :

 

Diamètre de particules Masse volumique Température de frittage Capacité thermique Vitesse minimale de fluidisation
64 µm 3210 kg/m3  1300 °C 1000 J/kg.K < 5 mm/s

Les bonnes propriétés (température de frittage, capacité et vitesse minimale de fluidisation) font de cette poudre un très bon caloporteur et calostockeur. On voit que la température de frittage - température à laquelle les particules vont avoir tendance à se souder entre elles et ainsi à changer de propriétés physiques - est très élevée et également inférieure à la température de fusion. On pourra donc monter à des températures nettement supérieures que celles atteintes avec des huiles ou des sels, par exemple.

 

Afin d'obtenir un écoulement dense et ascendant de poudre les tubes sont plongés dans un bac fluidisé dont la pression est régulée grâce à une vanne pneumatique reliée à un système de régulation PID.

Une injection d'air en bas du caisson à travers une plaque poreuse permet de fluidiser le solide.

L'air peut sortir du caisson par le tube avec les particules ou par la vanne. On pourra ainsi   contrôler le débit d'air passant par le tube - et donc la vitesse à laquelle le solide est entraîné -  en régulant l'ouverture de la vanne. On se référera à la partie "Contrôle de la pression dans le   dispositif" pour des explications plus détaillées.

Grâce aux aérations sur le côté, le lit adopte un comportement similaire à une situation de   chauffe. En effet, quand la température augmente, on a une expansion de l’air, et le fait   d'envoyer de l'air   dans les tubes (aération) permet d'alléger le poids du lit. Ainsi, on diminue la   pression nécessaire pour atteindre le haut du tube.

Le schéma suivant représente le dispositif de façon simplifiée :