Dans l’objectif de remplacement de sources d’énergie fossile par des sources d’énergie renouvelable, le stockage de chaleur joue un rôle important. Ces dernières étant généralement intermittentes, il est nécessaire de les coupler à des stockages afin de découpler la production et la consommation de l’énergie. Dans le cas du solaire thermique, coupler un stockage de chaleur à un champ solaire thermique permet de prolonger la durée de disponibilité de l’énergie et de lisser la production en déchargeant le stockage lors d’événements météos faisant baisser la production. Dans le cas des réseaux de chaleur, le stockage thermique permet de stocker lors des heures de faible demande et de fournir de l’énergie lors des pics de demande, évitant ainsi le démarrage des centrales à gaz.

Différentes technologies de stockage de chaleur existent, parmi lesquelles le stockage par chaleur latent tube et calandre est à l’étude. Cette technologie utilise le changement de phase solide-liquide pour stocker de l’énergie de manière compacte dans la calandre d’un échangeur thermique, autour des tubes où le fluide caloporteur circule. Différentes familles de matériaux à changement de phase (MCP) peuvent être utilisées, pour permettre de s’adapter aux contraintes de température de stockage, de compatibilité chimique ou encore de sécurité. 

La modélisation numérique permet de comprendre les mécanismes physiques et d’aider à optimiser le dimensionnement des futurs stockages. Des travaux de simulation récentes avec le logiciel DYMOLA ont évalué la capacité de l’outil pour prédire les phénomènes expérimentaux observés dans les stockages thermiques avec fluide caloporteur monophasique et diphasique, mais il est confronté à des limitations liées à la modélisation géométrique et physique pour certains essais. CATHARE-3 est un logiciel de simulation thermohydraulique diphasique à l’échelle système développé au CEA. Il a été conçu initialement pour les études de sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisé, mais son champ d’application a été ouvert progressivement à d’autres secteurs. Il se base principalement sur un modèle à deux fluides (liquide/vapeur) avec des lois de fermetures spécifiques pour les différents transferts de chaleur, masse et quantité de mouvement.

Le travail proposé consiste à faire un état des lieux du logiciel CATHARE pour la simulation du stockage de chaleur avec des fluides caloporteurs monophasique et/ou diphasique. Le stage se déroulera en plusieurs étapes: 

• Validation des capabilités de CATHARE pour simuler le stockage de chaleur par MCP en comparant les résultats avec des données expérimentaux avec fluide caloporteur monophasique (stockage Flaubert) et diphasique (stockage InPower).
• Réalisation des études paramétriques pour l’identification des paramètres clé du modèle.
• Identification des axes d’amélioration de CATHARE pour la simulation de stockage par MCP.

Bac+5 – Master 2 / Diplôme École d'ingénieurs