Soutenance de thèse de Charles DEVISE

Composition du jury

    •    M. Doan PHAM MINH : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Directeur de thèse
    •    Mme Elodie PRUD'HOMME : INSA Lyon - Rapporteure
    •    M. Benoît STUTZ : Université Savoie Mont Blanc - Rapporteur
    •    M. Xavier PY : Nantes Université - Examinateur
    •    M. Thomas FASQUELLE : Aix Marseille Université - Examinateur
    •    M. Yasmine LALAU : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Co-encadrant de thèse
    •    M. Nicolas TESSIER-DOYEN : Université de Limoges - Co-encadrant de thèse
    •    M. Thierry CUTARD : Institut Clément Ader UMR CNRS 5312 site d'Albi IMT Mines Albi - Examinateur

 

Résumé

Dans un contexte de décarbonation de plus en plus urgent vis-à-vis du changement climatique, l’amélioration de l'efficacité énergétique des procédés industriels constitue un levier essentiel. A titre d’exemple, la récupération de la chaleur fatale contenue dans les fumées à haute température de ces procédés par l’intermédiaire de dispositifs de stockage constitue une voie de valorisation très prometteuse. En effet, les systèmes de stockage thermique permettent d'emmagasiner cette chaleur et de la restituer ultérieurement en adéquation avec les besoins. A ce jour, parmi ces systèmes, ceux dédiés au stockage de la chaleur sensible connaissent des avancées technologiques majeures comme le dispositif Eco-Stock® commercialisé par la PME innovante Eco-Tech Ceram (ETC) basée en Occitanie. Ce travail de thèse, co-financé par la Région Occitanie et ETC, et réalisé conjointement au sein du centre RAPSODEE (UMR CNRS 5302) et de l’IRCER (UMR CNRS 7315) est dédié au développement de matériaux performants pour le stockage de la chaleur sensible. Combinant de l’argile naturelle sélectionnée parmi des gisements locaux et des coproduits issus de l’industrie des réfractaires, ces matériaux céramiques ont été élaborés à l’échelle du laboratoire. Leur densité énergétique volumique a été maximisée au travers d’une méthodologie de plans d'expériences en deux phases. La première phase a consisté à mieux appréhender le rôle des matières premières et des paramètres de mise en forme et de traitement thermique, puis la deuxième phase a été consacrée à l’optimisation de la formulation. Une palette de matériaux ainsi sélectionnés a été caractérisée pour mesurer des propriétés d’intérêt complémentaires (conductivité thermique, résistance à la rupture, module d’Young, résistance au cyclage thermique), puis un candidat unique a été retenu. Sur la base de conditions d'élaboration optimisées pour le pressage uniaxial, une production semi-industrielle de ces matériaux par extrusion a été effectuée en collaboration avec le Centre Technique de Matériaux Naturels de Construction (CTMNC) par extrusion. Les performances de ce matériau ont été validées par une succession de cycles thermiques au moyen d’un prototype industriel pilote de stockage/déstockage de chaleur. Finalement, une évaluation de l'impact environnemental de ce matériau, via une analyse de cycle de vie, a été réalisée en comparaison avec d'autres matériaux de stockage existants utilisés dans les mêmes conditions pilotes.
 

Mots-clés

Chaleur fatale, Valorisation, Stockage thermique, Céramique, Argile.