Thse - Dveloppement dun Systme de production de chaleur solaire pour lhabitat bas sur un Stockage Thermique par Adsorption FH

Lentreprise

Nobatek et le LATEP travaillent ensemble sur la thmatique de lapprovisionnement en chaleur des btiments depuis 2013. Cette collaboration a donn lieu plusieurs thses coencadres sur la thmatique de loptimisation des rseaux de chaleur urbains de leur dimensionnement leur opration dynamique.

Par la suite un projet a port sur lutilisation de chaleur renouvelable dorigine solaire lchelle dun btiment en utilisant un stockage de chaleur avec des matriaux changement de phase (MCPBat).

Aujourdhui Nobatek et le LaTEP visent joindre nouveau leurs efforts pour mettre au point un systme dapprovisionnement de chaleur renouvelable pour un btiment utilisant un stockage thermique par adsorption. Le LaTEP apporte son expertise sur le phnomne dadsorption ainsi que sur les mthodes de modlisation et doptimisation et Nobatek amne ses comptences en dveloppement de prototype et sa connaissance du secteur du btiment.

Le projet ADTES sera donc men en collaboration entre Nobatek et le LaTEP. Le LaTEP dirigera la thse de doctorat porte par le projet et qui se focalisera principalement sur le choix du systme tudier sa modlisation son optimisation. Le prototype du systme sera dvelopp et test par Nobatek.

La socit ARKEMA qui dveloppe des matriaux adsorbants apportera galement son expertise et fournira les matriaux adsorbants. Elle participera au comit de suivi de la thse.

Savoirfaire du laboratoire

Au sein du LaTEP lquipe constitue par les Enseignants Chercheurs F. Marias JM. Reneaume S. Sochard S. Serra et A. Untrau dveloppe un projet scientifique qui vise long terme proposer des mthodologies pour laide la conception et la conduite optimales des systmes multinergie : production (nergies primaires multiples : fossile biomasse solaire) conversion (lectrolyse mthanisation gazification mthanation stockage (sensible chimique) et distribution (rseaux utilisant diffrents vecteurs : eau gaz CO2 lectricit).

Des tudes effectues par le LaTEP se sont focalises sur ltude de briques technologiques isoles pour mieux comprendre leur fonctionnement dvelopper des modles numriques prcis et optimiser le dimensionnement et lopration de ces briques. De premires associations de plusieurs briques ont galement t tudies. Voici quelques exemples :

• Rseau de chaleur urbain (optimisation de la topologie et du design thse de Thophile Mertz 2016 CIFRE NOBATEK; optimisation dynamique dun rseau de froid thse dArley Nova Rincon 2019 MESRI)
• Machine absorption pour la gnration de froid solaire (thse de Lorenzo Castillo Garcia 2016 AMI ADEME SCRIB)
• Mthanation (thse dAxel Fache 2019 projet REACHY CRNA ENOSIS)
• Couplage Mthanisation Mthanation (thse de Giberto Yuki Junior 2024

Parmi les tudes sur les diffrents systmes nergtiques plusieurs intgrent un stockage thermique:

• Stockage sensiblepour une centrale solaire thermique : Optimisation dynamique de lopration dune centrale solaire thermique (thse de Simon Scolan 2020 CIFRE NEWHEAT) puis optimisation en tempsrel du mme systme (thse dAlix Untrau 2023
• Stockage sensible sur un rseau de chaleur urbain: intgration du solaire thermique un rseau de chaleur urbain (thse de Rgis Delubac 2021 APRED ADEME ISORC) et intgration dun stockage mme en labsence dnergie renouvelable intermittente (Projet RESEAU CONCEPT avec NOBATEK)
• Stockage latent pour la production de chaleur et de froid pour un btiment (Projet MCPBat avec NOBATEK)

Le LaTEP possde donc une expertise en modlisation et optimisation de systmes nergtiques et notamment des systmes intgrant la ressource solaire thermique et un stockage thermique. De plus Sabine Sochard a galement encadr plusieurs thses dans le domaine du traitement de lair par adsorption (modlisation et expriences).

Description du poste

Sujet de thse

Titre: Dveloppement dun Systme de production de chaleur solaire pour lhabitat bas sur un Stockage Thermique par Adsorption (ADTES)

Rsum : Lobjectif du projet ADTES est de dvelopper une solution innovante de stockage de chaleur pour lhabitat reposant sur le principe du stockage thermique par adsorption. Ce type de stockage thermique novateur prsente des avantages tels quune densit nergtique thorique trs leve et labsence de pertes thermiques entre les phases de charge et de dcharge. Il est pourtant encore peu dvelopp en raison de cots dinvestissement levs de la complexit de la conception du systme et de son opration rsultant souvent en des densits nergtiques lchelle systme infrieures aux valeurs thoriques. Lobjectif de cette thse est de dvelopper un modle numrique pour une configuration de systme choisie grce une tude bibliographique. Ce modle sera calibr et valid grce des donnes exprimentales issues dun prototype mis au point par les quipes de Nobatek en collaboration avec le doctorant. Ce prototype sera ensuite utilis pour loptimisation dynamique du dimensionnement et des conditions opratoires. Lobjectif est de tester la viabilit technique et conomique dun tel systme pour lapprovisionnement en chaleur renouvelable dun btiment.

Motscls: Stockage thermochimique adsorption physisorption chaleur renouvelable modlisation optimisation

Missions Activits principales :

Le contexte scientifique

Le stockage par adsorption est un stockage thermique novateur bas sur le procd dadsorption dune molcule issue dune phase fluide sur un mdia poreux. Ce phnomne est exothermique et libre ainsi de la chaleur qui peut tre utilise dans le btiment pour le chauffage ou la production deau chaude sanitaire. Cette chaleur a t prcdemment stocke sous forme de potentiel dadsorption dans le solide poreux. Pour cela une phase de dsorption des molcules de fluide a eu lieu grce un apport en chaleur. Le processus rversible dadsorption permet donc de stocker de la chaleur sans pertes thermiques puisquelle est stocke sous forme de potentiel. De plus la densit dnergie dun tel stockage est trs leve suprieure au stockage sensible ou latent 1 ce qui rend cette technologie compacte et donc adapte au secteur du btiment. A ce jour cette technologie est encore peu dveloppe et des tudes sont ncessaires pour amliorer la conception du systme ainsi que ses paramtres opratoires afin den amliorer le cot et la fiabilit 1. Ce projet de R&D se focalise sur ces objectifs.

Des travaux prliminaires ont t raliss au LaTEP. Un stockage par adsorption a t modlis finement et des tudes de sensibilit ont permis didentifier les paramtres de design et opratoires qui ont un fort impact sur les performances de stockage 2.

Ce projet partenarial entre le LaTEP et Nobatek vise identifier les applications adaptes au stockage thermique par adsorption. Il a pour ambition de concevoir un systme de stockage performant rpondant aux besoins en chaleur des btiments rsidentiels et/ou tertiaires. Plusieurs paramtres seront pris en compte tels que les couples adsorbant/adsorbat la configuration du systme la temprature dadsorption cible le volume de stockage et la quantit dnergie stockable ainsi que les sources dnergie thermique renouvelables compatibles avec les systmes slectionns.

Un travail de modlisation dynamique permettra de choisir la configuration optimale rpondant aux besoins identifis. Sur cette base un prototype de stockeur sera conu fabriqu et test en conditions relles. Le prototype permettra de valider les modles numriques pour ensuite les utiliser afin doptimiser les conditions opratoires du systme en rgime dynamique pour satisfaire une demande en chaleur variable. Enfin une tude explorera les opportunits de mise en uvre industrielle et commerciale.

Ce systme compact et performant contribuera une meilleure utilisation de lnergie thermique aussi bien dans le btiment que dans lindustrie. Il permettra galement de rduire lespace occup tout en amliorant lefficacit nergtique.

Les objectifs

Le travail de thse portera sur la modlisation dun systme de production de chaleur renouvelable pour un btiment incluant un stockage thermique par adsorption. Ce modle une fois valid grce des donnes exprimentales sera utilis pour optimiser le dimensionnement ainsi que les paramtres opratoires du systme en rgime dynamique.

Le travail de thse se droulera en plusieurs tapes :

• 1. Choisir la configuration du systme grce une tude bibliographique exhaustive: couple adsorbant/adsorbat design du stockeur et des changeurs tempratures dadsorption et de dsorption nergie renouvelable compatible volume de stockage et quantit dnergie stockable.
• 2. Dtermination exprimentale des proprits physicochimiques des couples adsorbant/adsorbat (chaleur dadsorption isothermes dadsorption porosit etc)
• 3. Modlisation de la configuration choisie. Simulation du systme selon diffrentes lois de pilotage. Estimation des performances thermiques du systme et identification des paramtres de conception et dutilisation impactant la performance (analyse de sensibilits).
• 4. Calibration et validation des modles numriques laide des donnes exprimentales issues du prototype.
• 5. Optimisation dynamique du dimensionnement et des conditions opratoires de la configuration choisie avec un objectif conomique pralablement dfini partir de donnes chiffres. Etablissement de recommandations sur la base de tests de diffrents scnarios avec prvisions mtorologiques et demande en chaleur variable.

Les rsultats attendus

La thse devra permettre le dveloppement dun outil numrique prcis pour la simulation et loptimisation dynamique dun systme de production de chaleur pour un btiment avec un stockage de chaleur par adsorption.

Lobjectif de la thse est dtudier lintrt dun tel systme dans lapprovisionnement en chaleur renouvelable dun btiment. Des recommandations sur le dimensionnement et la conduite du systme face une demande en chaleur variable devront tre dgages de ltude doptimisation dynamique mene.

Profil recherch

De formation Energtique et/ou Gnie des Procds (niveau Master ou diplme dingnieur) le candidat aura de solides comptences en thermodynamique transfert thermique transfert de matire programmation et modlisation/optimisation (optimisation numrique ; programmation mathmatique).

Des qualits rdactionnelles seront apprcies.

Une bonne matrise de langlais est indispensable.

Conditions dexercice

Laboratoire: Laboratoire de Thermique Energtique et Procds (LaTEP) (site web:

Ecole doctorale: Ecole Sciences Exactes et leurs Applications (ED SEA 211

Employeur: Universit de Pau et des Pays de lAdour

Lieu: Pau NouvelleAquitaine France Dplacement prvoir chez Nobatek Bordeaux

Date dbut: Septembre 2025

Dure : 36 mois

Salaire mensuel net : environ 1800

Comment candidater

Envoyer un dossier de candidature par email comprenant:

• CV
• Lettre de motivation
• Relev de notes et classements en Master
• Lettres de recommandation et coordonnes des personnes (minimum deux) contacter

Date limite de candidature : 30/05/2025

Processus de slection: les candidats seront dabord slectionns sur le dossier envoy (adquation entre le diplme et le sujet de thse notes et classements matrise de langlais prsentation des travaux et expriences professionnelles stages en laboratoire ou en entreprise ventuels travaux de recherche dj raliss). Puis un entretien sera organis aprs la slection des dossiers de candidature.

Contact :

Sabine Sochard:

Alix Untrau:

Rf: 862bc760eeff4d7db910cecd303d4125