THÈSE DOCTEUR DE L UNIVERSITÉ JOSEPH FOURIER

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1 UNIVERSITÉ JOSEPH FOURIER GRENOBLE 1 N THÈSE pour obenr le grade de DOCTEUR DE L UNIVERSITÉ JOSEPH FOURIER en MÉCANIQUE ÉNERGÉTIQUE présenée e souenue publquemen par Maha AHMAD Le 23 Novembre 2004 NOUVEAUX COMPOSANTS ACTIFS POUR LA GESTION ÉNERGETIQUE DE L ENVELOPPE LÉGÈRE DES BÂTIMENTS. COUPLAGE MATÉRIAUX A CHANGEMENT DE PHASE, SUPER- ISOLATION, APPORTS SOLAIRES Sous la drecon de A. BONTEMPS (Unversé Joseph Fourer, Grenoble) COMPOSITION DU JURY M. ACHARD Parck (Ecole des Mnes de Pars) Rapporeur M. ZEGHMATI Belkacem (Unversé de Perpgnan) Rapporeur M. BONTEMPS André (Unversé Joseph Fourer, Grenoble) M. GUARRACINO Gérard (ENTPE, Vaux-en-Veln) Présden M. HADORN Jean-Chrsophe (Insu naonal de l Energe Solare) Mme KHERROUF Samra (ADEME, Sopha-Anpols) M. QUENARD Danel (Cenre Scenfque e Technque du Bâmen) Thèse préparée au Cenre Scenfque e Technque du Bâmen, San Marn d Hères.

2 A mes parens, A oue ma famlle, Pour m avor perms de réalser mes rêves

3 Remercemens Ce raval a éé effecué au Cenre Scenfque e Technque du Bâmen (CSTB) en collaboraon avec le Groupemen pour la Recherche sur les Echangeurs Thermques (GRETh) du CEA Grenoble. Je ens à remercer Monseur Danel QUENARD, chef de la dvson Caracérsaon, Physque des Maéraux, pour m avor accuell au sen de son laboraore. Il a oujours éé aenf au bon déroulemen de cee hèse e aux moyens nécessares à sa réalsaon. Je voudras ou parculèremen remercer Monseur le Professeur André BONTEMPS, de l Unversé Joseph Fourer, qu m a fa l honneur de drger cee hèse. Il a assuré avec paence e compréhenson le bon déroulemen de ce raval. J exprme ma graude à Monseur Parck ACHARD, Professeur à l Ecole des Mnes de Pars à Sopha Anpols, e à Monseur le Professeur Belkacem ZEGHMATI, de l Unversé de Perpgnan, pour avor accepé d êre Rapporeurs de cee hèse. Je ens égalemen à remercer Monseur le Professeur Gérard GUARRACINO de l Ecole Naonale des Travaux Publcs de l Ea (ENTPE) d avor accepé de parcper à ce jury e d en assurer la présdence. Madame Samra KHERROUF de l Agence De l Envronnemen e de la Maîrse de l Energe (ADEME) e Monseur Jean-Chrsophe HADORN, Dreceur de l Insu Naonal de l Energe Solare (INES), on accepé de parcper à ce jury, qu ls en soen remercés. Je sus exrêmemen reconnassane à Monseur Héber SALLEE, Ingéneur au CSTB Grenoble, pour oue l ade qu l m a apporée duran ces années e pour sa perpéuelle bonne humeur. Je remerce égalemen Monseur Alan MARECHAL e le personnel du GRETh, pour leur ade dans la premère pare du raval expérmenal. Pour leur conrbuon dans l ulsaon de TRNSYS, je remerce Monseur Werner KEILHOLZ du CSTB à Sopha-Anpols e Monseur le Professeur Pa LAMBERG de l Unversé Technologque d Helsnk. Ce raval a bénéfcé du souen de l ADEME, envers laquelle je sus reconnassane. Enfn, je remerce l ensemble des personnes du CSTB Grenoble avec qu j a passé ces années dans une ambance chaleureuse.

4 NOUVEAUX COMPOSANTS ACTIFS POUR LA GESTION ENERGÉTIQUE DE L ENVELOPPE LEGERE DES BATIMENTS. COUPLAGE MATÉRIAUX A CHANGEMENT DE PHASE, SUPER ISOLATION, APPORTS SOLAIRES. L objecf de cee éude es la réalsaon de composans de la srucure des bâmens ncorporan des Maéraux à Changemen de Phase (MCP) couplés à un super-solan (VIP, Vacuum Insulaon Panel), pour d une par amélorer l nere hermque des paros e le confor à l néreur des locaux e d aure par pour réalser une enveloppe légère L éude es dvsée en deux pares. La premère pare es relave à l éude des propréés hermques des paros so expérmenalemen so par smulaon numérque. Cee pare a perms de chosr le ype de paro ans que le MCP. La deuxème pare concerne l éude de deux cellule-ess solées avec un VIP. Une cellule es équpée de panneaux conenan le MCP couplés avec le super solan. Des mesures de empéraures e de flux on perms de caracérser le comporemen hermque des deux cellules pour dfférenes condons clmaques. Une smulaon numérque réalsée à l ade du logcel TRNSYS modfé donne des résulas en bon accord avec l expérence. L éude monre ans que elles paros permeen un sockage effcace de l énerge solare enran par les faces vrées. En éé comme en hver, l amplude de la empéraure néreure de la cellule avec MCP es dmnuée de 20 C sur un cycle journaler. Le MCP donc joue convenablemen son rôle d «amorsseur hermque» e les flucuaons des empéraures néreures son consdérablemen rédues. Les panneaux défns dans cee éude son suscepbles de développemens uléreurs. Mos clés : Maéraux à Changemen de Phase (MCP), Bâmen, Enveloppe légère, TRNSYS, VIP, Energe solare. NEW ACTIVE COMPONENTS FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE LIGHT ENVELOPE OF BUILDINGS. COUPLING PHASE CHANGE MATERIALS, SUPER-INSULATION, SOLAR ENERGY. The objecve of hs sudy s he realzaon of buldng componens ncorporang a Phase Change Maeral (PCM) coupled wh a Vacuum Insulaon Panel (VIP) () o mprove hermal nera of he walls and comfor nsde he buldngs () o buld a lgh envelope. The sudy s shared n wo pars. The frs par deals wh he hermal sudy of walls eher expermenally or by numercal smulaon n order o choose he panels and he PCMs. The second par concerns he sudy of wo es-cells wh super-nsulaed lgh wallboards, one of hem beng equpped wh PCM panels. Temperaure and hea flux measuremens allowed us o characerze he hermal behavour of he wo cells submed o clmac condons. A numercal smulaon wh he TRNSYS sofware has been carred ou. Ths smulaon requred he mplemenaon of a new compuaonal module n he sofware. An excellen agreemen was found wh he expermenal resuls over a large perod of me (several monhs) hus demonsrang he valdy of he model. Ths sudy showed ha he effcency of PCM s remarkable wh a reducon of he ndoor emperaure amplude of approxmaely 20 C n he es-cell. The PCM srucure showed sgnfcan hea sorage and de-sorage. PCM panels developed whn he framework of hs sudy seem neresng for fuure developmen. Keywords: Phase Change Maeral (PCM), Buldng, Lgh envelope, TRNSYS, VIP, Solar energy.

5 Tables des maères Inroducon Généralés sur les Maéraux à Changemen de Phase. Applcaon au Bâmen Inroducon Le Sockage par chaleur sensble Généralés Le sockage de chaleur sensble par un flude Le sockage par l eau... 7 a- Avanages de l eau... 7 b- Les dfférenes formes de sockage Le sockage par les aures fludes... 7 a- Les fludes usuels... 7 b- Le sockage Le sockage de chaleur sensble par un solde Le sockage par chaleur laene Généralés Les sysèmes de sockage de l énerge hermque par chaleur laene Les conranes echnologques du sockage par chaleur laene Les avanages du sockage par chaleur laene Les Maéraux à Changemen de Phase (MCP) Généralés Quelques phénomènes ayan un mpac sur l'effcacé du sockage a- La surfuson (Le sous refrodssemen) b- La surchauffe c- La dlaaon Chox d'un MCP Les Maéraux à Changemen Phase courammen ulsés Les hydraes salns Généralés Dfférens hydraes salns Les paraffnes Généralés Condonnemen des paraffnes Dfférenes cres paraffnques Les composés organques non paraffnques Acdes gras Les esers d acdes gras Concluson Euecque Méhodes de condonnemen des MCP dans les applcaons de sockage hermque I

6 1.5 Les applcaons des MCP dans l'ndusre Le sockage de l'énerge Le refrodssemen élecronque Aures applcaons Chauffage des serres avec sockage d énerge à MCP Les applcaons des MCP dans le bâmen La noon de confor hermque a- Défnon : b- Obenon du confor hermque à l ade de MCP La réglemenaon hermque Le chauffage par le sol Les condons de confor Technologes exsanes Clmasaon Façade couplan effe de serre e MCP Fenêres à MCP Les paros à MCP Analyse du problème Les méhodes d ncorporaon des MCP Les closons plâre-mcp Généralés Le chox des MCP e le raemen des paros Les murs de béon à MCP Généralés Le chox du ype de béon a- Béon éuvé b- Béon auoclavé L ncorporaon des MCP a- L ncorporaon drece b- Immerson c- L encapsulaon Le chox du MCP La sablé du MCP dans le béon Modélsaon e smulaon numérque Calcul approché de la empéraure opmale de changemen de phase e de l épasseur des panneaux à MCP d une mason solare Modélsaon d une paro Enveloppes à MCP. Cellules ess Expérence e smulaon de Kondo e al Expérence e smulaon de Kssok e al Expérence à l échelle 1 e smulaon numérque Expérence e smulaon de Scala e al Expérence de P.Achard Expérence d Ahens e al Mason de BASF «hree ler house» II

7 1.10 Concluson Analyse héorque e déermnaon des propréés physques des maéraux Inroducon Esmaon de l épasseur mnmale d une paro conenan un MCP Equaons de base Présence d'une nerface lqude- solde Parcules de MCP dspersées dans un subsra Maérau don le changemen d éa s effecue sur un nervalle de empéraure Méhodes numérques d analyse Généralés : les dfférences fnes Résoluon numérque de l équaon de la chaleur Méhode explce Méhode mplce a - Dérvée seconde exprmée en b - Dérvée seconde exprmée à deux emps dfférens Méhode des conducances hermques Méhode combnan équaon de la chaleur e conducances hermques Déermnaon des propréés physques du mélange Masse volumque : Conducvé hermque Maérau compose granulare a- Calcul héorque b- Mesures de la conducvé hermque Prncpe des méhodes de mesure a- Méhode de la plaque fluxmérque (lambdamère) b- Méhode du fl chaud Le problème de la capacé hermque Méhodes héorques Capacé hermque réelle Capacé hermque apparene Mesures de capacé hermque spécfque C p Prncpe de la méhode e résulas Prncpes reenus Concluson Eude expérmenale sur une paro (2D) Inroducon III

8 3. 2 Dsposf expérmenal Boucle d essas Equpemen e nsrumenaon Les capeurs de flux Paros éudées Expérences réalsées sur les paros conenan des granulas Caracérsaon des granulas e de la paro Granulomére des parcules du MCP Les cas éudés Proporon de MCP dans la paro Cycles hermques côé exéreur Cycle hermque sur paro vde. Tempéraure mposée côé néreur Cycle hermque sur paro smple avec MCP. Tempéraure mposée côé néreur Cycle hermque sur paro double avec MCP. Convecon naurelle côé néreur Rampe de empéraure. Tempéraure mposée côé néreur Rampe lene (2.5 K.h -1 ) Rampe rapde (choc hermque, 27 K.h -1 ) Rampes de empéraure. Convecon naurelle côé néreur Rampe de empéraure lene Choc hermque Concluson Expérence sur des paros conenan un MCP pur (PEG600) Inroducon Généralés sur les polyéhylènes glycols Types de paros éudés Expérences réalsées sur le PEG Cycle hermque Rampe de empéraure lene Rampe rapde (choc hermque) Couplage panneau conenan un MCP avec un super solan de ype VIP Généralés Panneaux ulsés Types d essas effecués Varaon snusoïdale de empéraure Convecon naurelle côé exéreur Rampe lene de empéraure (3 K.h -1 ) Concluson Eude par smulaon numérque de la réponse d une paro 2D à une varaon pérodque de empéraure Inroducon IV

9 4. 2 Présenaon de Heang, Caracères prncpaux du logcel a- Généralés b- Méhode de résoluon: c- Resrcons ou lmaons d- Le emps ypque de fonconnemen Le cas du changemen de phase (Commen heang rae le changemen de phase) Valdaon des procédures de calcul Les cas éudés e les condons aux lmes a- Les cas éudés b- Les condons aux lmes c- Les grandeurs analysées Propréés physques des maéraux Les paros éudées Paros de plâre, solan ou de mélange plâre/ MCP Paros en maéraux ne changean pas de phase a - Plâre b - Isolan Paros consuées d'un mélange plâre/ MCP a - Cas où le mélange MCP/ plâre change d éa avec un fron de soldfcaon b - Cas où le mélange change d éa progressvemen (C p varable) Comparason des smulaons pour dfférens cas éudés a- Influence de l épasseur de la paro b- Varaon de la empéraure de la surface néreure en foncon de la concenraon Paros conenan des granulas Inroducon Paros consuées de polycarbonaes avec granulas de MCP Smulaon numérque sur paro en polycarbonae vde Paros consuées de polycarbonaes avec granulas de MCP a - Cas où les granulas GR25 changen d éa avec un fron de soldfcaon b - Cas où les granulas GR25 changen d éa progressvemen (C p varable) Paro compose, solan plus MCP. Effe de la poson des couches Comparason générale Paro conenan du MCP seul Chox du MCP Influence du flux échangé a- Cas d un maérau à empéraure de changemen d éa défne b- Cas où le maérau change de phase enre 20 e 25 C Descrpon sommare du dsposf expérmenal Comparason smulaon numérque résulas expérmenaux V

10 4. 9 Paro assocan MCP e panneau d solan Concluson Eude expérmenale sur des cellules ess Inroducon Concepon des cellules Défnon de la srucure d accuel des panneaux Monage e chox des maéraux composan les panneaux Caracérsques du MCP ulsé Mse en place des cellules sur la plaeforme d essas Insrumenaon des cellules Descrpon e monage des capeurs de flux hermque e des capeurs de empéraure sur une paro Acquson e sockage des données Résulas obenus Analyse globale des empéraures Analyse des flux hermques sur les paros Présenaon de METEONORM Analyse des flux e des énerges sur le panneau OUEST : a- Analyse des énerges sur le panneau OUEST de la cellule sans MCP b- Analyse des énerges sur le panneau OUEST de la cellule avec MCP Blan global de la cellule sur une journée: a- Avec MCP b- Sans MCP Blan sur une longue pérode. Durablé des cellules ess Concluson Smulaon numérque sur des cellules ess Inroducon Présenaon de TRNSYS Généralés Descrpon générale d un Type IISBa Type Descrpon succnce du modèle Zone hermque a- Flux de chaleur convecf à un nœud b- Le gan par rayonnemen sur une paro VI

11 c- Terme de couplage Paros e fenêres Equaons du modèle PREBID Modèle de smulaon d une paro. Le Type Descrpon du modèle Condons de smulaon Condons aux lmes Données ssues du fcher mééo Descrpon des maéraux e des paros La smulaon numérque Cellule-es sans MCP Cellule-es avec MCP Propréés physques du MCP ulsé Résulas Le problème des pons hermques Comparason avec une aure concepon de srucure de la cellule Cellules à paros radonnelles en béon Isolaon néreure Isolaon exéreure Cellules à murs de srucure radonnelle mas avec o e plancher avec MCP Influence de l épasseur de la paro à MCP sur la empéraure néreure Concluson Concluson REFERENCES ANNEXES VII

12 Table des fgures Fgure 1.1: Evoluon de la empéraure d un corps pur homogène avec changemen d éa Fgure 1.2: Comparason des volumes nécessares au sockage d une même quané d énerge Fgure 1.3: Equvalence enre la chaleur laene nécessare pour fondre 1 kg de glace e la chaleur sensble nécessare pour chauffer l'eau lqude... 9 Fgure 1.4: Varaon de l enhalpe spécfque en foncon de la empéraure : (a) pour un corps pur ; (b) pour un mélange Fgure 1.5: Srucure chmque des paraffnes Fgure 1.6: Tempéraure de fuson des paraffnes en foncon du nombre d aomes de la Molécule Fgure 1.7: Condonnemen de MCP en nodules Fgure 1.8: Prncpe d un procédé de mcroencapsulaon Fgure 1.9: Vue au MEB de mcrocapsules renferman des paraffnes Fgure 1.10: Schéma de prncpe de la geson hermque d'une puce élecronque avec un MCP Fgure 1.11: Echangeur de chaleur à MCP Fgure 1.12: Baere hermque auomoble Fgure 1.13: Prncpe du exle avec MCP Fgure (a) Récupéraeur sur l ar exéreur Fgure (b) Récupéraeur dans lequel le MCP fond quand l ar de la serre es chaud e se soldfe quand l es frod Fgure (c) Récupéraeur couplé à un capeur solare Fgure 1.15: Echangeur récupéraeur pour la geson hermque d une serre Fgure 1.16: La zone du confor maxmal Fgure 1.17: Dsrbuon de la chaleur dans une pèce en ulsan a- le chauffage par un radaeur convenonnel b- le chauffage par le sol Fgure 1.18: Capsules conques conenan un MCP applquées au chauffage par le sol Fgure 1.19: Chauffage par le sol ulsan les MCP Fgure 1.20: Façade vrée couplée à un MCP Fgure 1.21.a: Prncpe d une fenêre double vrage ulsan un MCP 41 Fgure 1.21.b: Dsposf pour l éude d une fenêre double vrage avec un MCP Fgure 1.22: Evoluon réelle de la empéraure dans une pèce Fgure 1.23: Un exemple de closon conenan des MCP Fgure 1.24: Les résulas relafs de l absorpon d un MCP Fgure 1.25: Une mason solare avec des panneaux à MCP Fgure 1.26: Schéma d une paro pour le modèle de ransfer de chaleur Fgure 1.27: Mallage 1D Fgure 1.28 : Comparason des résulas héorques e expérmenaux pour la soldfcaon d un MCP (séarae de buyle) Fgure 1.29 : Thermogrammes de quare échanllons avec dfférenes proporons de MCP.62 Fgure 1.30: Paro e cellules es Fgure 1.31: Varaons de empéraure obenues par smulaon numérque pour dfférens ypes de murs (PB : Plaser Board, PCM : Phase Change Maeral, RC : Regular Concree) Fgure 1.32: Cellule es ulsée par Kssok e al Fgure 1.33: Varaon des empéraures néreures dans deux cellules es avec e sans MCP Fgure 1.34 : Schéma des pèces esées par Scala e al VIII

13 Fgure 1.35: Comparason des empéraures nocurnes de pèces ayan des murs avec e sans Fgure 1.36: Schéma de la cellule es d Ahens e al Fgure 1.37: Le concep de BASF (hree ler house) Fgure 2. 1 : Poson de l nerface lqude solde dans le cas de la soldfcaon du PEG Fgure 2. 2 : Représenaon des nœuds Fgure 2. 3 : Elémen de volume enouran chaque noeud Fgure 2. 4 : Rappor des conducvés hermques en foncon de la concenraon volumque Fgure 2. 5: Méhode de la plaque fluxmérque. Sysème à deux fluxmères Fgure 2. 6: Représenaon schémaque des sondes de mesure de la conducvé hermque84 ' Fgure 2. 7: Forme des courbes de C pe ulsées par Alse e Roy pour éuder leur nfluence sur les ransfers hermques Fgure 2. 8: Varaon de la capacé hermque massque de MCP40, e de plâre en foncon de la empéraure Fgure 2. 9: Le modèle de calcul de Cp en foncon de la empéraure (pour T F = 26 C) Fgure 3. 1 : Le prncpe de la boucle d essas Fgure 3. 2 : Schéma du dsposf expérmenal Fgure 3. 3 : Dsposf expérmenal Fgure 3. 4 : Thermople planare Fgure 3. 5 : Fluxmères Fgure 3. 6 : Panneaux ulsés Fgure 3. 7 : Parcules de MCP Fgure 3. 8 : Analyse de l mage Fgure 3. 9 : Schéma de la paro en polycarbonae Fgure : Cycle hermque sur paro vde Tempéraures Fgure : Cycle hermque sur paro vde - Densés de flux Fgure : Cycle hermque sur MCP - Tempéraures Fgure : Cycle hermque sur MCP - Densés de flux Fgure : Cycle hermque sur une paro conenan des granulas de MCP avec convecon naurelle sur le côé néreur. Evoluon des empéraures Fgure : Cycle hermque sur une paro conenan des granulas de MCP avec convecon naurelle sur le côé néreur. Evoluon des densés de flux Fgure : Dfférence de densés de flux ϕe ϕ Fgure : Rampe sur MCP - Tempéraures Fgure : Rampe sur MCP - Densés de flux Fgure 3. 19(a) : Choc hermque - Tempéraures Fgure (b) : Choc hermque -Tempéraures côé néreur Fgure : Choc hermque - Densés de flux Fgure : Choc hermque 2 - Tempéraures Fgure : Choc hermque 2 - Densés de flux Fgure : dfférence de densés de flux ϕe ϕ Fgure : Rampe avec convecon naurelle - Tempéraures Fgure : Rampe avec convecon naurelle - Densés de flux Fgure : Choc hermque avec convecon naurelle - Tempéraures Fgure : Choc hermque avec convecon naurelle - Densés de flux Fgure : Cycle sur PEG600 avec convecon naurelle - Tempéraures IX

14 Fgure : Cycle sur PEG600 avec convecon naurelle - Densés de flux Fgure : Cycle hermque avec convecon naurelle Fgure : Cycle sur PEG600 Tempéraures Fgure : Cycle sur PEG600 Densés de flux Fgure : Mse en évdence de zones lqudes dans le MCP Fgure : Rampe sur PEG600 avec convecon naurelle - Tempéraures Fgure : Rampe sur PEG600 avec convecon naurelle - Densés de flux Fgure : Dfférence de densés de flux ϕe ϕ Fgure : Choc hermque sur PEG - Tempéraures Fgure : Choc hermque sur PEG Densés de flux Fgure : Dfférence de densés de flux ϕe ϕ Fgure : Panneau de super solan (VIP) Fgure : Coupe d une paro couplan un panneau de PVC avec MCP e un panneau VIP Fgure : Résumé de condons aux lmes Fgure : Cycle hermque sur MCP Tempéraures Fgure : Dfférence de densés de flux ϕe ϕ Fgure : Cycle hermque avec Convecon naurelle côé exéreur Fgure : Dfférence de densés de flux ϕe ϕ Fgure : Rampe sur MCP - Tempéraures Fgure : Rampe sur MCP - Dfférence de densés de flux ϕ ϕ Fgure 4. 1: Comparason des courbes obenues par la smulaon numérque e la soluon analyque Fgure 4. 2: Résumé des condons aux lmes de la smulaon Fgure 4. 3: La capacé hermque d'un mélange Plâre/ MCP (30%) Fgure 4. 4: Comparason des varaons de la empéraure de la surface néreure T p pour des paros en plâre d épasseurs 1-8 cm Fgure 4. 5: Comparason des varaons de la empéraure de la surface néreure T p pour des paros en polysyrène d épasseurs 1-8 cm Fgure 4. 6: Comparason des varaons de la empéraure de la surface néreure T p pour des paros en plâre/ MCP 30%. Smulaon avec un fron de soldfcaon Fgure 4. 7: Comparason des varaons de la empéraure de la surface néreure T p pour des paros en plâre/ MCP 30%. Smulaon avec C P varable Fgure 4. 8: Comparason de la varaon de la empéraure néreure pour ros paros d épasseur denque (6 cm). Paro en plâre, en solan, en Plâre/MCP Fgure 4. 9: Comparason des évoluons de la empéraure néreure pour des épasseurs dfférenes (e =1-8 cm). 1 plâre ; 2 solan ; 3 MCP /plâre (C p = ce) ; 4 MCP/plâre (C p varable) Fgure 4. 10: Evoluon des empéraures maxmales de la surface néreure en foncon de l épasseur Fgure 4. 11: Comparason des varaons de la empéraure sur la surface néreure pour une paro d épasseur de 3 cm en foncon de la concenraon de MCP Fgure 4. 12: Evoluon de la dfférence enre empéraures maxmale e mnmale e de la durée du paler en foncon de la concenraon de MCP Fgure 4. 13: Comparason des varaons de la empéraure sur la surface néreure d une paro d épasseur de 6 cm en foncon de la concenraon de MCP Fgure 4. 14: Evoluon de la dfférence enre empéraure maxmale e mnmale e de la durée du paler en foncon de la concenraon de MCP e X

15 Fgure 4. 15: Evoluon du rappor des durées des palers de changemen d éa pour des paros d épasseur 3 e 6 cm Fgure : Varaon de la empéraure sur la surface néreure d une paro vde Fgure : Schéma de paro de polycarbonae ulsée dans l éude Fgure : Comparason enre T p pour des paros : en polycarbonae, en plâre e mélange MCP/plâre avec C p varable Fgure 4. 19: Comparason des varaons de la empéraure de la surface néreure d une paro de polycarbonae avec granulas modélsée avec C p consane e avec C p varable Fgure 4. 20: Comparason des varaons de la empéraure de la surface néreure d une seule paro e de deux paros denques juxaposées Fgure 4. 21: Varaon de la empéraure sur les surfaces néreures, exéreures e sur les nerfaces Fgure 4. 22: Comparason des varaons de la empéraure sur la surface néreure pour chaque cas Fgure 4. 23: Evoluon de la empéraure sur la surface néreure d une paro composée de MCP e plaques d solan : Fgure 4. 24: Comparason générale Fgure 4. 25: Varaon de la empéraure sur la surface néreure d une paro de polycarbonae conenan du polyéhylène glycol, pour un cycle hermque de deux jours Fgure 4. 26: Réssances hermques dans la secon d essas Fgure 4. 27: Varaon de la empéraure en foncon de emps Fgure 4. 28: Paro assocan MCP e VIP. Poson des mesures de empéraures Fgure 4. 29: Paro assocan MCP e VIP. Comparason enre les varaons de empéraures obenues numérquemen e expérmenalemen Fgure 5. 1: Proflé d accuel des panneaux sans MCP Fgure 5. 2: Proflé d accuel des panneaux avec MCP Fgure 5. 3: Schéma de monage des panneaux dans la srucure Fgure 5. 4: Schéma de prncpe Fgure 5. 5: Orenaon SUD des cellules Fgure 5. 6: Cellules sur la plaeforme d essas Fgure 5. 7: Posons de capeurs de flux/empéraure dans les panneaux Fgure 5. 8: Exemple d acquson de données Fgure 5. 9: Evoluon des empéraures néreures des deux cellules Fgure : Tempéraures néreures - Ecars par rappor à l exéreur Fgure : Le sens posf du flux Fgure : Cellule sans MCP Flux face OUEST Fgure : Cellule avec MCP - Flux face OUEST Fgure : Varaons de la densé de flux pendan deux journées Fgure : L ensolellemen au sud e à l oues Fgure : Sens des densés du flux duran la journée pour la paro sans MCP (de 7h40 à 14h20) Fgure : Sens des densés du flux duran la journée pour la paro sans MCP (de 16h20 à 16h40) Fgure : Blan des énerges échangées à la paro sans MCP Fgure : Analyse des énerges échangées Fgure 5. 20: Sens des densés du flux duran la journée pour la paro avec MCP (de 6h50 à 12h40) XI

16 Fgure 5. 21: Sens des densés du flux duran la journée pour la paro avec MCP (de12h40 à 16h30) Fgure : Blan des énerges échangées à la paro avec MCP Fgure : Evoluon des empéraures néreures des deux cellules pour : (a) Sepembre (b) Sepembre Fgure 6. 1 : Fenêre vde (IISBa Assembly Wndow) Fgure 6. 2 : Remplssage des fenêres Fgure 6. 3 : Blan des flux sur un nœud Fgure 6. 4 : Flux radafs en consdéran la empéraure du nœud représenan la surface d une paro Fgure 6. 5 : Exemple de couplage Fgure 6. 6 : Flux échangés à la surface d une paro Fgure 6. 7 : Les lens enre les dfférens ouls de TRNSYS Fgure 6. 8 : Capacé hermque massque en foncon de la empéraure ulsée dans le Type Fgure 6. 9 : Condons aux lmes du problème Fgure : Srucure des paros Fgure : Ulsaon d IISBa pour smuler une cellule sans MCP. Lens enre les dfférens Types Fgure : Comparason enre la smulaon e la mesure pour la cellule-es sans MCP pendan 10 jours de sepembre Fgure : Ensolellemen côé sud dédu des mesures d ensolellemen horzonal global Fgure : Ulsaon d IISBa. Lens enre les dfférens Types Fgure : Comparason enre la smulaon numérque e la mesure pour la cellule-es avec MCP pour les premers quare jours de sepembre Fgure 6. 16(a): Evoluon des empéraures calculées par smulaon numérque. Comparason avec e sans pon hermque Fgure 6.16(b) : Ecar de empéraure enre la smulaon e l expérence.193 Fgure : Coupe d une paro en béon solée de l néreur Fgure : Evoluon des empéraures calculées par smulaon numérque. Comparason des cellules ess e d une cellule ayan des murs en béon. Isolaon par l néreur Fgure : Coupe d une paro en béon solée de l exéreur Fgure : Evoluon des empéraures calculées par smulaon numérque. Comparason des cellules ess e d une cellule ayan des murs en béon. Isolaon par l exéreur Fgure : Comparason de l évoluon des empéraures néreures pour 4 ypes de cellules Fgure : Influence de l épasseur sur l évoluon des empéraures néreures d une cellule avec paro à MCP XII

17 Lse des ableaux Tableau 1.1 : Avanages e nconvénens comparés des dfférens changemens d'éa : Tableau 1.2 : Comparason enre dfférens mleux de sockage de l énerge (Energe sockée =10 6 kj = 300 kwh; T=15K) Tableau 1.3 : Dfférens hydraes salns Tableau 1.4 : Exemples de propréés physques de paraffnes Tableau 1.5 : Tempéraure de fuson e chaleur laene de quelques acdes gras Tableau 1.6 : Quelques propréés physques de cerans composés organques non paraffnques Tableau 1.7 : Une lse de quelques Euecques Tableau 1.8 : Les propréés hermo physques des MCP ulsés dans les applcaons de conservaon de l énerge dans les serres Tableau 1.9 : Données echnques de l expérence de A. Kürklü Tableau 1.10 : Applcaons poenelles de sockage de l énerge hermque par les maéraux à changemen de phase Tableau 1.11 : Le sockage durne d une paron néreure d une closon MCP où la empéraure es la empéraure moyenne de la chambre Tableau 1.12 : Méhodes d ncorporaon des MCP. Essas de Hawes e al Tableau 1.13 : Comparason d une paro à MCP avec les valeurs caracérsques du béon e du placoplâre Tableau 1.14 : Propréés physques d une closon mesurées par Oak Rdge Naonal Laboraory : Tableau 1.15 : Dfférenes caracérsques de combnason gypse MCP Tableau 1.16 : Absorpon du MCP en foncon du maérau de la closon Tableau 1.17 : Exemples de MCP ncorporés au béon Tableau 1.18 : Combnason de Béon-MCP : Tableau 3. 1 : Résulas de la granulomére des parcules de MCP : Tableau 3. 2 : Caracérsaon des maéraux : Tableau 4. 1 : Comparason des valeurs de la empéraure e écar enre méhode numérque e méhode analyque Tableau 4. 2: Les propréés physques des maéraux ulsés Tableau 4. 3: Propréés physques du mélange plâre/ MCP Tableau 4. 4: Evoluon de T max e T mn en foncon de l épasseur d une paro en plâre Tableau 4. 5: Evoluon de T max e T mn en foncon de l épasseur d une paro en polysyrène Tableau 4. 6: Evoluon de T max e T mn en foncon d une paro en plâre/ MCP Tableau 4. 7: Evoluon de T max e T mn en foncon de l épasseur d une paro en plâre/ MCP avec C P varable Tableau 4. 8: Varaon des empéraures maxmales e mnmales sur la surface néreure en foncon de la concenraon Tableau 4. 9: Varaon des empéraures maxmales e mnmales sur la surface néreure d une paro de 6 cm d épasseur en foncon de la concenraon Tableau 4. 10: Les valeurs mesurées de la conducvé hermque comparées à celles données par le fabrcan : Tableau 4. 11: Les valeurs maxmales e mnmales de la surface néreure pour des paros en polycarbonae, en plâre e en mélange XIII

18 Tableau 4. 12: Comparason de paros ayan des srucures dfférenes : empéraures néreure maxmale e mnmale, écar enre empéraures néreures maxmale e mnmale, durées de paler de fuson/ soldfcaon Tableau 5. 1 : Caracérsques connues de polyéhylène glycol (PEG) 600 : Tableau 5. 2 : Blan hermque sur une journée de la cellule MCP : Tableau 5. 3 : Blan hermque sur une journée de la cellule sans MCP : Tableau 5. 4 : Ecars de empéraure moyens pour une cellule à paros sans MCP e une cellule avec MCP Tableau 6. 1 : Les propréés physques des maéraux de srucure des cellules es avec e sans MCP Tableau 6. 2 : Influence de l épasseur sur la empéraure XIV

19 NOMENCLATURE Caracères lans a consane - a Dffusvé hermque [m 2. s -1 ] A Surface perpendculare à la drecon consdérée [m 2 ] A f Surface de cadre [m 2 ] A g Surface de vrage [m 2 ] A w, Surface d échange enre la paro e l amosphère néreure [m 2 ] b consane c consane C Capacé hermque du volume V ; C = ρ C p V [J.K -1 ] C p Capacé hermque massque à presson consane [J.kg -1. K -1 ] C pe Capacé hermque massque équvalene [J.kg -1. K -1 ] ' C pe Capacé hermque massque apparene [J.kg -1.K -1 ] C pm Capacé hermque massque à presson consane de MCP [J.kg -1.K -1 ] C v Concenraon volumque d Consane D op Epasseur opmale [m] e Epasseur [m] E so Quané ule maxmale de l énerge sockée pendan la nu par uné de surface [kj.m -2 ] f s Fracon solde dans régon dphasque - g Accéléraon gravaonnelle [m.s -2 ] G Conducance hermque [W.K -1 ] h Enhalpe massque [ J.kg -1 ] h e Coeffcen d échange convecf exéreur [ W.m -2. C -1 ] h Coeffcen d échange convecf néreur [ W.m -2. C -1 ] h m Enhalpe massque moyenne [J.kg -1 ] h o Enhalpe massque à la empéraure de référence [ J.kg -1 ] l Haueur de lqude conenu dans le capllare [m] L, L F Chaleur laene, de fuson [J.kg -1 ] m Masse [kg] M Défn par l équaon (2.16) n normal P Presson [ Pa ] q () Densé de flux absorbé [W.m -2 ]. a Q Quané de chaleur [J]. Q Pussance hermque [W] ou [kj.h -1 ]. Q r, a,. Q r, a, e Flux radaf absorbé par la surface néreure (gans radafs e solare) [W] Flux radaf absorbé par la surface exéreure (gans solares) r Rayon [m] R Réssance hermque [m 2.K.W -1 ] S Source volumque de chaleur [W.m -3 ] S 1 Energe sockée (calculée à parr de l négrale des flux) [J] [W] XV

20 S 2 Energe désockée (calculée à parr de l négral des flux) [J] Temps [s] d Temps de charge [s] n Temps de décharge [s] sor Durée de cycle hermque de sockage [s] T Tempéraure [K, C] T ar Tempéraure de l amosphère de la zone éudée [K, C] T c Tempéraure crque [K, C] T d Tempéraure durne [K, C] T,j,k Tempéraure au nœud,j,k [K, C] T Tempéraure au nœud e au emps [K, C] T Tempéraure au nœud e au emps + [K, C] T m Tempéraure moyenne [K, C] T m, op Tempéraure opmale de changemen de phase [K, C] T MCP Tempéraure de la paro à MCP [K, C] T o Tempéraure de référence [K, C] T n Tempéraure nocurne de la pèce [K, C] T r Tempéraure moyenne de la pèce [K, C] T venlaon Tempéraure de soufflage. [K, C] T w, Tempéraure de paro. [K, C] T zone, Tempéraure d une zone adjacene à la zone [K, C] U Energe nerne [J] U Coeffcen d échange global [W.m -2.K -1 ] v Volume spécfque [m 3. kg -1 ] v n Vesse de l nerface [m.s -1 ] V Volume [m 3 ]. V cp lg Déb volumque de l ar provenan de la zone adjacen à la zone [m 3.s -1 ]. V nf Déb volumque de l ar nflré [m 3.s -1 ] V. ven Déb volumque de la source de venlaon [m 3.s -1 ] w Pulsaon [ s -1 ] x,y,z Coordonnées [ m ] Caracères grecs γ Tenson surfacque [N.m -1 ] h f Chaleur laene (chaleur de fuson /soldfcaon) [J.kg -1 ] Inervalle de emps [s] T Inervalle de empéraure [K, C] V Volume assocé au noeud [m 3 ] x Inervalle de dsance [m] λ Conducvé hermque [W.m -1. C -1 ] λ e Conducvé hermque équvalene [W m -1. C -1 ] λ M Conducvé hermque de MCP [W.m -1. C -1 ] µ Vscosé dynamque [Pa.s] XVI

21 ρ Masse volumque [kg.m -3 ] ρ e Masse volumque équvalene [kg.m -3 ] ρ M Masse volumque de MCP [kg.m -3 ] ϕ e Densé de flux exéreur [W.m -2 ] ϕ Densé de flux néreur [W.m -2] τ Pérode [s] ψ Déphasage - Indces c crque e exéreur f fnal F fuson nal, néreur L lqude m moyenne max maxmal mn mnmal pe la surface exéreure de la paro p la surface néreure de la paro S Solde ss Subsra XVII

22 Inroducon Un des défs majeurs auquel es confronée nore socéé es la geson de nos ressources naurelles sans provoquer leur épusemen e sans modfer l envronnemen de la planèe. En parculer, la producon d énerge s effecue prncpalemen par prélèvemen de combusbles sur des gsemens de alle lmée don on peu crandre l épusemen. D aure par, la producon e la consommaon d énerge conrbuen à la modfcaon de l équlbre hermque à la surface de la erre en produsan des gaz à effe de serre auxquels on arbue le réchauffemen acuel de la planèe. A cee polluon hermque ven égalemen s ajouer une polluon physque ou chmque par les déches. La réducon de la consommaon rese le moyen le plus effcace non seulemen pour économser l énerge mas auss pour rédure la polluon. Cependan, les socéés conemporanes exgen un nveau d hygène e de confor qu nécesse une consommaon e une producon d énerge mporanes. Une des voes qu es explorée consse à rechercher e à ulser de nouvelles echnologes sobres e propres, qu ne condusen n à l épusemen des ressources n à la modfcaon de l envronnemen e permeen un développemen durable. Le seceur du bâmen (ensemble du résdenel e du erare) es devenu en l an 2000, à égalé avec le seceur ndusrel, le premer consommaeur d énerge avec 28 % de la consommaon mondale oale e, conraremen au seceur ndusrel, cee proporon connue de croîre. En France, cee proporon es de 45,8 % e le seceur du bâmen es le premer consommaeur d énerge. Une grande pare de cee consommaon proven des sysèmes de chauffage e de clmasaon qu assuren une empéraure néreure compable avec les condons de confor. En France, avec 70 %, le chauffage rese le premer pose de consommaon dans les logemens. C'es pourquo, quelles que soen la naure e l'effcacé des sysèmes de chauffage, la melleure façon de dmnuer les besons énergéques d'un bâmen demeure la réducon des peres e par conséquen l'améloraon de l'solaon hermque des paros. De plus, l exse une demande de plus en plus fore pour le confor d éé mse en exergue par la cancule de l éé Pour répondre à cee nouvelle exgence, la clmasaon n es pas la soluon déale car elle accroî encore la consommaon énergéque e nécesse une manenance rgoureuse pour assurer la qualé de l ar. L enveloppe des bâmens radonnels es resée pendan rès longemps un moyen passf permean d une par de lmer les peres ou les appors hermques d aure par, d assurer une cerane clmasaon de par son nere hermque. En effe, l énerge hermque sockée dans les murs pendan les pérodes chaudes es resuée pendan les pérodes frodes. Dans les bâmens acuels, en parculer dans le domane erare, on s efforce de dmnuer l épasseur des paros pour dmnuer les coûs ou en respecan les normes pour lmer les peres hermques. Cependan, de elles srucures ne permeen pas d avor une nere hermque suffsane capable d amorr les flucuaons de la empéraure exéreure. Une des façons de dmnuer les besons énergéques d'un bâmen es donc la concepon d'une enveloppe économe en énerge, lman les déperdons e récupéran au maxmum les appors passfs. Pour aendre ces objecfs, l exse un ceran nombre de prncpes de base don les plus mporans son l'solaon e l'nere hermque ans que l'ulsaon des appors solares. En ce qu concerne l'solaon hermque, de nouveaux composans permeen d'envsager la réalsaon d'un sau echnologque avec la dmnuon d'un faceur 7 ou 8 de la conducvé 1

23 hermque par rappor aux solans acuels pour aendre une valeur de 5 mw/m.k. Ils son appelés les super-solans. En ce qu concerne l nere hermque, l ulsaon de Maéraux à Changemen de Phase (MCP) dans les paros elles-mêmes perme de subsuer au sockage par chaleur sensble un sockage par chaleur laene qu nécesse un volume e une masse ben mondres pour la même quané d énerge hermque. Enfn, concernan l ulsaon des appors solares, l énerge ransmse à ravers les vrages sera auss sockée par le MCP e resuée en cas de beson. L objecf de cee hèse es donc de concevor, de eser e de modélser des paros obéssan aux quare prncpes énoncés plus hau : Concepon e réalsaon d une paro légère économe en énerge en ulsan des panneaux en maéraux bon marché dsponbles commercalemen, solaon renforcée par l ulsaon de super-solans d épasseur rès fable, nere hermque par l ulsaon de MCP qu permeen égalemen de profer des appors solares. La paro réalsée, esée e modélsée sera donc une paro assocan un panneau de fable coû, un maérau à changemen de phase e un super-solan. De plus, ce ype de paros sera ulsé dans des cellules smulan une habaon soumse aux condons clmaques pour eser leur comporemen en suaon réelle. Enfn, le comporemen hermque de ces cellules sera modélsé. Les panneaux ulsés pour former les paros légères son des panneaux du commerce consués d un maérau e ayan une épasseur compable avec les objecfs recherchés. Les super-solans on égalemen éé rouvés chez un fabrcan spécalsé. Ces deux ypes de composan n on donc pas nécessé de raval de recherche à propremen parler. Les MCP e leur négraon dans les paros on par conre exgé des éudes approfondes. En effe, les maéraux à changemen de phase qu on fa l'obje de rès nombreuses éudes à la fn des années 70 e au débu des années 80 pour développer des sysèmes de sockage de l'énerge solare offren aujourd'hu de nouvelles poenalés avec leur négraon dans les composans d'enveloppe, à cause en parculer des évoluons echnologques dans les procédés de condonnemen. Le mémore es dvsé en sx chapres : Le premer chapre es consacré à une analyse bblographque dans laquelle on classe les dfférens maéraux à changemen de phase en foncon de leurs propréés e des objecfs à aendre. On présene égalemen leurs applcaons en nssan sur celles concernan le bâmen. Dans le deuxème chapre, on présene les méhodes héorques permean de calculer les empéraures à l néreur des paros ans que les flux ransférés. Ce son essenellemen les méhodes de résoluon de l équaon de conducon de la chaleur dans un maérau qu change d éa. Ces méhodes son ensue éendues à l ensemble d un bâmen. Les équaons nécessan la connassance des propréés physques, la déermnaon de ces dernères so par le calcul so par l expérence es égalemen présenée. Le chapre ros décr le dsposf expérmenal ulsé pour caracérser les paros. Les essas son égalemen décrs e les résulas obenus on perms de chosr un ype de paro correspondan à nos besons. Le chapre quare présene la modélsaon des paros e la smulaon numérque assocée. Le logcel de conducon «Heang» es ulsé avec les condons aux lmes des expérences 2

24 décres au chapre précéden. L accord obenu enre résulas expérmenaux e résulas de smulaon numérque es sasfasan. Dans le chapre cnq es décr la réalsaon de deux cellules ess, l une ayan des paros avec solaon, l aure ayan des paros couplan MCP e super-solan. Ces cellules de 1 m 3 envron son placées à l exéreur depus l éé 2003 e les empéraures (néreures, exéreures, paros) e les flux on éé mesurés en foncon du emps. Le chapre sx présene la smulaon numérque du comporemen hermque de ces cellules à l ade du logcel TRNSYS. Ce logcel n a pu êre ulsé qu en nrodusan un sousprogramme décrvan le comporemen d une paro à MCP. Les condons clmaques réelles on éé ulsées comme condons aux lmes e les résulas de la smulaon on éé comparés aux résulas expérmenaux décrs au chapre précéden e dscués. Enfn nous concluons en synhésan nos résulas e en ndquan quelques drecons de recherche fuure. 3

25 Chapre 1 Généralés sur les Maéraux à Changemen de Phase. Applcaon au Bâmen. 4

26 1. 1 Inroducon Le sockage es un moyen prvlégé pour une geson opmale de l énerge hermque. Il perme en effe d adaper la producon aux besons e de créer les condons les plus favorables à cee geson en réalsan une relaon consane enre l énerge demandée e l énerge fourne. De plus, dans le bâmen, l peu conrbuer effcacemen à amélorer le confor des occupans quand l es nsallé dans l enveloppe (nere des murs, dalles.). Parm les applcaons usuelles on peu cer: la geson de l'énerge hermque produe dans les nsallaons ndusrelles. On réalse des sysèmes qu récupèren la chaleur perdue pendan la durée de fonconnemen de l'nsallaon pour l'ulser au momen e à l'endro où on en a beson. la geson de l'élecrcé produe pendan les heures creuses. L énerge élecrque produe pendan les heures creuses peu êre ransformée en énerge hermque pour almener les bâmens ou les nsallaons ndusrelles pendan les heures de pones où le beson d énerge peu dépasser les capacés de producon des cenrales. la geson de l'énerge frgorfque. Le sockage de l'énerge e en parculer le sockage par la chaleur laene perme une réelle geson de l énerge frgorfque en foncon des besons. En effe, en frod ndusrel e en clmasaon, le procédé de producon ne perme pas de grands écars de la empéraure d exploaon, c es ce qu rend quas-mpossble l ulsaon d'un sockage par chaleur sensble. L énerge dsponble es ulsée pour charger un sockage e l énerge sockée sera ulsée dans les nsallaons lors de pones de consommaon, quand la pussance appelée es supéreure à la pussance de la cenrale comme dans le cas de la geson de l'énerge élecrque. les sysèmes solares passfs Parm les problèmes praques qu concernen les sysèmes à énerge solare, c es le beson d un moyen effcace, avec lequel on peu socker la chaleur pendan un jour ensolellé pour l ulser pendan la nu ou dans une aure pérode. le refrodssemen des crcus élecronques Le fonconnemen en ransore des crcus élecronques nécesse généralemen des pussances de refrodssemen ben supéreures aux pussances nomnales qu condusen à surdmensonner les crcus, leurs almenaons e leur sysème de refrodssemen. L'ulsaon d'un sockage d'énerge assocé à ces crcus perme de fare face aux appels ransores de pussance sans ce surdmensonnemen. la geson du confor hermque dans les bâmens Le confor hermque es foncon non seulemen de la empéraure e de l'humdé de l'ar amban mas encore des empéraures des paros. C'es une des rasons pour laquelle dans ce cas le sockage par chaleur laene es aracf. Cee applcaon fa pare de la présene éude e sera donc décre plus lon. Il y a deux echnques prncpales de Sockage Thermque : Le sockage par la chaleur sensble (Sockage Thermque Sensble, STS) dans lequel la empéraure des maéraux de sockage vare avec la quané d énerge sockée. Le sockage par la chaleur laene (Sockage Thermque Laene, STL) qu ulse l énerge emmagasnée ou resuée lorsqu un corps change d éa (solde, lqude, gaz). Pour avor des ordres de grandeur, le sockage par la chaleur sensble sera décr succncemen pus on donnera quelques généralés sur le sockage par la chaleur laene. 5

27 1. 2 Le Sockage par chaleur sensble Généralés Dans le sockage par chaleur sensble, l énerge hermque ransférée fa varer la empéraure du maérau (fgure 1.1, zone sensble). S h es l enhalpe massque du maérau, la varaon de la quané de chaleur Q échangée par le maérau lorsqu'l passe d'un éa nal noé avec l'ndce à un éa fnal noé avec l'ndce f es : Où : m es la masse du maérau [kg], h es l enhalpe massque nale [J kg -1 ], h f es l enhalpe massque fnale [J kg -1 ]. Q = m (h f h ) [J] (1.1) S la capacé hermque massque du maérau c p (ou chaleur spécfque massque, J kg -1 K -1 ) es consane, l'expresson de l'enhalpe massque perme d'écrre: Q = m C p (T f T ) [J] (1.2) Où T es la empéraure nale [K], T f es la empéraure fnale [K]. Il es donc ule d ulser des maéraux à fore capacé hermque qu emmagasneron un maxmum d'énerge. Mas ces maéraux doven avor d aures propréés comme une sablé à long erme lors des cyclages hermques, la compablé avec le récpen de sockage e égalemen un coû rasonnable. Tempéraure T Sensble Laene Sensble T f T F T Solde Lqude Fuson Soldfcaon Energe hermque Q Fgure 1.1: Evoluon de la empéraure d un corps pur homogène avec changemen d éa. 6

28 Le classemen du ype de sockage par chaleur sensble dépend du mleu de sockage, en parculer de son éa physque. On défnra ans: le sockage par un flude (l eau, l hule, des sels fondus). le sockage par un solde (perre, méaux, ) Le sockage de chaleur sensble par un flude Le sockage par l eau a- Avanages de l eau L eau es le melleur mleu pour le sockage aux fables empéraures. Elle a la capacé hermque massque la plus grande par rappor aux aures corps (4 185 J kg -1 K -1 à 20 C). Ans, pour une varaon de empéraure de 60 C, l eau peu socker 250 kj/kg ou kj/m 3. De plus, l'eau n es pas chère e faclemen dsponble. Cependan, à cause de sa grande presson de vapeur, pour les applcaons à haue empéraure, elle demande une solaon coûeuse e un réservor de sockage qu résse aux fores pressons. L eau es ulsable non seulemen comme mleu de sockage mas auss comme mleu de ranspor de l énerge. Acuellemen, l eau chaude es le veceur le plus ulsé dans les sysèmes d applcaons de l énerge solare. Elle es ulsable dans un domane de empéraures allan de 25 à 90 C. b- Les dfférenes formes de sockage Le réservor : Il y a peu de problème de compablé enre l'eau e le maérau des réservors. Il y a de nombreux maéraux ulsables comme l acer, l alumnum, le béon, la fbre de verre e le chox dépend de l'applcaon. Pour l solaon, on ulse généralemen la lane de verre, la lane mnérale ou le polyuréhane. Les nappes aqufères naurelles en sous sol : Les aqufères naurelles en sous-sol son les soluons les melleures pour les sockages mporans e/ou sur une longue pérode. Leur alle peu êre de mlle jusqu à des mllons de mères cubes. Par exemple, 10 5 m 3 d aqufères peuven socker 3 MJ de chaleur par 10 K de dfférence de empéraure. Par voe de conséquence, leur grande alle les rend non ulsables pour les pees charges (comme les masons d habaon). Le sockage par l eau salé : Les bassns solares présenen une façon smple e économque de sockage d une grande quané d énerge solare à des fables nveaux de empéraures (50-90 C). Ils on un poenel mporan pour les applcaons de chauffage e de refrodssemen, pour récupérer e fournr la chaleur dans les processus ndusrels ans que pour la généraon de l élecrcé Le sockage par les aures fludes a- Les fludes usuels Les lqudes aures que l eau ulsés pour le sockage par chaleur sensble son généralemen des hules organques ou des sels fondus. Leurs capacés hermques massques son de l ordre de 25 à 40 % de celle de l eau. 7

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