Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS Projet Exploratoire PALEOSTOCK

Transcription

1 Des traitements thermiques de matériaux lithiques du paléolithique destinés à faciliter leur taille, aux prétraitements adaptés à leur usage en stockage thermique haute température.

2 Contexte «Stockage» ANDASOL Sevilla Spain MWe 7h.5 TES t Sun x C 50 MWe Sun x C MWe GEMASOLAR Granada Spain MWe 15h TES 2050 : 10% de l électricité mondiale, besoin de 9 à 21 Mt/an de TESM

3 Contexte «Stockage» 133 Mm 3 déchets 417 km² surface polluée > 100 usines abandonnées (P. Marr 2007) German chemical process For gun powder actuel 0.8 Mt Alternatives : Matériaux recyclés (déchets inertés) Matériaux naturels (roches) CSP en 2015 : 10% 9 à 21 Mt/an de besoins en TESM!!!

4 Contexte «Stockage-Paléolithique» Matériaux naturels Traitement thermique

5 Contexte «Paléolithique» Pyrotechnologies au Paléolithique: BP BP Sud de l Afrique et Ouest de l Europe Traitements intentionnels de silex au feu pour permettre ou faciliter la taille. parfaite maîtrise des combustibles et foyers ainsi que de la réactivité des roches Observées depuis 1908 mais Techniques employées : Mercieca 2008 Mécanismes en jeu : Schmidt et al Travaux très récents, trop disciplinaires et embryonnaires

6 PARTENAIRES PROMES UPR 8521 Perpignan HNHP UMR 7194 Tautavel Stockage de l énergie Matériaux céramiques énergétiques Thermique, thermophysique, Paléolithique Matériaux lithiques, paléocombustion, CEMHTI UPR 3079 Orléans Structure et réactivité des matériaux, évolution des matériaux sous traitements thermiques, caractérisations, SPE UMR 6134 Combustions : mécanismes, modélisations, expérimentations, caractérisations,

7 OBJECTIFS Des traitements thermiques de matériaux lithiques du paléolithique destinés à faciliter leur taille, aux prétraitements adaptés à leur usage en stockage thermique haute température. Premier objectif : amorcer la collaboration effective des 4 laboratoires CNRS créer une communauté de recherche pluridisciplinaire complémentaire Première année destinée à établir les bases indispensables à la conception d un projet de recherche à venir plus approfondi (type DEFI-fédérateur ou ANR). Deux objectifs principaux : (1) compréhension et validation des techniques de traitement thermique des matériaux lithiques du paléolithique destinées à faciliter leur taille, (2) exploitation des roches en tant que matériaux de stockage haute température dans les procédés solaires thermodynamiques à concentration.

8 VERROUS A LEVER (1) manque de données structurales et thermophysiques en T des matériaux lithiques (ML), (2) manque de corrélation entre les ML traités découverts et les connaissances des foyers et essences utilisés, (3) mauvaise définition actuelle des protocoles et conditions de traitements des ML au paléolithique et leur besoin indispensable aujourd hui pour le stockage HT,

9 VERROUS A LEVER (4) manque d outils de modélisation intégrant les conditions réelles de traitement (mécanismes, atmosphères, propriétés dynamiques, ) nécessaires à la validation des protocoles hypothétiques du paléolithique et à la conception de protocoles potentiels pour les matériaux de stockage HT, (5) manque d expérimentations instrumentées en conditions réelles et contrôlées dans les deux cas. Projet exploratoire : poser les bases préliminaires des travaux nécessaires à la levée de chacun de ces verrous par un travail concerté permettant de tenir compte de l ensemble des apports disciplinaires.

10 PERSPECTIVES Perspectives : (1) Communauté interdisciplinaire complétée, (2) Préparation Programme interdisciplinaire 3-4 ans, (3) Développement de la thématique des pyro-technologies Paléolithiques, (4) Développement du stockage thermique haute température sur matériaux naturels.

11 structuration et avancement T1 identifier 4 ou 5 typologies de matériaux lithiques représentatifs du sujet et approvisionner un échantillonnage, T2 définir les propriétés structurales et thermophysiques à caractériser en température, commencer à caractériser les échantillons de (T1) dès que disponibles, T3 compléter les bibliographies concernant les ML traités et les foyers, engager l étude synoptique, T4 sur la base des foyers et essences concernés, définir des expérimentations (instrumentation, protocoles de traitement de ML), T5 sur les mêmes bases qu en (T4), définir les principes de modélisation adaptés, T6 étudier dans le principe, la transposition des traitements des ML aux prétraitements propres aux stockages thermiques, Les résultats de ces différentes tâches doivent pouvoir servir de base préliminaire crédible pour un projet de plus grande envergure (type DEFI-fédérateur ou ANR).

12 matériaux lithiques sélectionnés Paléo Sélection, échantillonnage, répartition, caractérisations (1) silex miocène de Narbonne Sigean (2) silex lutetien de St Martin de Londres (3) silex en galet (bédoulien) des Costières du Gard (4) silex oligocène de Forcalquier (5) silex barrémien de Chateauneuf du Pape Selon : leur nature, leurs propriétés reconnues, leurs usages et importances scientifiques Juillet 2013 : Sélections et échantillonnage Septembre 2013 : Partage entre labos

13 matériaux lithiques sélectionnés CSP Programme CSP for Africa EUROSUNMED ( ) Egypte, Maroc, Algérie quartzite, granite, basalte

14 caractérisations en cours Microscopies Calorimétrie en T, DSC DRX en T Dilatométrie Conductivité thermique en T Propriétés optiques en T Identification et étude des mécanismes Acquisition des données thermophysiques et structurales en T pour modélisations Thermomécanique (module d Young en T) : GEMH Limoges

15 caractérisations en cours Diffraction des rayons X à température ambiante Silex essentiellement composé de quartz α quelques soit leur provenance Faible présence de Moganite et de calcite (surface extérieur du silex)

16 caractérisations en cours Diffraction des rayons X en T Silex Salinelles Pas de modification lors du chauffage (1000 C) Transitions allotropiques Formation de cristobalite au refroidissement

17 Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS caractérisations en cours Etude en température par spectroscopie d émission infrarouge d un Silex (Salinelles) Trois cycles de chauffage C y c le 1 (3 7 3 K ) C y c le 1 (4 8 4 K ) C y c le 1 (5 9 5 K ) C y c le 1 (6 9 4 K ) C y c le 3 (3 9 7 K ) C y c le 3 (4 8 7 K ) C y c le 3 (6 1 0 K ) C y c le 3 (7 0 1 K ) (c m -1 ) (c m -1 ) C y c le 2 (3 6 9 K ) C y c le 2 (4 8 5 K ) C y c le 2 (5 9 7 K ) C y c le 2 (7 0 1 K ) Stable en température et sur 3 cycles de chauffage jusqu à 700K. Silice (bas nombres d ondes) : Structure en faible évolution (c m -1 )

18 Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS caractérisations en cours Transformation de silanole (SiOH) en nouvelles liaisons Si-O-Si entre 200 et 350 C T 590 K C y c le 1 C y c le 2 C y c le 3 C y c le (c m -1 ) seule évolution notable : désorption des OH avec les cycles (bande autour de 3000 cm -1 )

19 combustion, traitements Recensement des types de combustibles : ligno cellulosiques, ossements, charbon Conditions de combustion : climat, sous sol, disponibilité combustible, Typologies de foyers : ouverts, fermés, aménagés Techniques de chauffe : sous foyer, sous protection thermique, directes Conséquences : niveaux de T, puissances de chauffe, durées, atmosphères, Tout ceci variable dans l espace (Afrique du Sud, Chine Europe de l Ouest) Et dans le temps de BP à BP.

20 Écart de Température Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS modélisations en cours Propriétés Conditions Interactions 1 0,9 0,8 0,7 DT/DTo 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, temps (s)

21 conclusions et perspectives Communauté pluridisciplinaire formée et en partie complétée, Bibliographies rassemblées et partagées (synthèses en cours), Sélection et échantillonnage des matériaux effectués, Caractérisations (longues) en cours, Etudes mécanistiques et modélisations en cours, Chantier de fouille et d expérimentation à Tautavel (été 2014) Traitement des matériaux naturels pour le stockage HT

22 Merci de votre attention