Modélisation et analyse d'une machine à absorption/compression hybride fonctionnant à partir de rejets thermiques basse température

Les applications de réfrigération sont aujourd’hui majoritairement réalisées par des machines à compression alimentées en électricité. Animées à partir d’une source chaude, l’utilisation de machines à absorption permet d’utiliser très peu d’électricité comparée à une machine à compression et d’utiliser des réfrigérants écologiques. Le faible coefficient de performance et le coût élevé de ces machines est compensé par l’utilisation de rejets thermiques industriels destinés à être rejeté dans l’environnement et donc considérés comme gratuits. Le but de cette étude est de modéliser une machine à absorption hybride, utilisant le couple de fluide eau et ammoniac, en y ajoutant un compresseur ou booster dans la zone haute pression du circuit et d’évaluer ses performances. Cette modification crée une pression intermédiaire au désorbeur permettant de diminuer la température des rejets thermiques exploitables. Une température de rejets réutilisable de 50°C, contre 80°C actuellement, ouvrirait alors la voie à de nouvelles sources communes d’énergie. Le logiciel ASPEN Plus de simulation des procédés a été choisi afin de modéliser en régime permanent le système. Le modèle est en partie validé par l’étude expérimentale d’une machine à absorption commerciale de 10kW pour des applications de climatisation. Cette machine est située au Laboratoire des Technologies de l’Énergie d’Hydro-Québec. Ensuite, une étude de design permet de montrer, à puissance de réfrigération constante, les impacts bénéfiques de la technologie hybride sur le rendement exergétique, mais également sur la taille globale des échangeurs nécessaires. La technologie hybride est alors analysée économiquement face à une machine à absorption chauffée au gaz pour montrer sa rentabilité.

Étude du comportement des fluides magnétorhéologiques (MR) en compression-cisaillement simultanée

Les fluides magnétorhéologiques (MR) sont des fluides intelligents dont la viscosité apparente peut être modifiée rapidement (<1ms) par l'application d'un champ magnétique externe. À l'aide de cette caractéristique unique, les embrayages MR permettent de moduler rapidement un couple entre deux surfaces sans contact mécanique direct. De construction simple et robuste, les embrayages MR offrent ainsi un potentiel remarquable d'innovation pour diverses applications robotiques nécessitant un contrôle rapide et une haute fiabilité, comme dans les domaines de l'automobile [10], de l'aéronautique [16] ou de l'interaction humaine [77]. À ce jour, les embrayages MR exploitent le fluide MR strictement en cisaillement pur. Dans de telles conditions, la densité de couple des embrayages est limitée par l'optimisation de la mécanique des embrayages (ex. : poids) [63] et les propriétés fondamentales des fluides MR (ex. : contrainte) [11]. Alors qu'en cisaillement pur, la contrainte des fluides MR est limitée à ∼100 kPa, des études récentes démontrent qu'elle peut être augmentée d'un ordre de grandeur (>1000 kPa) lorsque le fluide MR est soumis à une compression, avant d'être cisaillé [89]. La combinaison de la compression et du cisaillement du fluide MR pourrait ainsi décupler la densité de couple des embrayages MR, mais ce phénomène d'agrégation assistée par compression, aussi appelé squeeze-strengthening ou super-strong} (SS), est toujours très mal compris. Beaucoup d'incertitude persiste quant à l'origine exacte du phénomène [45], des conditions qui le favorisent [55] [75] et des effets qu'il engendre [31]. Dans le but ultime d'augmenter la densité de couple des embrayages MR à l'aide du phénomène SS, le présent projet de recherche vise à étudier le comportement rhéologique des fluides MR dans des conditions de compression et de cisaillement simultané afin d'en comprendre les conditions qui favorisent le phénomène d'augmentation des contraintes. Pour ce faire, un banc d'essai permettant la compression pure, le cisaillement pur et la compression-cisaillement simultanée des fluides MR est conçu et utilisé pour étudier le fluide MR lorsque soumis à des conditions de chargement typique des embrayages MR. Les résultats expérimentaux issus de cette vaste étude expérimentale permettront d'établir un lien direct entre ce phénomène et le celui de filtration, duquel un modèle prédictif sera proposé. À l'aide du modèle théorique, le phénomène SS sera étudié à l'aide de diverses compositions de fluide MR (ex. : concentration, taille des particules, viscosité) et différentes géométries de compression, ce qui permettra de valoriser le modèle pour la conception préliminaire d'embrayages MR qui exploitent le phénomène SS.

Mise en comparaison de deux méthodes d'évaluation environnementale territoriale pour en évaluer les forces, faiblesses et les complémentarités : l'analyse de flux de matières Eurostat et l'analyse de cycle de vie territoriale

La réalisation de l’évaluation environnementale, en France, est encouragée par l’existence de règlements, lois, directives et normes Européennes (notamment la Directive 2001/42/CE du Parlement européen et du Conseil du 27 juin 2001 relative à l'évaluation des incidences de certains plans et programmes sur l'environnement et la Loi n° 2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte). La compréhension du cadre Drivers – Pressures – State – Impacts – Responses permet de replacer les différentes méthodologies dans un cadre conceptuel plus large. Les méthodes d’analyse de flux de matières (Pressures) et d’analyse de cycle de vie (Impacts) sont les deux familles d’évaluation environnementale considérées dans ce travail. C’est plus précisément l’analyse de flux de matières selon Eurostat et l’analyse de cycle de vie territoriale qui ont été appliquées au territoire métropolitain d’Aix-Marseille-Provence. Un état de l’art relevant les études dans lesquelles sont réalisées des analyses de flux de matières a pu montrer que cette famille de méthodes informe sur le métabolisme des territoires à partir de différents types de flux. L’importance des flux indirects et des ressources minérales dans les métabolismes a ainsi été démontrée. Du côté des études analysant les cycles de vie sur les territoires, comme c’est le cas dans l’analyse de cycle de vie territoriale, la distinction faite entre les impacts et dommages, directs ou globaux, permet d’offrir des recommandations ciblées, améliorant la qualité de vie des citoyens. La mise en œuvre de ces deux méthodes sur le territoire métropolitain a mis en évidence l’importance dominante des flux indirects liés aux importations et exportations que génèrent les activités du territoire, elles-mêmes fortement influencées par la présence du port de Marseille-Fos. L’activité pétrochimique, qui caractérise elle aussi la métropole, est une grande consommatrice de combustibles fossiles, ce qui se reflète dans les volumes de flux calculés et leurs impacts associés. Les deux méthodologies s’avèrent complémentaires, chacune ayant ses forces et faiblesses respectives. Pour l’analyse de cycle de vie, la pensée cycle de vie et la prise en compte de la qualité de la matière, d’une part, et la facilité d’application et la marge d’erreur réduite de l’analyse de flux de matières, d’autre part, en plus de leurs résultats complémentaires, justifient un usage hybride pour la prise d’actions ciblées. En effet, la collecte commune des données rend intéressante leur exploitation et l’interprétation croisée de leurs résultats.