Évaluation thermo-énergétique d’un stockage actif à matériaux à changement de phase intégrant une modélisation adimensionnée

L’étude s’inscrit dans le cadre de la transition énergétique, où l’amélioration du pilotage thermique des bâtiments constitue un enjeu majeur. Les matériaux à changement de phase (MCP), capables de stocker et de restituer de la chaleur latente à température quasi constante, représentent une solution prometteuse pour le stockage thermique à basse température (0-100 degC). Leur intégration dans des systèmes fonctionnant selon un cycle journalier impose toutefois une analyse précise des charges thermiques et des transferts associés afin d’assurer une exploitation optimale. L’objectif principal est de concevoir, modéliser et valider un système actif de stockage thermique utilisant un réseau d’échangeurs de chaleur intégrés dans un réservoir contenant de la paraffine, MCP de référence pour les températures modérées. Le travail vise à caractériser les mécanismes de charge/décharge, à évaluer les performances sous sollicitations dynamiques et à identifier les paramètres influents sur l’efficacité énergétique du dispositif. L’approche combine simulation numérique et expérimentation afin d’obtenir une compréhension complète et cohérente du comportement thermo-physique du MCP en conditions réelles de fonctionnement. Les hypothèses structurantes concernent : (i) la modélisation du changement de phase solide-liquide par résolution de l’équation de la chaleur dans le code CFD Notus, avec discrétisation en volumes finis ; (ii) l’application de conditions aux limites de type Robin pour représenter l’interaction avec un fluide caloporteur ; (iii) la possibilité d'étendre l’analyse de la conduction pure à des configurations incluant la convection naturelle ; (iv) l’évaluation paramétrique à l’aide de nombres sans dimension (Fourier, Biot, Stefan) afin de généraliser les résultats ; (v) l’utilisation d’un prototype expérimental instrumenté permettant de comparer les énergies stockées et restituées aux prédictions numériques. L’ensemble constitue une base pour optimiser le dimensionnement et le fonctionnement de systèmes de stockage thermique à MCP.

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