Conception et développement d’un processus innovant pour l’intensification des transferts de chaleur et de masse dans un adsorbeur de machine frigorifique à adsorption et intégration des prototypes expérimentaux dans une plateforme d'émulation de la Grande Région

Design and development of an innovative process for the intensification of heat and mass transfer in an adsorber of an adsorption refrigeration machine and integration of the experimental prototypes in an emulation platform of the Greater Region

• Auteur / Autrice : Allaoua Soudani
• Direction : Riad Benelmir, Damien Descieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 11/01/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Frank Scholzen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Riad Benelmir, Damien Descieux, Philippe André, Mohammed Lachi, Fadila Maroteaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frank Scholzen, Philippe André

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypes

Essais (technologie)

Adsorption

Transfert de chaleur

Transfert de masse

Réfrigération et appareils frigorifiques

Mots clés libres

Adsorption

Cinétique

Adsorbeur

Émulation

Plateforme

Adsorption

Kinetic

Adsorber

Emulation

Platform

Résumé

Le dérèglement climatique auquel nous assistons nous oblige à repenser nos unités de production d’énergie. En 2050 le besoin en froid dans le monde engloutira 37% de la production mondiale d’électricité et ajoutera plus de 2 milliards de tonnes de CO₂ par an dans l’atmosphère. Les machines frigorifiques à adsorption sont une alternative avec un grand potentiel mais la technologie de l’adsorption est encore mal comprise. Cette thèse apporte une nouvelle approche par l’analyse fréquentielle des dynamiques de transfert de chaleur et de masse au sein du matériau d’un adsorbeur et pose les premiers éléments de construction d’un modèle numérique du phénomène d’adsorption dans un grain de silica gel. La construction d’un banc prototype pour les tests des futurs adsorbeurs a permis d’identifier les problèmes complexes lors des couplages entre adsorbeur, évaporateur et condenseur. L’intégration par émulation d’une machine prototype dans le réseau de la grande région RCC|Kn a contribué à approfondir le futur modèle numérique global dans toutes ses dimensions. L’interconnexion des plateformes de la grande région a posé les premiers jalons importants du réseau RCC|Kn. Le test de plus de 60 h a démontré une grande stabilité tant dans les infrastructures matérielles que logicielles. Ce nouveau réseau apporte de nouvelles perspectives dans divers domaines tels que l’analyse des données, l’apprentissage automatique, les centres de données, les jumeaux numériques ou l’intégration de flux de données externes.

The climate change we are witnessing is forcing us to rethink our energy production units. By 2050 the world's need for cooling will consume 37% of the world's electricity production and add more than 2 billion tonnes of CO₂ per year to the atmosphere. Adsorption refrigeration machines are an alternative with great potential but the adsorption technology is still poorly understood. This thesis provides a new approach to the frequency analysis of heat and mass transfer dynamics within the material of an adsorber and lays the foundation for the construction of a numerical model of the adsorption phenomenon in a silica gel grain. The construction of a prototype bench for the testing of future adsorbers has made it possible to identify the complex problems in the coupling between adsorbers, evaporators and condensers. The integration by emulation of a prototype machine in the RCC|Kn large area network has contributed to deepen the future global numerical model in all its dimensions. The interconnection of the platforms of the large region has laid the first important milestones of the RCC|Kn network. The test of more than 60 hours has shown a high stability in both hardware and software infrastructures. This new network opens up new perspectives in various fields such as data analysis, machine learning, data centres, digital twins or the integration of external data streams.