lundi 12 septembre à 9h30 – Thèse de Yolaine Adihou

L’évolution des réseaux thermiques vers les basses températures se justifie par l’objectif de réduction des pertes thermiques, la valorisation de sources d’Énergies Renouvelables et de Récupération (EnR&R) basse température et l’amélioration des unités de production de chaleur centralisées. Toutefois, la température de ces réseaux doit être en adéquation avec les besoins thermiques du territoire. Le dimensionnement de ces différentes technologies nécessite alors une approche systémique de modélisation et de simulation afin d’accompagner les industriels dans l’intégration d’énergies renouvelables et dans l’amélioration des performances de leurs réseaux.

L’exergie (soit le travail maximal, au sens thermodynamique, qu’il est possible d’extraire d’une quantité d’énergie par rapport à un environnement de référence) permet de définir la qualité de l’énergie et d’analyser sur une base commune les performances des systèmes énergétiques. Ainsi, le canton de Genève a défini le rendement exergétique comme critère pour l’utilisation rationnelle de l’énergie dans sa loi. Cependant, outre l’abstraction de la notion, son intérêt est parfois difficilement perceptible pour les industriels car l’analyse exergétique permet de localiser les pertes sans pour autant expliciter leur origine. Cela limite la prise de décision pour agir sur les composants inefficaces. Par ailleurs, l’exergie est rarement utilisée comme critère unique de dimensionnement des composants du réseau.

La thèse vise à développer une méthodologie de modélisation et d’optimisation exergétique des réseaux thermiques basse température en accord avec les réalités industrielles. Pour ce faire, des formulations génériques et explicites sont développées pour simplifier le calcul des pertes exergétiques générées par les composants du réseau. Ces formulations tiennent compte des paramètres de design et d’opération sur lesquels l’industriel peut agir. Elles sont intégrées dans le logiciel ADVENS qui simule le comportement thermo-hydraulique des réseaux thermiques. Enfin, un processus d’optimisation exergétique du niveau de température est implémenté pour déterminer les configurations optimales d’opération des unités de production centralisées et/ou décentralisées.

Pour appliquer et valider la méthodologie, deux partenaires industriels sont sollicités : Groupe E SA et SCDC ENGIE Solutions. En effet, le Laboratoire Thermique et Énergétique (LTE) étudie, dans le cadre du Smart Living Lab, un concept original de réseaux thermiques à basse/moyenne température, qui fonctionne avec une centrale de régulation capable d’intégrer et de gérer différentes sources d’énergies renouvelables (solaire thermique, géothermie…). L’outil d’aide à la décision doit fournir des recommandations au partenaire industriel Groupe E SA quant à la conception optimale du réseau thermique basse température du quartier blueFACTORY (Fribourg, Suisse), sur la base exergétique.

Enfin, le Laboratoire procédés énergie bâtiments (LOCIE) étudie un concept de réseaux thermiques avec une production simultanée de chaud et de froid en partenariat avec l’industriel SCDC ENGIE Solutions. L’outil d’aide à la décision doit démontrer de la viabilité exergétique du concept pour le quartier de la Cassine (Chambéry, France).

Cette thèse est réalisée dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire Thermique et Énergétique (LTE) de la Haute école d’ingénierie et d’architecture de Fribourg et le Laboratoire procédés énergie bâtiments (LOCIE) de l’Université Savoie Mont-Blanc.