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Faculté des Sciences
        Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
                             Site d’Arlon


                       Description du Travail de fin d’études

    Etude et développement de solutions de stockage chimique d’énergie solaire

            Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be




Sous nos latitudes, l’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage des bâtiments
pose un problème fondamental de déphasage significatif entre l’offre d’énergie et
la demande. Pour remédier au problème, des systèmes de stockage doivent être
utilisés. Différentes solutions sont disponibles et, parmi ces procédés, l’utilisation
de réactions chimiques mettant en œuvre des procédés de sorption (absorption,
adsorption, …) sont à l’étude depuis plusieurs années mais sont encore assez
éloignées d’une commercialisation à grande échelle.

En accompagnement d’un projet de recherche en cours et financé par la Région
Wallonne (plan Marshall), ce travail consistera à évaluer des configurations de
procédés de stockage thermochimique au sein d’applications dédiés au chauffage et
à la production d’eau chaude sanitaire. Cette évaluation se fera dans un premier
temps en simulation numérique (logiciel TRNSYS) et, si le timing du projet l’y
autorise, sur un prototype de réacteur installé dans un bâtiment-laboratoire situé à
Arlon et disposant de toute la flexibilité de fonctionnement nécessaire.

Plan du travail :

    -   revue bibliographique sur les systèmes de stockage chimique
    -   développement d’une application en simulation numérique (logiciel
        TRNSYS)
    -   évaluation de différentes variantes de configuration (réactifs,
        dimensionnement, gestion, …)
    -   en fonction du timing du projet : test d’une configuration en chambre
        climatique
    -   campagne de mesures, évaluation et recherche de stratégies de gestion du
        système

Ce travail se fera en accompagnement du projet « Solautark » en collaboration avec
les chercheurs engagés sur ce programme (Samuel Hennaut – shennaut@ulg.ac.be ;
Elisabeth Davin – elisabeth.davin@ulg.ac.be )
            Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
Faculté des Sciences
          Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
                               Site d’Arlon


                        Description du Travail de fin d’études
        Optimisation du fonctionnement d’une installation de climatisation solaire

              Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be




La climatisation (conditionnement d’air) des immeubles de bureaux constitue un
poste de plus en plus important de la consommation énergétique des bâtiments de
bureaux. Pour produire l’énergie frigorifique nécessaire au refroidissement des
bâtiments, la technique des machines frigorifiques à compression (mécanique) de
vapeur est de loin la plus répandue et s’appuie généralement sur l’électricité
comme vecteur énergétique.

La climatisation « solaire », qui consiste à produire le froid à partir de chaleur
d’origine solaire en alimentant un cycle thermodynamique à absorption ou à
adsorption constitue une telle solution et fait l’objet d’études de plus en plus
approfondies dans beaucoup de pays d’Europe.

En accompagnement d’une thèse de doctorat en cours à l’ULg sur ce sujet, ce TFE
aura pour objectif l’optimisation d’un système de climatisation solaire à partir
d’une application développée en simulation numérique (logiciel TRNSYS). Pour
cela, des composants seront assemblés l’application sera utilisée pour évaluer la
performance de cette solution technique sous différents climats. Des variantes
portant sur les paramètres principaux du système (surface de captation solaire,
volume de stockage, niveaux de température de travail, mode de régulation,…)
seront comparées entre elles afin de dégager les caractéristiques d’une solution
optimale. Dans la mesure du possible, la modélisation des composants sera
accompagnée d’une calibration sur des données issues d’une installation
expérimentale en cours de développement à Arlon.

Plan du travail :

    -     Développement d’une application complète sous TRNSYS
    -     Sélection des paramètres à faire varier
    -     Etude paramétrique (climat, caractéristiques du système, type d’usage des
          bâtiments,…)

Ce travail se déroulera en accompagnement de la thèse de doctorat de Sébastien
Thomas (sebastien.thomas@ulg.ac.be )

             Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
Faculté des Sciences
        Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
                             Site d’Arlon


                       Description du Travail de fin d’études

                    Simulation d’une pompe à chaleur géothermique

            Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be




La pompe à chaleur constitue une alternative de plus en plus envisagée pour assurer
les besoins de chaleur des bâtiments. La technologie a évolué au cours des
dernières années et des solutions fiables sont à présent disponibles. Différentes
sources froides peuvent être utilisées (air, eau, sol). En Région Wallonne, on
constate toutefois aujourd’hui que la solution « pompe à chaleur géothermique »
reste utilisée de manière très confidentielle. Le coût de cette solution mais aussi
une grande variabilité du sous-sol wallon en sont deux causes parmi d’autres.

L’objet de ce travail est de développer une application de simulation numérique
permettant de mieux appréhender la conception et le dimensionnement d’une telle
solution. Pour ce faire, un site wallon sera sélectionné, une installation-type
similaire à celles que l’on trouve de manière beaucoup plus fréquente en
Allemagne ou en Suisse sera modélisée et une étude systématique des paramètres
influençant la performance de l’installation sera réalisée afin de dégager des
directives de dimensionnement appropriées au contexte wallon.


Plan du travail :

    -   revue bibliographique sur les pompes à chaleur géothermiques
    -   sélection d’un site et caractérisation du sous-sol
    -   développement d’une application en simulation numérique (logiciel
        TRNSYS)
    -   évaluation de l’influence des paramètres importants (longueur des
        échangeurs, nature du sol, écoulement de l’eau,…)
    -   développement de directives de conception et dimensionnement


            Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
Faculté des Sciences
        Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
                             Site d’Arlon


                       Description du Travail de fin d’études

    Simulation d’un système de chauffage solaire avec stockage thermochimique

            Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be




A l’heure actuelle, des alternatives sont de plus en plus recherchées pour contribuer
au chauffage des bâtiments. Sous nos latitudes, l’utilisation de l’énergie solaire
pose un problème fondamental de déphasage significatif entre l’offre d’énergie et
la demande. Pour remédier au problème, des systèmes de stockage doivent être
utilisés. Le stockage thermochimique est étudié depuis longtemps et est reconsidéré
en Région Wallonne dans le cadre d’un projet financé par le Plan Marshall.

L’incorporation d’un système de stockage thermochimique (par essence « long
term) dans un système solaire, associé éventuellement à d’autres stockages à court
terme (eau chaude sanitaire, stockage en eau pour le chauffage) pose des problèmes
assez complexes de gestion. Pour étudier ces problèmes, la simulation constitue
une approche intéressante et flexible.

L’objet de ce travail est de développer une telle application en utilisant le logiciel
TRNSYS et d’étudier l’interaction entre les différents éléments constituant le
système afin d’aboutir à une gestion optimale.

Plan du travail :

    -   revue bibliographique sur les systèmes de chauffage solaire
    -   développement d’une application en simulation numérique (logiciel
        TRNSYS)
    -   évaluation de différentes variantes de configuration (réservoirs de stockage,
        surface de captation,…)
    -   recheche en simulation d’une stratégie de gestion optimale
    -
Ce travail se fera en accompagnement du projet « Solautark » en collaboration avec
les chercheurs engagés sur ce programme (Samuel Hennaut – shennaut@ulg.ac.be ;
Elisabeth Davin – elisabeth.davin@ulg.ac.be )




            Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
Faculté des Sciences
        Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
                             Site d’Arlon


                       Description du Travail de fin d’études

    Etude d’un système énergétique basé sur les énergies renouvelables par
    couplage simulation-expérimentation

            Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be




Pour étudier les systèmes énergétiques, deux voies s’offrent au scientifique :
l’expérimentation en laboratoire, sur bâtiment pilote ou in-situ, et la simulation
numérique. Sur le campus d’Arlon se trouve un bâtiment-laboratoire qui permet de
tester de manière reproductible et avec une très grande flexibilité une série de
systèmes énergétiques utilisant des sources d’énergie renouvelables. Par ailleurs, le
logiciel TRNSYS permet de simuler avec une flexibilité encore plus grande les
mêmes systèmes énergétiques.

L’objet de ce travail de fin d’études est d’étudier comment les deux ressources
d’investigation pourraient être combinées afin de se renforcer mutuellement. Par
exemple, une investigation pourrait utiliser et associer des composants
physiquement présents dans le laboratoire à d’autres représentés en simulation
numérique. On parle alors d’émulation pour qualifier la connexion entre un
programme de simulation et un système physique. La démarche sera appliquée sur
le bâtiment –laboratoire situé à Arlon et se focalisera sur l’installation solaire de ce
bâtiment (capteurs, stockage, machines de froid solaire).

Plan du travail :

    -   Analyse technique du bâtiment-laboratoire
    -   analyse des applications de simulation numérique (logiciel TRNSYS)
        existantes pour ce laboratoire
    -   choix d’une ou plusieurs configurations de système à évaluer en émulation
    -   développement de l’application
    -   réalisation de tests d’émulation




            Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON

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  • 1. Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement Site d’Arlon Description du Travail de fin d’études Etude et développement de solutions de stockage chimique d’énergie solaire Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be Sous nos latitudes, l’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage des bâtiments pose un problème fondamental de déphasage significatif entre l’offre d’énergie et la demande. Pour remédier au problème, des systèmes de stockage doivent être utilisés. Différentes solutions sont disponibles et, parmi ces procédés, l’utilisation de réactions chimiques mettant en œuvre des procédés de sorption (absorption, adsorption, …) sont à l’étude depuis plusieurs années mais sont encore assez éloignées d’une commercialisation à grande échelle. En accompagnement d’un projet de recherche en cours et financé par la Région Wallonne (plan Marshall), ce travail consistera à évaluer des configurations de procédés de stockage thermochimique au sein d’applications dédiés au chauffage et à la production d’eau chaude sanitaire. Cette évaluation se fera dans un premier temps en simulation numérique (logiciel TRNSYS) et, si le timing du projet l’y autorise, sur un prototype de réacteur installé dans un bâtiment-laboratoire situé à Arlon et disposant de toute la flexibilité de fonctionnement nécessaire. Plan du travail : - revue bibliographique sur les systèmes de stockage chimique - développement d’une application en simulation numérique (logiciel TRNSYS) - évaluation de différentes variantes de configuration (réactifs, dimensionnement, gestion, …) - en fonction du timing du projet : test d’une configuration en chambre climatique - campagne de mesures, évaluation et recherche de stratégies de gestion du système Ce travail se fera en accompagnement du projet « Solautark » en collaboration avec les chercheurs engagés sur ce programme (Samuel Hennaut – shennaut@ulg.ac.be ; Elisabeth Davin – elisabeth.davin@ulg.ac.be ) Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
  • 2. Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement Site d’Arlon Description du Travail de fin d’études Optimisation du fonctionnement d’une installation de climatisation solaire Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be La climatisation (conditionnement d’air) des immeubles de bureaux constitue un poste de plus en plus important de la consommation énergétique des bâtiments de bureaux. Pour produire l’énergie frigorifique nécessaire au refroidissement des bâtiments, la technique des machines frigorifiques à compression (mécanique) de vapeur est de loin la plus répandue et s’appuie généralement sur l’électricité comme vecteur énergétique. La climatisation « solaire », qui consiste à produire le froid à partir de chaleur d’origine solaire en alimentant un cycle thermodynamique à absorption ou à adsorption constitue une telle solution et fait l’objet d’études de plus en plus approfondies dans beaucoup de pays d’Europe. En accompagnement d’une thèse de doctorat en cours à l’ULg sur ce sujet, ce TFE aura pour objectif l’optimisation d’un système de climatisation solaire à partir d’une application développée en simulation numérique (logiciel TRNSYS). Pour cela, des composants seront assemblés l’application sera utilisée pour évaluer la performance de cette solution technique sous différents climats. Des variantes portant sur les paramètres principaux du système (surface de captation solaire, volume de stockage, niveaux de température de travail, mode de régulation,…) seront comparées entre elles afin de dégager les caractéristiques d’une solution optimale. Dans la mesure du possible, la modélisation des composants sera accompagnée d’une calibration sur des données issues d’une installation expérimentale en cours de développement à Arlon. Plan du travail : - Développement d’une application complète sous TRNSYS - Sélection des paramètres à faire varier - Etude paramétrique (climat, caractéristiques du système, type d’usage des bâtiments,…) Ce travail se déroulera en accompagnement de la thèse de doctorat de Sébastien Thomas (sebastien.thomas@ulg.ac.be ) Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
  • 3. Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement Site d’Arlon Description du Travail de fin d’études Simulation d’une pompe à chaleur géothermique Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be La pompe à chaleur constitue une alternative de plus en plus envisagée pour assurer les besoins de chaleur des bâtiments. La technologie a évolué au cours des dernières années et des solutions fiables sont à présent disponibles. Différentes sources froides peuvent être utilisées (air, eau, sol). En Région Wallonne, on constate toutefois aujourd’hui que la solution « pompe à chaleur géothermique » reste utilisée de manière très confidentielle. Le coût de cette solution mais aussi une grande variabilité du sous-sol wallon en sont deux causes parmi d’autres. L’objet de ce travail est de développer une application de simulation numérique permettant de mieux appréhender la conception et le dimensionnement d’une telle solution. Pour ce faire, un site wallon sera sélectionné, une installation-type similaire à celles que l’on trouve de manière beaucoup plus fréquente en Allemagne ou en Suisse sera modélisée et une étude systématique des paramètres influençant la performance de l’installation sera réalisée afin de dégager des directives de dimensionnement appropriées au contexte wallon. Plan du travail : - revue bibliographique sur les pompes à chaleur géothermiques - sélection d’un site et caractérisation du sous-sol - développement d’une application en simulation numérique (logiciel TRNSYS) - évaluation de l’influence des paramètres importants (longueur des échangeurs, nature du sol, écoulement de l’eau,…) - développement de directives de conception et dimensionnement Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
  • 4. Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement Site d’Arlon Description du Travail de fin d’études Simulation d’un système de chauffage solaire avec stockage thermochimique Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be A l’heure actuelle, des alternatives sont de plus en plus recherchées pour contribuer au chauffage des bâtiments. Sous nos latitudes, l’utilisation de l’énergie solaire pose un problème fondamental de déphasage significatif entre l’offre d’énergie et la demande. Pour remédier au problème, des systèmes de stockage doivent être utilisés. Le stockage thermochimique est étudié depuis longtemps et est reconsidéré en Région Wallonne dans le cadre d’un projet financé par le Plan Marshall. L’incorporation d’un système de stockage thermochimique (par essence « long term) dans un système solaire, associé éventuellement à d’autres stockages à court terme (eau chaude sanitaire, stockage en eau pour le chauffage) pose des problèmes assez complexes de gestion. Pour étudier ces problèmes, la simulation constitue une approche intéressante et flexible. L’objet de ce travail est de développer une telle application en utilisant le logiciel TRNSYS et d’étudier l’interaction entre les différents éléments constituant le système afin d’aboutir à une gestion optimale. Plan du travail : - revue bibliographique sur les systèmes de chauffage solaire - développement d’une application en simulation numérique (logiciel TRNSYS) - évaluation de différentes variantes de configuration (réservoirs de stockage, surface de captation,…) - recheche en simulation d’une stratégie de gestion optimale - Ce travail se fera en accompagnement du projet « Solautark » en collaboration avec les chercheurs engagés sur ce programme (Samuel Hennaut – shennaut@ulg.ac.be ; Elisabeth Davin – elisabeth.davin@ulg.ac.be ) Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON
  • 5. Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement Site d’Arlon Description du Travail de fin d’études Etude d’un système énergétique basé sur les énergies renouvelables par couplage simulation-expérimentation Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - p.andre@ulg.ac.be Pour étudier les systèmes énergétiques, deux voies s’offrent au scientifique : l’expérimentation en laboratoire, sur bâtiment pilote ou in-situ, et la simulation numérique. Sur le campus d’Arlon se trouve un bâtiment-laboratoire qui permet de tester de manière reproductible et avec une très grande flexibilité une série de systèmes énergétiques utilisant des sources d’énergie renouvelables. Par ailleurs, le logiciel TRNSYS permet de simuler avec une flexibilité encore plus grande les mêmes systèmes énergétiques. L’objet de ce travail de fin d’études est d’étudier comment les deux ressources d’investigation pourraient être combinées afin de se renforcer mutuellement. Par exemple, une investigation pourrait utiliser et associer des composants physiquement présents dans le laboratoire à d’autres représentés en simulation numérique. On parle alors d’émulation pour qualifier la connexion entre un programme de simulation et un système physique. La démarche sera appliquée sur le bâtiment –laboratoire situé à Arlon et se focalisera sur l’installation solaire de ce bâtiment (capteurs, stockage, machines de froid solaire). Plan du travail : - Analyse technique du bâtiment-laboratoire - analyse des applications de simulation numérique (logiciel TRNSYS) existantes pour ce laboratoire - choix d’une ou plusieurs configurations de système à évaluer en émulation - développement de l’application - réalisation de tests d’émulation Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON