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Axe 1 : Efficacité énergétique

(bâtiment, industrie, transport)

Les recherches menées dans le cadre de l'axe 1 du Département Energétique et Procédés de MINES ParisTech contribuent à la maîtrise des consommations énergétiques et des impacts sur l'environnement et la santé dans les secteurs du bâtiment, de l’industrie et du transport. Elles portent sur le développement d’outils de simulation, de prototypes et de démonstrateurs, ainsi que sur la mesure des performances énergétiques sur des bancs dédiés.

Bâtiment

Les activités du DEP sont essentiellement axées sur des travaux de modélisation et de simulation appliqués au comportement thermique des bâtiments et aux systèmes de production d’énergie intégrés.

Le simulateur COMFIE permet d’évaluer les besoins de chauffage et de rafraîchissement, ainsi que le niveau de confort thermique des bâtiments. Un modèle de réseau multizones a été intégré afin d’améliorer la prise en compte des mouvements d’air. Des travaux en cours portent sur le couplage entre pompe à chaleur et système photovoltaïque et sur les stratégies de régulation par programmation dynamique.

La modélisation de composants et leur intégration permettent d’évaluer les technologies et les services énergétiques, conduisant à une réduction de la demande en énergie consommée et en appel de puissance instantané. Quelques technologies alternatives : climatisation solaire, ventilation naturelle, micro-cogénération, géothermie basse température, sont évaluées en termes de conception et de fonctionnement. 

La performance des enveloppes est abordée sous l’angle matériaux, par le développement de mortiers d’enduit à haut pouvoir isolant, l’élaboration de superisolants thermiques à base de silice nanostructurée (composites, flexibles, …) et l’étude de murs à effet de serre translucides à base de matériaux à changement de phase et de superisolants granulaires.

Par ailleurs, les impacts des bâtiments et des quartiers, sur l’environnement et la santé, sont étudiés par l’analyse de cycle de vie (méthode EQUER).

Industrie

En thermique haute température, le DEP développe une approche de modélisation multi-physique par couplage faible multi-maillage et multi-pas de temps. Cette approche permet de simuler, en un temps très court, en dynamique, des systèmes thermiques complexes en 3D tels que les fours industriels où le rayonnement est le mode de transfert de chaleur dominant. Les résultats des travaux montrent que, dans le cas des systèmes thermiques complexes fonctionnant en régime dynamique, le gain en temps de calcul inverse réalisé grâce à ce couplage peut atteindre un facteur 1 000. Cette modélisation ultra-rapide ouvre la voie au contrôle temps réel de procédés.

La valorisation de la chaleur résiduelle dans les procédés industriels joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité énergétique globale. Les deux grandes technologies en rupture qui font l’objet de R&D et de démonstration pour l’hyper-efficacité énergétique et ouvrent des développements dans différents secteurs d’application sont les pompes à chaleur sur effluents liquides et les cycles organiques de Rankine (ORC) sur effluents gazeux.

Le développement des travaux d’intégration thermique s’appuie sur des logiciels comme Thermoptim® et sur la nouvelle plateforme de modélisation, MinEIT. Ils permettent une modélisation dynamique de systèmes de tailles variables allant d’une pompe à chaleur à une ligne de production industrielle intégrant de nombreux échangeurs et des équipements spécifiques. 

Transport

Les travaux sur la plateforme de modélisation Trajet-3D se poursuivent par la modélisation de différents types de véhicules. Une meilleure compréhension des usages permet d’identifier des pistes d’optimisation à différentes échelles pour dépister les conditions pénalisantes et pour minimiser les consommations énergétiques des technologies existantes, en particulier celles des véhicules électrifiés. La prédiction des usages, en termes de conditions météorologiques et de conduite, offre des paramètres d’entrée pour une stratégie de contrôle intelligente prédictive. Elle permet de minimiser les besoins énergétiques, ainsi que les consommations des auxiliaires de chauffage et de climatisation qui s’avèrent cruciales pour les véhicules électriques.

 

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Axe 1 : Efficacité énergétique - MINES ParisTech
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