Optimisation technico-économique multi-objectif de systèmes de conversion d'énergie: cogénération électricité-hydrogène à partir d'un réacteur nucléaire de IVème génération

Christophe Gourdon

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• redaction


• mémoire

THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Sciences pour l'Ingénieur JURY M. Christophe GOURDON Président Mme. Catherine AZZARO-PANTEL Directrice de thèse M. Serge DOMENECH Directeur de thèse Mme. Lingai LUO-DONG Rapporteur M. Patrick SIARRY Rapporteur M. Christian LATGE Membre M. Patrick DUMAZ Membre Mlle. Christine MANSILLA Membre Invité M. David HAUBENSACK Membre Invité Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique Directeur(s) de Thèse : Mme Catherine Azzaro-Pantel, M. Serge Domenech Rapporteurs : Mme Lingai LUO-DONG, M. Patrick SIARRY Présentée et soutenue par Adrien Gomez Le 8 décembre 2008 Titre : Optimisation technico-économique multi-objectif de systèmes de conversion d'énergie: cogénération électricité-hydrogène à partir d'un réacteur nucléaire de IVème génération

• équipe de conception optimisation


• production d'hydrogène


• hydrogène


• ordonnancement des procédés du département procédés


• économique multiobjectif de systèmes de conversion d'énergie


• coût de production comparable dans la zone de coût de production du réseau électrique


• technico-économie

Sujets

• Redaction
• Mémoire
• Gourdon
• Domenech
• Mansilla
• Université de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 décembre 2008
• Nombre de lectures: 144
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Sciences pour l'Ingénieur


Présentée et soutenue par Adrien Gomez
Le 8 décembre 2008

Titre : Optimisation technico-économique multi-objectif de systèmes de
conversion d'énergie: cogénération électricité-hydrogène à partir d'un
réacteur nucléaire de IVème génération

JURY
M. Christophe GOURDON Président
Mme. Catherine AZZARO-PANTEL Directrice de thèse
M. Serge DOMENECH Directeur de thèse
Mme. Lingai LUO-DONG Rapporteur
M. Patrick SIARRY Rapporteur
M. Christian LATGE Membre
M. Patrick DUMAZ
Mlle. Christine MANSILLA Membre Invité
M. David HAUBENSACK nvité

Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés
Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique
Directeur(s) de Thèse : Mme Catherine Azzaro-Pantel, M. Serge Domenech
Rapporteurs : Mme Lingai LUO-DONG, M. Patrick SIARRY






















A mes parents pour tout leur amour qui sera éternel
A ma grand-mère pour son infinie bonté
A ma famille
A mes amis


2Une thèse est un moment particulier de la vie d’un chercheur, un moment de transition entre de longues
études et la nécessaire prise d’expérience. C’est un moment où parfois s’entrechoquent pour la première
fois l’idéalisme de la jeunesse et les réalités de notre monde, un moment de rencontres parfois difficiles,
souvent magnifiques, mais toujours instructives.

Mes premiers mots sont pour ma Mère et mon Père. Ma Mère qui m’a tellement donné d’amour. Comment
décrire une femme qui a voué sa vie à mon attention, à ma protection, qui m’a élevé sans jamais se
préoccuper d’elle : il n’existe pas de mots pour décrire cela. Elle m’accompagne à chacun de mes pas car
elle est partie de moi-même, et elle le restera jusqu’à la fin de mes jours, dans mon cœur comme dans ma
mémoire. Mon Père qui s’est sacrifié toute sa vie, dans un des plus dur des métiers, pour nous donner les
moyens de vivre une existence digne, en construisant sa propre maison, avec ma Mère, pour nous donner
un toit qui nous a abrité. Je me souviens aujourd’hui de tous ces bons moments, avec mon fidèle chien, qui
ne quitteront jamais. Ils resteront pour moi une époque dorée qui resteront dans mon cœur tant qu’il me
restera un souffle de vie ! Merci pour votre soutient tout au long de ces trois difficiles années,
m’encourageant lorsque j’en avais besoin, et en m’aidant de toutes vos forces surtout les derniers mois.

Ce travail de thèse a été réalisé simultanément au sein du CEA de Cadarache, dans le Laboratoire de
Conception des Systèmes Innovants du Service d’Etude des Systèmes Innovants du Département d’Etude
des Réacteurs, et dans l’équipe de Conception Optimisation et Ordonnancement des Procédés du
département Procédés et Systèmes Industriel du Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse.

Je souhaite remercier le Professeur Luo et le Professeur Siarry pour m’avoir fait l’honneur d’être les
rapporteurs de ma thèse, et pour la pertinence de leurs commentaires.

Je souhaite remercier le Professeur Catherine Azzaro-Pantel, qui à acceptée de diriger ma thèse et qui a
su tirer le meilleur de moi-même. Je me souviendrais toujours de sa bonne humeur, même dans les
derniers moments de la rédaction, et pour son dévouement lors de cette dernière ligne droite sans lequel
je n’aurais probablement pas fait autant de choses.

Comment ne pas remercier également le Professeur Serge Domenech, qui m’a fait l’honneur d’être
également mon directeur de thèse, auprès de qui je l’espère avoir pu capter ne serait-ce que 0,001% de
son savoir. Je n’oublierais jamais nos conférences à l’étranger : jamais de tels moments, d’ordinaire
synonymes de stress, n’ont été plus divertissants.

Le Professeur Luc Pibouleau ne doit pas être oublié. La force de son esprit me semble inatteignable pour
un jeune ingénieur. J’espère acquérir sa justesse d’esprit et sa maîtrise des mathématiques.

Je remercie Christian Latgé qui a toujours réussi à trouver le temps pour me donner ces conseils et
contribuer à l’évolution de ces travaux. Sa vision globale des problématiques m’a souvent amené à
percevoir des débouchés que je ne soupçonnais pas.

Merci également à Patrick Dumaz pour la qualité de nos échanges scientifiques et pour son appui
significatif aux moments cruciaux. Même dans les derniers moments, il m’a apporté son point de vue
malgré l’éloignement géographique.

Je remercie David Haubensack pour ces conseils et sa vision pragmatique, et qui a su me cadrer. Son
travail m’a beaucoup inspiré dans mes propres développements. La justesse de son raisonnement restera
pour moi une référence.

Merci à Nicolas Alpy qui s’est formidablement impliqué dans ma thèse et auprès de qui j’ai beaucoup
appris.
Je voudrais également remercier l’ensemble du LCSI, et plus largement le SESI de Cadarache.

3Je remercie également l’ensemble du LPC de Cadarache qui m’a soutenu lors des derniers mois.

Bien sûr comment ne pas citer mes collègues de bureau : Marie, Marianne, Jose Luis, Adama, Guillermo,
Dan, Nadir, Oscar, Antonin, Sofiane. Petite Marie, toujours le sourire même quand ça va pas. Marianne,
que je ne connais pas bien encore mais qui complète bien Marie. Jose Luis, le vétéran discret de l’équipe.
Guillermo toujours de bonne humeur. Adama et ses crises de fous-rires. Enfin Dan, le petit dernier de
l’équipe.
Merci à vous pour l’ambiance formidable et pour l’entraide qui a toujours fait notre force, mais qu’il faut
savoir cultiver. Merci également à André Davin pour ses blagues.

Je salue également mon cher ami Joachim pour toutes ces années passées à l’ENSIACET et au LGC.

Bien sûr, j’ai une pensée pour le cercle : Laurent, Huberson, Julien. Ensembles nous avons vécus plus
d’une péripétie.

Je salue également l’ensemble des doctorants et du personnel du LGC, pour ces trois années passées
auprès de vous.

4Titre
Optimisation technico-économique multiobjectif de systèmes de conversion d’énergie : cogénération
èmeélectricité-hydrogène à partir d’un réacteur nucléaire de IV génération.

Résumé
Face aux préoccupations environnementales de plus en plus pressantes, telles que la maîtrise des rejets de
gaz à effet de serre, et face à l’épuisement annoncé des réserves d’énergies fossiles, l’hydrogène est perçu
comme un vecteur énergétique prometteur. Un des principaux enjeux technologiques d’une future
économie de l’hydrogène est sa production à grande échelle en se passant d’énergies fossiles émettrices de
gaz à effet de serre. Dans ce contexte, le nucléaire est particulièrement intéressant pour produire
massivement de l’hydrogène par cycles thermochimiques ou par électrolyse haute température. Un des
systèmes nucléaires sélectionnés est le réacteur à très haute température (950°C/1200°C), refroidi à
l’hélium, dédié à la production d’hydrogène ou à la cogénération hydrogène/électricité, VHTR (Very High
Temperature Reactor).
L’objectif principal de ces travaux, dans le cadre d’une collaboration entre le CEA de Cadarache et le
LGC consistait à définir une méthodologie d’optimisation technico-économique de tels systèmes de
cogénération, pour identifier et proposer des stratégies prometteuses de développement. Parmi les
procédés de production massive d’hydrogène à l’étude, le cycle thermochimique Iode-Soufre a été retenu.
Compte tenu de la diversité des énergies exploitées (chaleur, électricité) et produites (hydrogène et
électricité) du système de cogénération, une approche exergétique à été développée, particulièrement
adaptée à la comparaison de différentes formes d’énergie. Dans c