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• Publié par: Nesur
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Sujet de thèse  Conception par méthodes inverses doptiques innovantes pour la concentration solaire : application aux concentrateurs de type BEAM DOWN 

Le contexte Il devient crucial de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d'anticiper la raréfaction des hydrocarbures fossiles. Dans ce contexte, la recherche sur les énergies nouvelles s'impose comme une nécessité. Du fait de son abondance, l'énergie solaire est, parmi les renouvelables, celle qui présente le potentiel le plus prometteur. Lénergie solaire peut-être utilisée directement pour produire de lélectricité par voie photovoltaïque ou être concentrée et convertie en chaleur à haute température pour alimenter des cycles de génération électriques (voie  thermodynamique »). La production délectricité par voie solaire thermodynamique est déjà mise en œuvre industriellement et économiquement rentable dans les conditions climatiques et réglementaires de nombreux pays. Si les procédés actuellement en service ont un rendement » moyenannuel de 15 à 20 %, lutilisation future de centrales à tour associées à des cycles combinés (turbines à gaz et à vapeur en cascade) devrait nettement améliorer ces rendements. Dans ces procédés, lénergie solaire collectée servira à chauffer de lair à très haute température (si possible supérieure à 1000°C°). Ces nouveaux concepts de centrales solaires sont donc basés sur des flux de densité bien plus élevée que celles couramment obtenues et qui doivent être ramenés au niveau du sol afin dalimenter directement le cycle industriel. Ceci nécessite la conception doptiques de concentration à plusieurs niveaux, plus précises et plus régulières dans le temps. 

Les partenaires Le groupe TOTAL est impliqué depuis de nombreuses années dans le développement des énergies renouvelables. Par le biais de sa branche Gaz et Energies Nouvelles, TOTAL participe notamment à plusieurs programmes de Recherche et Développement dans le domaine de la production délectricité par énergie solaire concentrée.

Léquipe Solaire Haute Température » du centre RAPSODEE de lEcole des Mines dAlbi mène depuis 2005 de nombreux travaux de recherche sur la même thématique, en sappuyant, notamment, sur une expertise de près de 30 ans et des outils numériques innovants pour la détermination des échanges radiatifs dans les géométries complexes. Les travaux en cours portent notamment sur le développement doutils numériques spécifiques pour le calcul de cartes de flux obtenues par concentration du rayonnement solaire (approche par méthodes statistiques de type Monte Carlo, géométrie gérée dans un environnement de bibliothèques de synthèse dimage sous EDStar ).

Cette équipe fait partie dun laboratoire qui possède des compétences reconnues sur les méthodes inverses pour résoudre des problèmes linéaires et non linéaires. Elle est associée aux chercheurs du laboratoire CNRS PROMES à Odeillo pour les travaux portant sur la concentration du rayonnement solaire et aux chercheurs du laboratoire CNRS LAPLACE à Toulouse pour les développements méthodologiques et numériques. 

Les objectifs de la thèse Léquipe Solaire Haute Température» du centre RAPSODEE développe des outils numériques performants pour le calcul direct de cartes de flux issues de la concentration du rayonnement solaire.

Le premier objectif de la thèse est la mise au point dune méthode de calcul numérique capable, à partir dune carte de flux donnée (correspondant, typiquement, à la répartition optimale du flux solaire concentré sur les parois dun récepteur), de concevoir loptique de concentration la plus pertinente, assurant la meilleure efficacité nominale et/ou annuelle. Il sagit donc de mettre au point un outil de design inverse». Ce type doutils utilise des techniques développées pour les Méthodes Inverses (méthodes permettant de remonter des observations vers les modèles).

Dans un second temps, après validation de la méthode développée, celle-ci sera appliquée à létude, la conception et loptimisation dune optique de type BEAM DOWN pour centrales solaires de type  tours ». Dans ce type de dispositif, un deuxième étage de réflexion situé en haut de la tour renvoie verticalement vers le sol le flux solaire concentré une première fois par le champ dhéliostats. 

Le déroulement de la thèse Le travail débutera par une revue bibliographique portant sur les différents concepts de centrales solaires thermodynamiques, notamment les centrales à tour, ainsi que sur la résolution de léquation des transferts radiatifs et les algorithmes de méthodes inverses. Le doctorant prendra ensuite en main les outils développés au laboratoire RAPSODEE, dans le cadre de lenvironnement logiciel EDStar. Ensuite, il travaillera à la mise au point du ou des algorithmes doptimisation de formes géométriques, par lusage de méthodes inverses appropriées au problème et adaptables à lenvironnement EDStar. Après avoir choisi et codé la méthode a priori la plus performante, il mettra en œuvre ces outils numériques pour concevoir un concentrateur solaire de type BEAM DOWN à 2 ou 3 étages de réflexion/concentration. En fonction des premiers résultats obtenus et du développement du partenariat lié à ce projet, le doctorant pourrait également participer au montage et aux premiers essais dune maquette de laboratoire dont la conception aura été réalisée à partir des outils numériques développés. 

Lenvironnement scientifique et administratif Le Doctorant sera inscrit à lEcole Doctorale MEGEP, de lUniversité de Toulouse. Ses Directeurs de Thèse seront Madame Mouna EL HAFI, Maître Assistante Hors Classe de lEcole des Mines dAlbi, HDR, et Monsieur Jean Jacques BEZIAN, Ingénieur de Recherche ARMINES, Enseignant Chercheur de lEcole des Mines dAlbi, HDR. Il effectuera sa thèse dans le cadre dun contrat de travail de 3 ans avec TOTAL, sous convention CIFRE et rapportera à un ingénieur de la Direction Recherche et Développement de la branche Gaz & Energies Nouvelles du Groupe. Le doctorant sera basé dans les locaux du Centre RAPSODEE de lEcole des Mines dAlbi. Des déplacements seront à prévoir dans les locaux de Total à Paris La Défense. 

Compétences requises Formation et connaissance : Diplôme dingénieur ou universitaire conférant le grade de Master. Formation scientifique généraliste, avec une dominante énergétique. Des connaissances spécifiques en modélisation numérique et en optique géométrique seraient un plus. Niveau dAnglais suffisant pour la compréhension de publications technologiques et la participation à des congrès scientifiques. Expérience : Si possible, expérience de la mise en œuvre de méthodes inverses, acquise lors dun projet académique ou dun stage. Aptitudes : Goût pour la modélisation numérique et intérêt pour le développement de systèmes énergétiques innovants. Contacts et dépôt des candidatures : Pour les informations concernant le laboratoire daccueil et lencadrement scientifique de la thèse : Jean-Jacques Bézian - E-mail : [e-mail]  Website: http://www.enstimac.fr/recherche/rapsodee/axes_de_recherche/axe5umr/theep  Les candidatures devront être déposées auprès de Total par le biais du site de recrutement de la société: http://careers.total.com/ 