Etude, synthèse et modélisation de la réfrigération magnétique pour la liquéfaction de l’hydrogène

Abstract

Le secteur de l'énergie est confronté à plusieurs contraintes majeures, la décroissance énergétique, l’accroissement de la demande et l’accélération du réchauffement climatique. Le recours à l’hydrogène comme vecteur énergétique, et son utilisation via une pile à combustible, peuvent apporter des réponses adaptées à ces défis. L’hydrogène est un vecteur énergétique, une fois produit, il peut être stocké, transporté et utilisé comme électricité. L'hydrogène, en tant que vecteur énergétique, peut aussi permettre de produire plus efficacement électricité et chaleur, de stocker massivement de l’électricité, de prolonger l’autonomie des véhicules électriques et enfin alimenter des dispositifs à piles à combustible pour alimenter en puissance électrique des sites stratégiques. L’hydrogène, en tant que vecteur énergétique est pressentit ces dernières années comme un bon moyen de pallier l’intermittence des énergies renouvelables, appelées à prendre une place déterminante dans le mix énergétique. L’intérêt de l’hydrogène en tant que vecteur énergétique, inépuisable et non polluant, est limité aujourd’hui par ses modes de production, aujourd’hui essentiellement à partir d’énergies fossiles, car l'hydrogène ne se trouve pas à l'état naturel, de même que du point de vue encombrement, dans les conditions normales de température et de pression (CSTP) 1 bar, 20°C, l'hydrogène occupe un volume de 333 litres/kWh et dans les mêmes conditions, l'essence occupe 0,1 litre/kWh Les meilleures performances en termes de masse et de volume semblent venir des techniques de stockage cryogénique de l'hydrogène sous forme liquide, mais restent d'importants problèmes à résoudre. L'objectif principal de la thèse serait de contribuer à la prédiction des performances du système de production du froid magnétique pour la liquéfaction de l’hydrogène moyennant l’intelligence artificielle (réseaux de neurones) comme outil de travail. Cette étude se focalisera sur une approche globale dans laquelle seront étudiés et maîtrisés les différents aspects de cette technologie. Il serait question d'aborder l'étude des différents aspects de la réfrigération magnétique et des matériaux magnétocaloriques, de cerner ses problèmes magnétiques, mécaniques, thermiques et fluidiques, de dégager les paramètres importants caractérisant le pouvoir magnétocalorique, de développer une modélisation de l'effet magnétocalorique, d'en faire des comparaisons, d'essayer d'optimiser les sources de champs, d'évaluer les performances du système magnétocalorique et des échanges thermiques d'analyser les résultats pour une application à la production d'hydrogène liquide et d'en tirer des conclusions.