Développement d’une matrice de microréacteurs solaires à haut flux de chaleur pour le reformage du gaz naturel
- Date :
- Cet événement est passé.
- Type :
- Soutenance de thèse
- Lieu :
- Local C1-4023 de la faculté de génie
Description :
Doctorant : Jean-François Dufault
Directeur de recherche : Mathieu Picard
Codirecteur de recherche : Nadi Braidy
Président de jury : Céderick Landry
Résumé : L’atteinte des cibles de réduction des gaz à effet de serre passe par la décarbonisation des filières chimiques qui utilisent couramment un mélange H₂–CO appelé gaz de synthèse. Aujourd’hui, ce gaz provient surtout du reformage du gaz naturel, un procédé endothermique hautement polluant alimenté par la combustion du méthane. Remplacer cette combustion par le rayonnement solaire concentré constitue une voie prometteuse, mais impose de gérer des températures de 800–1000 °C et des flux de l'ordre du mégawatt par mètre carré, sans cokéfaction ni surchauffe. Cette thèse propose une architecture novatrice de microréacteurs solaires imprimés en 3D dans un superalliage de nickel, exploitant l’intensification des transferts propre à la miniaturisation pour assurer une température uniforme et une efficacité élevée. Un modèle numérique multi-échelle, guidé par une analyse dimensionnelle, est ensuite développé puis validé en laboratoire et en conditions réelles afin de soutenir la conception et l’optimisation du réacteur. Enfin, une stratégie de contrôle zonal des débits est développée à partir de cartes de flux solaire hétérogènes et de réseaux de neurones alimentés par le modèle thermochimique, permettant d’optimiser un récepteur matriciel de tour solaire regroupant plusieurs centaines de réacteurs. Les résultats indiquent une fenêtre optimale d’opération entre 850–900 °C sous 900–1100 kW·m⁻², menant à des niveaux élevés de conversion et d’efficacité. En laboratoire, le prototype démontre une efficacité solaire-à-chimique dépassant 70 %, et une matrice de quatre microréacteurs confirme en conditions réelles une grande robustesse face aux fluctuations du flux solaire. Les simulations montrent enfin qu’un contrôle zonal permet un gain de 10–15 points de conversion par rapport à un débit uniforme et maintient la performance même sous faible ensoleillement, ouvrant la voie à des récepteurs solaires modulaires et efficaces pour une production durable de gaz de synthèse.
Doctorant : Jean-François Dufault
Directeur de recherche : Mathieu Picard
Codirecteur de recherche : Nadi Braidy
Président de jury : Céderick Landry
Résumé : L’atteinte des cibles de réduction des gaz à effet de serre passe par la décarbonisation des filières chimiques qui utilisent couramment un mélange H₂–CO appelé gaz de synthèse. Aujourd’hui, ce gaz provient surtout du reformage du gaz naturel, un procédé endothermique hautement polluant alimenté par la combustion du méthane. Remplacer cette combustion par le rayonnement solaire concentré constitue une voie prometteuse, mais impose de gérer des températures de 800–1000 °C et des flux de l'ordre du mégawatt par mètre carré, sans cokéfaction ni surchauffe. Cette thèse propose une architecture novatrice de microréacteurs solaires imprimés en 3D dans un superalliage de nickel, exploitant l’intensification des transferts propre à la miniaturisation pour assurer une température uniforme et une efficacité élevée. Un modèle numérique multi-échelle, guidé par une analyse dimensionnelle, est ensuite développé puis validé en laboratoire et en conditions réelles afin de soutenir la conception et l’optimisation du réacteur. Enfin, une stratégie de contrôle zonal des débits est développée à partir de cartes de flux solaire hétérogènes et de réseaux de neurones alimentés par le modèle thermochimique, permettant d’optimiser un récepteur matriciel de tour solaire regroupant plusieurs centaines de réacteurs. Les résultats indiquent une fenêtre optimale d’opération entre 850–900 °C sous 900–1100 kW·m⁻², menant à des niveaux élevés de conversion et d’efficacité. En laboratoire, le prototype démontre une efficacité solaire-à-chimique dépassant 70 %, et une matrice de quatre microréacteurs confirme en conditions réelles une grande robustesse face aux fluctuations du flux solaire. Les simulations montrent enfin qu’un contrôle zonal permet un gain de 10–15 points de conversion par rapport à un débit uniforme et maintient la performance même sous faible ensoleillement, ouvrant la voie à des récepteurs solaires modulaires et efficaces pour une production durable de gaz de synthèse.