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Detailed view Habilitation à diriger des recherches
Université Pascal Paoli (28/09/2007), Antoine AIELLO (Pr.)
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Systèmes énergétiques pour la production d'eau douce potable et d'électricité
Marc Muselli1, 2

Les sources renouvelables (solaire, éolien, vapeur d'eau atmosphérique) représentent des solutions alternatives intéressantes pour répondre aux besoins de certaines populations isolées sans électricité et en stress hydrique (moins de 15 L d'eau par jour). Des condenseurs radiatifs de production d'eau douce potable ont été élaborés par l'utilisation d'un phénomène naturel (refroidissement radiatif) ne nécessitant pas d'apport d'énergie. Depuis 2000, l'Université de Corse, le CEA et le CNRS se sont conventionnés pour développer des outils et des technologies performantes pour effectuer la transition entre des prototypes de laboratoire et des systèmes réels. Afin de s'approcher du rendement théorique maximum (0,8 L m-2), des protocoles de mesure, puis des prototypes " plan "de 30 m² ont été construits. Un code numérique (CFD) a été développé pour estimer les performances de systèmes complexes à grande échelle (plusieurs centaines de m²) avant leur installation. De nouveaux matériaux de condensation faisant l'objet d'un brevet déposé, sélectifs en longueur d'onde, ont été formulés pour répondre à la fois à des contraintes de climatisation passive des bâtiments en cycle diurne et de production d'eau en cycle nocturne. En partenariat avec l'association OPUR (www.opur.u-bordeaux.fr), une toiture de démonstration de 15,1 m² à Biševo en Croatie (0,181 mm en moyenne), ainsi qu'une usine de production de 850 m² (15000 m² à terme) confirment le potentiel de la technologie puisque les rendements attendus pourront atteindre 5 m3 d'eau par jour. Parallèlement, le solaire et l'éolien, dans un système hybride de production d'énergie décentralisée (couplés avec une source auxiliaire type fossile ou hydrogène) peuvent pallier l'absence d'électrification de certaines régions du Globe. Dans ce mémoire, des codes de calcul de dimensionnement de ces systèmes ont été élaborés pour une optimisation physique et économique de ces techniques répondant soit à l'électrification de sites isolés soit à la production massive d'électricité par connexion à un réseau de distribution pour différentes applications (relevage de chutes de tension ou production en continu). Les résultats obtenus permettent d'envisager l'utilisation du couplage EnR-H2. A ce titre, notre équipe de recherches a obtenu le financement d'une centrale PV-H2 sur le site du laboratoire : 3,6 MW couplé à un électrolyseur et une pile à combustible de puissance de plus de 100 kW.
1:  SPE - Sciences pour l'environnement
2:  International Organization for Dew Utilization
Energétique – énergies renouvelables – condensation atmosphérique – rosée

Renewable sources (solar, wind, atmospheric vapour) represent interesting alternative solutions to meet the needs of isolated populations in water stress (less than 15 L per day) and without electricity . Radiative condensers of atmospheric humidity can produce potable fresh water thanks to a passive natural phenomenon (radiative cooling) that does not require conventional energy. Since year 2000, the University of Corsica, CEA and CNRS have officially agreed to develop the tools to carry out the transition between laboratory prototypes and real systems. In order to approach the maximum theoretical yield (0.8 L m-2), large planar prototypes of 30 m² were built and several protocols of measurement have been elaborated. A numeric digital code (CFD) was developed to determine the performances of complex systems on a large scale (several hundreds of m²) before their installation. New radiative materials for condensation being the subject of a patent deposited, selective in wavelength, were formulated to answer both the constraints of passive air-conditioning of constructions in diurnal cycle and water production in the night cycle. With the help of the OPUR association (www.opur.u-bordeaux.fr), a demonstration roof of 15.1 m² in Biševo-Croatia (annual average yield: 0.18 mm) and a dew production plant of 850 m² (15000 m² planned) was set up. They confirm the potential of technology since the expected plant production will be able to reach 5 m3 of water per day. In similar terms, the solar and wind resources, in a hybrid system of decentralized energy production (coupled with a fossil or hydrogen standard auxiliary source) can mitigate the absence of electrification in certain areas. In this manuscript, computer codes were worked out for physical and economic optimization, concerning either the electrification of isolated sites or the massive production of electricity by connection to a distribution network, for various applications (continue production or voltage drops limitation). The obtained results make it possible to consider the use of a coupling EnR-H2. For this reason, our research team obtained the financing of a PV-H2 power plant on the site of the laboratory: 3.6 MW coupled to an electrolyser and a fuel cell of power of more than 100 kW.

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