Récupération de chaleur par cycle de Rankine dans un véhicule poids lourd : optimisation topologique et commande

Etudiant :Vincent Grelet

Ecole doctorale :ED EEA

Directeur ou Directrice :Pascal Dufour, Madiha Nadri

Date de la soutenance :20121001

Commentaire :20121001

L’évolution croissante du prix des carburants ainsi que les normes antipollution de plus enplus drastiques obligent les fabricants de véhicules commerciaux à développer des solutions innovantes pour réduire la consommation de carburant. Dans cet objectif, comme une grande partie de l’énergie contenue dans le carburant est directement relâchée à l’ambient sous forme de chaleur, celle-ci peut être valorisée et transformée via un cycle thermodynamique secondaire. Dans ce cadre, l’importante utilisation du cycle de Rankine à travers le monde en font un candidat naturel pour une implémentation dans un véhicule. Mais contrairement à une utilisation stationnaire, de nombreux obstacles se dressent pour une intégration totale dans un poids lourd. De nombreuses études ont été menées ces trente dernières années afin de déterminer le potentiel réel d’un tel système une fois embarqué à bord d’un véhicule. Les nombreuses sources de chaleur valorisables, les contraintes inhérentes à l’application embarquée ou encore les forts régimes transitoires induits par l’utilisation du camion doivent mener à une optimisation à la fois de l’architecture du système ainsi que de son système de contrôle. L’optimisation du système mène à un choix en terme de sources chaudes et froides, de topologie, de fluide de travail ainsi que de dimensionnement des composants afin de maximiser les performances. Le système de contrôle joue lui un rôle primordial afin de tirer un bénéfice maximum d’un tel système connaissant ses limites physiques ainsi que d’assurer une utilisation efficace. Dans cette thèse, une méthodologie de conception d’un système de valorisation des rejets thermiques est proposée. En se basant sur des simulations du véhicule complet basées sur un modèle détaillé, les thématiques de la sélection du fluide de travail, des sources chaudes et froides ainsi que l’optimisation des composants et du cycle sont approchées. Par la suite, le problème de contrôle en ligne de la surchauffe à la sortie de l’évaporateur est formalisé. En tenant compte des contraintes numériques d’implémentation, différentes stratégies de commande sont mises en place, allant du contrôleur PID à des structures plus avancées telle que la commande prédictive par modèle ou une loi de commande basée sur un observateur. La plupart de ces stratégies sont validées expérimentalement sur un banc d’essai mis en place durant la thèse.

Monsieur Roberto CIPOLLONE, Professeur Université de l’Aquila – Italie

Monsieur Pascal DUFOUR, Maître de Conférences HDR Université Claude Bernard Lyon 1 (co-encadrant)

Monsieur Pierre DUYSINX, Professeur Université de Liège – Belgique

Monsieur Vincent LEMORT, Professeur Assistant Université de Liège – Belgique (co-encadrant)

Madame Madiha NADRI-WOLF, Maître de Conférences Université Claude Bernard Lyon 1 (co-encadrant)

Monsieur Sorin OLARU, Professeur des Universités SUPELEC Paris

Monsieur Nicolas PETIT, Professeur Ecole des MINES PatisTech

Monsieur Frank WILLEMS, Professeur Associé Université technique d’Eindhoven – Pays-Bas

et

Monsieur Thomas REICHE, Volvo Trucks Global Trucks Technology Advanced Technology and Research, Saint Priest, France (co-encadrant industriel)

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