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Les zéolithes, matériaux prometteurs pour stocker la chaleur à long terme
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Avez-vous déjà entendu parler des zéolithes ? Ou des sels hydrates ? A en croire Simona Bennici, chercheuse à l’Institut des sciences des matériaux de Mulhouse (IS2M), ces matériaux au nom barbare ont en commun la curieuse propriété de pouvoir capter chimiquement de la chaleur, pour la relâcher ensuite sur commande. Une aubaine énergétique qui pourrait permettre, par exemple, de capter la chaleur en journée ou l’été, pour la relâcher dès l’arrivée du froid, nocturne ou hivernal.
Pour faire monter en maturité cette technologie, dite de stockage de la chaleur par voie thermochimique, Simona Bennici a travaillé avec l’entreprise Réseaux de chaleur urbains d’Alsace (RCU-A) dans le cadre du dispositif de recherche partenariale "Carnot Mica". Probantes, les premières données récoltées sur un démonstrateur, installé en juin 2021, permettent d’envisager un futur test grandeur nature. « Le principe est simple : un matériau solide accumule de la chaleur lorsqu’on le déshydrate et la restitue quand on le réhydrate, au cours d’une réaction exothermique », résume Simona Bennici. Un schéma limpide, qui cache une complexité de mise en œuvre redoutable, à laquelle s’attaque la chercheuse. Car une fois le matériau identifié pour ses propriétés d’accumulateur de chaleur, encore faut-il garantir sa durabilité, ses capacités à fonctionner rapidement (conductivité thermique et cinétique d’hydratation) et imaginer les dispositifs adéquats pour le brancher à une source de chaleur.
« Des sels comme le sulfate de magnésium, par exemple, risquent de former très vite une croûte en surface qui empêche la diffusion des molécules d’eau dans l’ensemble de la matière active et donc réduit la capacité de stockage », décrit la chercheuse. « Le but est alors de disperser la matière dans une matrice à la fois poreuse et conductrice de la chaleur, comme le biochar, pour améliorer l’efficacité du procédé ».
Pour son premier démonstrateur, la chercheuse a fait le choix des zéolithes, un type de matériau cristallin poreux de la famille des aluminosilicates. Produit aussi bien sous forme naturelle que synthétique, il est déjà présent dans de nombreux domaines industriels. Proportionné à échelle industrielle afin de pouvoir nourrir les modèles numériques en données crédibles, le pilote est composé d’une colonne de 0,5 mètre, emplie de 5 kg de matériau actif (pour une capacité de stockage de 0,22 kilowatt-heure/kg). « Cela permet de stocker la chaleur de 90°C jusqu’à plus de 150°C, ce qui est la température typique des capteurs solaires placés sur les maisons particulières », décrit Simona Bennici. Autre avantage : le système thermochimique permet de libérer la chaleur sur demande. « Il suffit de jouer avec le pourcentage d’humidité injecté et le débit de l’air pour choisir la température », explique la chercheuse.
Le stockage thermochimique, sur lequel se penchent de nombreux laboratoires dans le monde, pourrait donc changer la donne et permettre de stocker les calories perdues partout, pour longtemps. Répondre aux besoins hivernaux d’une maison basse consommation à Chambéry, par exemple, nécessiterait autour de deux mètres cubes de zéolithes. Soit l’équivalent d’un gros frigo. Toujours en collaboration avec Réseaux de chaleur urbains d’Alsace, l’équipe de recherche prévoit maintenant un premier pilote industriel, au sein duquel des modules de stockage viendraient remplacer les chaudières à gaz utilisées en appoint pour répondre aux besoins de chaleur lors des pics de demande. « Aujourd’hui, il y a des systèmes de ballons d’eau tampons, mais leurs volumes sont importants et cela ne convient pas pour un stockage à long-terme car malgré l’isolation, la température descend dans les 24 heures », pointe Simona Bennici. « Un système comme le nôtre conserve la chaleur aussi longtemps que nécessaire ».
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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