Pompe à chaleur Thermo-acoustique pour le transport terrestre – TACOT

Le projet TACOT propose la réfrigération thermoacoustique comme alternative «verte» à la climatisation automobile, sur la base du concept de machine thermoacoustique compacte. Un partenaire industriel (groupe PSA) et quatre laboratoires du CNRS (Institut P’, LAUM, LIMSI, LMFA) sont impliqués dans ce projet articulé autour de trois défis. Le premier défi vise la conception, réalisation et qualification d’une machine compacte dotée d’un cœur thermoacoustique. L’originalité de l'approche tient au fait que deux sources acoustiques sont utilisées pour optimiser les propriétés du champ acoustique au niveau du cœur thermoacoustique, permettant d'améliorer les performances avec une machine plus compacte. Cette machine sera conçue en utilisant les logiciels de simulation existants, basés sur la théorie uni-dimensionnelle de la thermoacoustique linéaire. Du fait des hypothèses restrictives sur lesquelles repose l’outil de simulation, une différence de l’ordre de 25% est anticipée entre les performances effectives de la machine et celles calculées par simulation. Le seul moyen de correctement qualifier et quantifier cette différence est de tester le plus exhaustivement possible une machine compacte réelle, ce qui constitue l’objectif du premier défi. Ces tests permettront aussi de connaitre le comportement de la machine en termes de dynamique et de transitoires de fonctionnement, aspects impossibles à décrire avec les modèles existants. Le second défi vise à une meilleure caractérisation des effets limitant les performances de la machine et le réalisme de sa modélisation. Des études fondamentales sont proposées, expérimentales sur des bancs dédiés, ou numériques, qui visent à progresser dans
- La caractérisation expérimentale du cœur thermoacoustique en tenant compte de sa complexité géométrique, du gradient de température qui s’établit le long de celui-ci, des forts niveaux de travail,
- La caractérisation expérimentale des conditions aux limites des différents éléments de la machine, particulièrement critiques dans une machine compacte du fait de la proximité des éléments clés : sources, échangeurs, régénérateur. Ces conditions aux limites seront considérées conjointement sous l’angle de la dynamique du fluide oscillant et sous l’angle des transferts thermiques.
- La modélisation des phénomènes non linéaires complexes à la base des deux alinéas ci-dessus.
Au terme de ces deux premiers défis, des propositions issues de la qualification exhaustive de la machine et des études fondamentales des phénomènes non linéaires néfastes au rendement, seront formulées. Elles permettront de faire progresser les systèmes compacts thermoacoustiques vers de meilleures performances. Ce travail de synthèse constitue le premier volet du dernier défi. Le second volet, lui aussi orienté vers l’obtention de performances accrues du système, vise à initier des travaux de conception d’une source dédiée à un système à deux cœurs thermoacoustiques. L’ensemble de ces travaux devrait permettre d’aboutir à la proposition d’un système compact à deux cœurs rivalisant avec les systèmes de climatisation automobiles classiques en terme de performances et d'encombrement.