Modélisation et mesures expérimentales sur un collecteur solaire hybride PV/T couplé à une pompe à chaleur au CO2

De façon générale, les recherches sur l’énergie solaire sont justifiées par les problématiques environnementales et socioéconomiques issues de la prépondérance du trio fossile dans le mix énergétique mondial. Le Québec possède toutefois des particularités qui le distinguent au niveau énergétique tel que la disponibilité d’énergie électrique non polluante d’origine hydraulique. Le présent projet porte sur une meilleure utilisation de cette électricité par le couplage d’une pompe à chaleur au CO2 avec des collecteurs solaires photovoltaïques/thermiques. En effet, les pompes à chaleur sont plus efficaces que les plinths électriques typiquement employées pour le chauffage résidentiel au Québec. De plus, le CO2 fait partie des réfrigérants naturels qui possèdent un potentiel de réchauffement climatique inférieur à celui des réfrigérants typiquement utilisés dans les pompes à chaleur. Ses avantages environnementaux le rendent donc moins vulnérable au durcissement de la réglementation. Au cours de ce projet, un banc d’essai permettant la comparaison de trois types de collecteurs solaires a été développé. De plus, ce banc d’essai comporte une pompe à chaleur transcritique au CO2 qui utilise les collecteurs solaires comme évaporateur à expansion directe. La chaleur extraite des collecteurs solaires est rejetée dans la boucle d’eau mitigée de l’École de technologie supérieure de Montréal alors que les collecteurs solaires sont installés sur le toit. Dans un premier temps, un modèle détaillé d’absorbeur solaire est proposé. Il tient en compte les aspects thermique, électrique et optique. Ce modèle s’accorde très bien avec les mesures expérimentales réalisées sur le banc d’essai. Il permet de modéliser de façon détaillée l’absorbeur solaire des trois collecteurs intégrés au montage expérimental. Ce modèle a été validé expérimentalement à l’aide de mesures prises durant une journée ensoleillée. Au niveau thermique, une différence inférieure à 2 [°C] est obtenue sur la mesure de température en un point de la plaque. De même, la distribution de température en 2-D a été comparée à une photo de l’absorbeur solaire prise à l’aide d’une caméra thermique. Finalement, au niveau photovoltaïque, la puissance électrique mesurée diffère des résultats numériques d’au plus 7 [%]. La différence s’explique entre autres à cause d’un problème d’ombrage causé par un autre montage expérimental installé à proximité sur la toiture. Par la suite, un modèle semi-transitoire d’un réservoir de stockage d’eau chaude intégrant un échangeur hélicoïdal noyé est présenté. Du CO2 à l’état supercritique circule dans l’échangeur et la stratification thermique sur la hauteur du réservoir est prise en compte. Le réservoir sert de refroidisseur de gaz pour une pompe à chaleur transcritique au CO2 et les résultats de l’opération du réservoir sont présentés dans deux modes de fonctionnement différents. Ils incluent le champ de température au long de l’axe vertical du réservoir ainsi que l’évolution des différentes variables (pression, température, vitesse, etc.) au long de l’échangeur CO2 pour différents pas de temps. Le modèle de stratification thermique du réservoir a été validé à travers une comparaison avec le Type 534 du logiciel TRNSYS alors que le modèle d’écoulement de CO2 a été comparé à des résultats expérimentaux issus de la littérature. Ensuite, le modèle d’écoulement du CO2 dans un tube est intégré au modèle d’absorbeur solaire de façon à modéliser l’ensemble des performances thermiques et électriques de l’évaporateur solaire. Des résultats numériques en régime permanent sont présentés selon quatre scenarios qui dépendent à la fois du refroidissement du module photovoltaïque et de son mode d’opération électrique. L’évaporateur solaire est alternativement connecté à une résistance électrique fixe ou à un système permettant d’extraire le maximum de puissance électrique. La distribution de température en 2-D de l’absorbeur solaire, l’évolution des variables du CO2 au long du tube (pression, température, vitesse, etc.) ainsi que le point d’opération électrique sont alors comparés pour les différents scénarios. Refroidir le collecteur solaire permet de récupérer plus de 1 [kW] thermique en réduisant du même coup la température des cellules photovoltaïques de plus de 25 [°C]. Parallèlement, la production électrique du collecteur solaire augmente et dépasse la puissance maximale obtenue dans les conditions de reference de la norme internationale IEC 60904-3. De façon plus générale, le rendement combine regroupant la production électrique et thermique du collecteur solaire a atteint 72,3 [%] dans les conditions de simulation. Ces trois contributions innovantes et originales ont été reconnues comme telles par la communauté scientifique internationale comme le démontre la rapide publication des résultats dans des revues à haut facteur d’impact et ce avant même la soutenance de cette thèse. En définitive, la présente thèse s’est intéressée au développement d’outils numériques pour la simulation d’un évaporateur solaire hybride photovoltaïque/thermique et d’un réservoir de stockage de la chaleur utilisé comme refroidisseur de gaz. Ces éléments sont essentiels au développement d’une pompe à chaleur au CO2 qui pourrait être utilisée comme système de chauffage résidentiel. Parallèlement, un système incluant la pompe à chaleur et les collecteurs solaires a été conçu, fabriqué, instrumenté et mis en service

Modélisation, conception et simulation des performances d'un collecteur solaire aéraulique à tubes sous vide en milieu nordique

La consommation d’énergie mondiale ne cesse de croître d’année en année. Elle repose principalement sur l’utilisation des combustibles fossiles ce qui entraîne diverses problématiques notamment au niveau environnemental et socio-économique. Au Canada, c’est 80% de l’énergie du secteur résidentiel qui est utilisée sous forme de chaleur que ce soit pour le chauffage des maisons ou de l’eau domestique. Cette chaleur pourrait être adéquatement fournie par des collecteurs solaires thermiques qui convertissent le rayonnement solaire en chaleur. Malgré les nombreux collecteurs solaires disponibles sur le marché, différents défis restent à relever en lien avec les rigueurs du climat canadien. L’objectif principal de ce projet vise à développer un collecteur solaire à tubes sous vide chauffant de l’air adapté aux conditions climatiques nordiques du Canada. De façon générale, les besoins et les spécifications auxquels le prototype doit répondre ont été établis. Par la suite, trois concepts de collecteur ont été développés. Le premier utilise les tubes sous vide standard en forme d’éprouvette. Le second se base sur une nouvelle technologie de tubes sous vide ouvert aux deux extrémités. Finalement, le dernier utilise la technologie des tubes caloducs. Sur la base de critères définis par les besoins et spécifications, les concepts ont été évalués et c’est le collecteur à tubes sous vide ouvert aux deux extrémités qui a été retenu. Un modèle permettant de prédire les performances du collecteur était alors nécessaire afin de fixer différents paramètres de conception. Un modèle de l’échange thermique dans un tube sous vide a alors été développé en 4 temps. Un premier modèle développé pour le régime permanent permet de prédire la température de stagnation du tube pour un rayonnement solaire, une température extérieure et une vitesse de vent donné. Le modèle a ensuite été généralisé au cas transitoire afin de le valider pour des conditions réelles d’utilisation. Un banc d’essai et des essais expérimentaux ont permis de comparer les températures de stagnation mesurées et simulées. Une erreur quadratique moyenne au niveau de la température de stagnation de 2 % a alors été constatée. Par la suite, un modèle en régime permanent permettant de prédire la température de sortie du fluide caloporteur circulant dans le tube a été proposé. La généralisation au cas transitoire a encore une fois permis d’effectuer une validation expérimentale du modèle. Une erreur moyenne quadratique sur la température de sortie du débit d’air de 0,2 % a alors été constatée. De plus, un prototype préindustriel de collecteur solaire à tubes sous vide utilisant l’air comme fluide caloporteur et opérant en boucle ouverte est proposé en conclusion de ce mémoire. Des problèmes de robustesse des tubes sous vide ouverts aux deux extrémités qui ne résistent pas à la surchauffe ont toutefois empêché la réalisation physique d’un prototype. Finalement, différentes pistes de travaux futurs ont été proposées telles que l’étude de l’écoulement à l’intérieur du collecteur par étude numérique CFD et l’analyse par plan d’expérience de différents paramètres inclus dans le modèle développé à l’intérieur de ce projet

Investigating perceptions of cohesion, performance, and satisfaction in sport officiating groups

Since sport officials constitute instrumental groups, their perceptions of, and interactions with, group members likely influence their performance, satisfaction, and retention. This warrants investigation into sport officiating groups. Rationale/Purpose: (1) Examine the relationship between sport officials’ cohesion, satisfaction, and performance; (2) Investigate sport officials’ perceptions of cohesion across sports; and (3) Explore sport officials’ perceptions of group processes. Design/Methodology/Approach: Using a cross-sectional design, participants (N = 228) completed a survey measuring perceptions of cohesion, performance, and satisfaction. Findings: Responses demonstrated consistent positive relationships between cohesion, performance, and satisfaction. Path analysis found that task cohesion predicted performance and satisfaction. Participants rated task cohesion higher than social cohesion, with American football highest and Association football lowest. Practical implications: Officiating organizations can use these results to reconsider assigning practices and develop strategies that improve cohesion, leading to increased performance and retention. Research contribution: Results highlight the need for sustained research to further understand how group processes influence sport officials and their performances. This study is novel as there is a dearth of research on how group dynamics influence sport officials’ performances and retention.</p

Approche paramétrique pour le traitement des signaux ultrasonores : Application à la caractérisation des défauts

La caractérisation des défauts est un objectif majeur en contrôle non destructif. Lors d'un contrôle ultrasonore on n'a pas accès aux défauts, mais seulement à leur représentation à travers les phénomènes physiques mis en jeu et se matérialisant sous la forme d'un signal ultrasonore. L'interprétation de ce signal est souvent difficile et nécessite une certaine expérience de la part de l'opérateur humain. Nous montrons dans cet article l'intérêt d'une approche paramétrique quant à l'extraction, à partir des signaux ultrasonores, de l'information utile concernant le défaut. Il s'agit d'une méthode dont le but est la mise en évidence d'éléments permettant la caractérisation des défauts et qui conduit à une amélioration de la résolution

Détection et localisation de défauts en échographie ultrasonore

L'interprétation des images ultrasonores est un problème délicat. La durée temporelle de l'onde émise par le traducteur, sa déformation au cours de sa propagation et la largeur du faisceau rendent difficile la détection et la localisation des défauts. Afin d'accroître la résolution des images ultrasonores, nous présentons un traitement en deux étapes. Chaque signal composant l'image est déconvolué séparément par rapport à un même signal. On augmente ainsi la résolution axiale et on met en forme les données pour le second traitement. L'image est ensuite reconstruite grâce à un algorithme de type SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) dont les lois de reconstruction sont calculées à partir d'une simulation numérique du champ rayonné