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Récupérer l’énergie des gaz d’échappement : la technologie Rankine

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IFP Energies nouvelles (IFPEN) conduit actuellement des travaux de recherche sur le système Rankine pour récupérer la chaleur perdue dans les gaz d’échappement et la transformer en énergie mécanique ou électrique.

Même si les motorisations des véhicules ont accompli ces dernières années des progrès significatifs en matière de réduction de la consommation et d’émissions de CO2, l’amélioration de leur efficacité énergétique reste un enjeu important.

Des technologies existent afin de récupérer l’énergie calorifique du carburant perdue dans les gaz d’échappement et dans l’eau de refroidissement pour la transformer en énergie mécanique ou électrique.

Parmi les technologies existantes de récupération de la chaleur des gaz d’échappement, IFPEN a choisi d’explorer le procédé thermodynamique Rankine qui apparait comme le plus mature pour un développement industriel à moyen terme.

Le système Rankine permet de transformer la chaleur via un échangeur dans lequel circule un fluide. Au contact des gaz d’échappement, le fluide se transforme en vapeur sous pression, laquelle va alimenter une turbine. La rotation de cette turbine produit alors de l’énergie mécanique.

L’enjeu, pour une application automobile, est de développer un système performant et fiable, avec des matériaux et composants peu coûteux. Le contrôle commande est particulièrement délicat, la quantité de chaleur dégagée par les gaz d’échappement étant imprévisible et très variable. La miniaturisation de cet équipement constitue également un défi technique majeur.

Pour optimiser le rendement du procédé, IFPEN conduit des travaux de recherche sur :

  • la compréhension des phénomènes physiques aux différentes étapes du procédé ;
  • l’identification des fluides de fonctionnement les mieux adaptés : eau, éthanol, Hydro Fluoro Carbon (HFC) etc. ;
  • le choix des composants mécaniques les plus performants, et notamment de la machine de détente ;
  • la simulation du système pour le dimensionnement et la validation des composants ;
  • les tests de validation dans les bancs d’essais moteur ;
  • le contrôle : IFPEN développe des algorithmes pour optimiser le transfert de chaleur, le débit des fluides et le régime de rotation de la turbine.

IFPEN participe, dans ce cadre, au projet TIGRE, soutenu par le fonds démonstrateur de recherche de l’Ademe et piloté par Renault Trucks.

TIGRE vise à mettre au point des technologies innovantes pour des poids lourds économes. Un système embarqué de récupération d’énergie, sur la base du procédé Rankine est en cours de développement. IFPEN est en charge des essais sur banc moteur et du développement du contrôle commande du système.

Avec une réduction potentielle de 10 % de la consommation de carburant, la technologie Rankine offre des perspectives intéressantes. Si elle peut être envisagée, dans un délai de 3 à 5 ans pour des flottes captives, l’adaptation à des véhicules particuliers sera opérationnelle à beaucoup plus long terme.


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    6 Commentaires sur "Récupérer l’énergie des gaz d’échappement : la technologie Rankine"

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    Lionel_fr
    Invité

    Rankine et Stirling me semblent plus adaptés aux bateaux qu’aux véhicules terrestres. Renkine necessite de l’eau propre qui est perdue dans le cycle. Stirling ne perd rien mais a moins de couple et de rendement. Tous deux bénéficient grandement de la source froide disponible à tous moments sur les bateaux alors qu’à terre , celle-ci n’est disponible que quand on roule. M’enfin, je ne fabrique pas de bagnole. Si BMW qui travaillait déjà sur Rankine en 2005, me dit qu’en remplissant un reservoir d’eau à chaque plein , je consommerai moitié moins , je ferai chapeau bas respectueusement

    Mamouth
    Invité

    En théorie, rien n’indique dans le cycle de Rankine que l’eau est perdue. Les machines à vapeur fonctionnaient souvent en cycle ouvert et donc consommait de l’eau, mais avec une source froide (radiateur), on peut théoriquement fonctionner en cycle fermé.

    gaga42
    Invité

    A signaler aussi, dans le même ordre d’idée, les travaux menés par le CEA LITEN et l’Ecole des Mines de Saint-Etienne sur la récupération de l’énergie des gaz imbrulés à l’aide de piles à combustible de type « SOFC monochambre ». L’application est plutôt « moteurs d’avion », les premières publications… bientôt!

    traonvouez
    Invité

    1°) if faut aussi stocker la chaleur de l’échappement, de même qu’on stocke l’électricité sur les véhicules hybrides 2°)la chaudière à vapeur existe déjà 3°) le gazogène était utilisé dans les années 40 donc pas besoin de millions d’euro de R&D

    fredo
    Invité

    comme d’habitude les publications IFP, comme celles du CEA (même s’il ne faut pas les confondre, du moins pour l’instant), sont des tentatives de justification de leurs budgets de fonctionnement ou de siphonnage des budgets d’investissement d’avenir. comme l’a indiqué Lionel, BMW a déjà déposé un brevet depuis longtemps sur le sujet sans application industrielle à ce jour (le stop and start a eu plus de succès) . Nous allons voir si l’arrêt des subventions aux énergies fossiles du nouveau président incluera la suppression de la subvention sous toutes ses formes de l’Etat à l’IFP.

    Pastilleverte
    Invité
    serait de faire des procès d’intentions.Si ce sont les lettres « P » dans IFP et « EA » (du début pas de CEA-EA) qui font problème, supprimons les. Qu’un institut financé par les pétroliers puisse travailler y compris dans un esprit d’économie de carburants ou rechercher des carburants non fossiles, And so ? Sortez vos dogmes, brandissaient les et f… nous la paix. Que le joyau de la recherche atomique ait aussi lancé des pépinières d’entreprises sur des technologies « d’avenir », bonjour les éléments de langage !) , et se batte contre la vente de brevets à l’étranger et pour les garder en aidant… Lire plus »
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