Développement d'une nouvelle méthode pour visualiser l'écoulement dans les sels fondus pour les technologies d'énergies renouvelables

Dans notre monde contraint par les limites du carbone, développer des technologies de production d’énergie propres, sécuritaires, efficaces, fiables, et peu coûteuses est un des plus grands défis technologiques de notre époque. Les plus grandes puissances économiques investissent de plus en plus à développer des technologies propres dans l’espoir de réduire les gaz à effets de serre pouvant mener à des événements catastrophiques pour notre planète. Entre autres, les sels fondus attirent à nouveau l’attention des industries et chercheurs comme fluides caloporteurs pour des applications solaires et nucléaires. Les sels fondus ont une grande capacité thermique, des limites de températures élevées, des prix peu coûteux et des propriétés neutroniques avantageux. Par contre, les mécanismes de transfert thermique et hydrodynamique des sels fondus demeurent très peu compris dû à l’interaction complexe entre le rayonnement thermique et la convection naturelle. La recherche proposée pour le programme de l’Établissement de la relève professorale offert par le FRQNT permettra à mon groupe de recherche de développer des outils de diagnostic innovateurs qui permettront d’étudier les interactions entre les mécanismes de transfert thermique dans les sels fondus. Les outils que nous développerons favoriseront l’établissement de théories pouvant mener à des technologies de production d’énergie utilisant des sels fondus plus sécuritaires et efficaces, dont les centres solaires thermodynamiques à concentration, le stockage thermique, les réacteurs nucléaires de 4e génération et les technologies d’énergie de fusion nucléaire refroidie par les sels fondus.
Les nouveaux concepts de production d’énergie se fient sur la convection naturelle comme mécanisme de transfert et de mixage thermique. Dans ce cas, le mouvement du fluide est généré par des gradients de température plutôt que de pompes externes, rendant le système beaucoup plus fiable. Les sels fondus sont des fluides caloporteurs à températures élevées qui peuvent absorber et disperser les rayonnements thermiques sur de larges bandes de longueurs d’ondes. Ces rayonnements internes peuvent perturber la distribution de température dans les sels et atténuer la convection naturelle. Cependant, les mécanismes gouvernants ces interactions demeurent inconnus. Un étudiant de 2e cycle et un de 1er cycle participeront à ce projet et deviendront des experts dans les procédés à hautes températures. Ils développeront des techniques à la fine pointe de la technologie pour visualiser le mouvement des fluides soumis à la convection naturelle en utilisant des méthodes de vélocimétrie par image des particules et de thermographie infrarouge. Ces outils seront utilisés pour caractériser l’interaction entre la convection naturelle et le rayonnement thermique dans les sels fondus. La vélocimétrie par image des particules n’a jamais été utilisée dans les sels fondus dans leurs températures élevées et l’environnement corrosif. Ce projet sera donc une contribution majeure en diagnostic du mouvement de fluides à haute température et des sels fondus. Les données scientifiques qui résulteront du projet permettront d’améliorer notre compréhension des sels fondus comme fluides caloporteurs et de développer des modèles analytiques caractérisant leur comportement. Ceci à son tour facilitera l’obtention de permis de conception, de construction, et d’exploitation pour la nouvelle génération de technologie d’énergie propre au Canada