Système de stockage d'énergie par dioxyde de carbone comprimé couplé à l'adsorption : modélisation thermodynamique et expériences

L’intérêt pour le stockage d’énergie résidentiel s’est fortement accru avec le déploiement des énergies renouvelables. Parmi les solutions de stockage à longue durée, le stockage d’électricité par gaz comprimé est une technologie datant des années 1970, mais confrontée à un compromis fondamental entre la densité énergétique volumique (EVR) et le rendement énergétique (RTE). Dans les systèmes à base de CO2 (CCES), atteindre une EVR élevée nécessite généralement la liquéfaction et le stockage à froid, tandis qu’un fonctionnement à température ambiante évite la réfrigération mais requiert des réservoirs de grand volume ; ces deux approches limitent leur compétitivité face aux batteries. Cette thèse étudie un CCES, dans lequel un réservoir contenant un matériau adsorbant augmente la densité effective du CO2 stocké à des conditions proches de la température ambiante. Ce travail présente une analyse fonctionnelle de sélection d’adsorbants industriels et introduit un indicateur reliant la capacité de travail du réservoir de sorption en conditions de pression modulée aux performances énergétiques globales du CCES. Un modèle de simulation dynamique non isotherme du réservoir de sorption modulé en pression a été développé, puis validé dans des conditions expérimentales représentatives, à l’aide d’un réservoir de 17 L contenant un charbon actif sélectionné à partir de l’analyse fonctionnelle précédente. Ce module de simulation prédictif du comportement du réservoir adsorbant a été couplé au modèle dynamique représentatif de l’ensemble des composants du système CCES, tel que développé de Dewevre (2025). Les performances en régime transitoire et pseudo-permanent du cycle CCES couplé à l’adsorption sont ainsi prédites. Les résultats obtenus démontrent des potentiels de gains significatifs de la densité énergétique de stockage induits par le réservoir d’adsorption. Par ailleurs, la prise en compte dans le modèle des variations temporelles de température apparaît indispensable pour évaluer de manière fiable les performances des systèmes de stockage d’électricité CCES couplés à l’adsorption.