Soutenance de thèse : Hamza METTALI

Modélisation et optimisation de la boucle de préchauffage d'un réseau de chaleur bois-gaz intégrant solaire thermique et pompe à chaleur

Doctorant : Hamza METTALI

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon

École doctorale n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Cette thèse traite de la conception optimale de réseaux de chaleur intégrant des divers producteurs de chaleur: pompe à chaleur, solaire thermique, chaudières au gaz naturel/biogaz ou bois couplés à des stockages thermiques à court (TES) et long terme (STES). L'objectif est d'optimiser la conception en minimisant le coût actualisé de la chaleur (LCOH) tout en respectant un taux minimal d'énergie renouvelable (TERmin). Une modélisation Programmation Linéaire en Nombres Mixtes (MILP) détaillée a été développée, intégrant explicitement les températures de fonctionnement de la pompe à chaleur et du solaire, ainsi que les contraintes d'exploitation des chaudières bois et des stockages. Le modèle simule un horizon annuel découpé en 288 pas de 3 heures (36 journées représentatives ont été sélectionnées manuellement, 3 par mois). Deux versions du modèle ont été comparées: FreeTES, sans contraintes sur le stockage, surdimensionne systématiquement le TES (jusqu'à 3 000 m3) et induit des comportements irréalistes ; ConsTES, avec contrainte mensuelle de régularité, réduit le TES à 1 000-1 500 m3 et permet l'apparition d'un STES (rendement 21-23 %). L'analyse de sensibilité révèle que la finesse du pas thermique influence peu le COP moyen de la PAC, qui varie entre 2,0 et 2,4 selon la saison et le scénario, mais affecte la gestion du solaire thermique et la fréquence d'activation de la dérivation (jusqu'à 23 % du temps à 10 °C). Les variations du prix de l'électricité modifient la répartition des technologies, favorisant la chaudière bois en cas de prix élevé, et la PAC en cas de prix bas. Une subvention du biogaz réduit le LCOH d'environ 10 %.