Conception des adsorbeurs et des réacteurs
Systèmes thermiques à sorption solide

Les systèmes à sorption solide appartiennent, comme les systèmes à absorption liquide, à la famille des systèmes trithermes à sorption. Il s’agit de thermotransformateurs qui produisent du froid ou de la chaleur à partir de deux sources de chaleur : l’une à haute température et l’autre à température ambiante.

Dans les deux cas de production de froid ou de chaleur, la force motrice est la chaleur à haute température. Pour la production frigorifique, la somme de la chaleur provenant de la source chaude et du froid produit est rejetée vers un puits de chaleur à température intermédiaire (air ambiant, sous-sol ou eau). En revanche, dans le cas de la pompe à chaleur, c’est la production de chaleur qui est valorisée avec un effet d’amplification puisque la chaleur utile est la somme de celle fournie par la source chaude et de celle provenant de la source gratuite de chaleur (air, sous-sol, rejet thermique, etc.). À noter que ces procédés sont également adaptés pour le stockage de chaleur ou de froid.

Dans un contexte d’économie d’énergie et de lutte contre l’effet de serre, ces procédés à sorption solide connaissent un regain d’intérêt. En effet, ils permettent de valoriser la chaleur fatale et, par ailleurs, les fluides frigorigènes utilisés (eau, ammoniac) présentent un potentiel de réchauffement global GWP nul et ne contribuent donc pas directement à l’effet de serre.

Actuellement, ces systèmes suscitent de nombreuses actions de recherche et développement (R&D) qui se traduisent par l’émergence de produits innovants dont certains devraient trouver un large marché dans un avenir proche. Les secteurs du bâtiment et des transports sont parmi ceux qui manifestent le plus d’intérêt.

La climatisation à partir de chaleur à basse température (rejets thermiques, énergie solaire, etc.) constitue, pour l’instant, l’un des points les plus forts de ces systèmes. Leur avantage par rapport aux systèmes à absorption liquide est de pouvoir opérer à des températures de source chaude plus faibles, ce qui est précieux pour la climatisation à partir de chaleur fatale, et de ne nécessiter aucun élément mécanique. S’agissant de chaleur gratuite, la faiblesse du coefficient de performance (COP) ne représente pas un obstacle rédhibitoire. En revanche, le poids, le volume et le coût constituent à l’heure actuelle des handicaps qui freinent le développement de ces systèmes.

Des recherches récentes sur des matériaux adsorbants innovants (notamment les réseaux organométalliques – MOF) ouvrent des perspectives nouvelles pour obtenir des équipements, plus performants, moins lourds et moins chers. Si ces développements aboutissent, nul doute que le marché de ces systèmes va s’amplifier dans les bâtiments zéro énergie ou à énergie positive, ainsi que dans le transport. D’autre part, le concept de batterie thermochimique offre des solutions intéressantes pour la gestion optimale des sources EnR intermittentes et la valorisation des chaleurs fatales industrielles.

Dans cet article, les différents systèmes à sorption solide sont analysés et leur fonctionnement ainsi que leurs performances sont discutés. Ce sont surtout les systèmes hermétiques qui sont mentionnés ; néanmoins, les cycles ouverts de climatisation ou déshumidification, ou de stockage thermochimique de chaleur sont également abordés. Les principaux produits commercialisés ainsi que leurs performances annoncées sont présentés. Enfin, les efforts de R&D ainsi que les perspectives qu’ils ouvrent sont brièvement exposés.