Note publique d'information : Ce travail représente les résultats de l'auteur obtenues dans le cadre de l'étude
doctorale concernant l'optimisation thermodynamique et économique des machines thermiques
à cycle inverse à deux et trois réservoirs de chaleur. Dans la première partie du
mémoire on présente des modèles thermodynamiques des machines à froid et pompes à
chaleur à deux réservoirs (endoréversibles ou irréversibles), en utilisant la thermodynamique
en temps fini. On maximise le coefficient de performance et implicitement le rendement
exergétique, ce qui corresponde au minimum de création d'entropie interne et externe.
L'existence d'un point optimum de fonctionnement est prouvée. L'optimisation est développée
pour trois types de réfrigérants: R22, R134a et R7l7, afin d'analyser leur influence
sur la performance de la machine et sur les pertes qui apparaissent durant le fonctionnement
réel. L’étude du compresseur à piston selon la thermodynamique en temps fini a été
nécessaire pour un calcul complet de conception et de fonctionnement des machines
thermiques. L'application numérique pour l'ammoniac s'est avérée très intéressante
puisque les résultats obtenues coïncident aux valeurs correspondantes à une consommation
énergétique minimale obtenue lors d'une étude antérieure. Dans le chapitre 3, les
machines à production de froid à compression mécanique de vapeur sont analysées du
point de vue thermoéconomique. Un code de calcul est présenté en deux étapes: dans
la première on établit la configuration technologique de la machine, partant d'un
type de compresseur, on caractérise les points thermodynamiques du cycle de fonctionnement
et on détermine le coût globale de la machine; dans la deuxième étape on utilise des
corrélations technico-économiques pour l'estimation des coûts d'investissement des
différents composants de la machine à froid Ainsi on présente une évaluation continue
des coûts et non plus discrète comme dans la première étape de code de calcul. Une
application numérique de l'optimisation thermoéconomique est présenté pour une machine
à froid à compression mécanique de vapeur de petite taille, en utilisant la Méthode
Généralisée du Gradient Réduit Afin d'améliorer le rendement exergétique de la machine,
une autre méthode d'optimisation thermoéconomique est développée: la méthode de décomposition
qui permet l'optimisation du système globale par une suite d'optimisations locales
et qui utilise des corrélations exergoéconomiques pour l'estimation des différents
coûts. Il faut souligner la difficulté de l'obtention et de couplage des documents
technico-économiques et du développement des corrélations coût - paramètres techniques
ou bien exergétiques. Dans la dernière partie de ce mémoire, l'auteur propose une
présentation générale des machines trithermes : machines à froid, pompes à chaleur
et thermotransformateurs, selon la thermodynamique en temps fini. Trois modélisations
sont développées, selon trois adimensionnements possibles, rapportés au réservoir
de haute température, de température intermédiaire ou de basse température. Une étude
de sensibilité du coefficient de performance en fonction des variables adimensionnées
est menée afm de savoir où et comment changer ces variables pour améliorer la performance
de la machine. Chaque type de machine est analysé pour deux cas possibles: endoréversible
(sans création d'entropie interne) et endo et exoirréversible (avec création d'entropie
interne et externe). On développe ensuite des expressions analytiques des pincements
optimums de température au niveau des réservoirs qui correspondent an maximum du coefficient
de performance des machines à froid, pompes à chaleur et thermotransformateurs. On
considère une contrainte conservatrice sur la conductance totale du système ce qui
corresponde du point de vue qualitatif à la contrainte conservatrice sur la surface
totale d'échange de chaleur ou sur le temps de contact au niveau des réservoirs. L'analyse
thermoéconomique des machines trithermes est seulement commencée dans cette étude
par l'analyse du cas plus simple des machines dithermes qui représentent des cas limites
des modèles présentés. Ces considérations seront utilisées pour une optimisation thermoéconomique
des machines trithermes, basée sur la minimisation des irréversibilités internes et
externes étant donné que ces irréversibilités ont un impact direct sur le coût de
fonctionnement.