La décarbonation de l'industrie est un enjeu majeur pour limiter les impacts environnementaux des activités humaines. Particulièrement, les besoins énergétiques des industriels en chaleur haute température (> 250°C) sont conséquents et difficiles à décarboner car l’apport en énergie requis est considérable. Les cycles thermodynamiques des pompes à chaleur (PAC), tel que le cycle de Brayton Inverse (BI), permettent d’utiliser les rejets de chaleur industrielle, appelés chaleur fatale, pour produire de la chaleur plus haute température utilisable par les procédés. Cependant, l’efficacité énergétique des PAC est limitée pour la production de chaleur > 250°C à partir de chaleur fatale < 100°C. Par ailleurs, un prototype fonctionnel de transformateur de chaleur à absorption (AHT pour Absorption Heat Transformer en anglais) pouvant générer à moindre coût énergétique de la chaleur > 100°C à partir de chaleur fatale à 80°C a été développé au laboratoire.

Cette thèse propose donc d’étudier une solution de PAC haute température hybride combinant un AHT avec un cycle de BI. Le concept d’hybridation consiste à utiliser l’AHT pour relever le niveau de température de la chaleur fatale à une température > 100°C et de la fournir au cycle BI pour permettre à ce dernier de générer de la chaleur > 250°C avec une faible consommation énergétique. Ainsi ce système propose une solution pour répondre aux besoins des industriels en chaleur décarbonée. Les problématiques principales liées à ce système hybride sont le choix d’architectures de couplages pertinentes et l’étude et le développement des interfaces d’échanges thermiques.

Ce travail de recherche nécessitera la maîtrise des outils de modélisation des cycles thermodynamiques et des échangeurs de chaleur. La thèse aura également un aspect expérimental, car la validation des résultats numérique sur un banc de test du laboratoire est attendue.