Vers un usage du Xylitol surfondu pour le stockage d’énergie thermique saisonnier

Parmi les matériaux à changement de phase, le Xylitol est un matériau particulièrement prometteur pour le stockage saisonnier de l’énergie solaire. En effet, sa température de fusion est de 91∘C, une chaleur latente élevée de 263 J/g, une surfusion importante, une probabilité de nucléation spontanée très faible et un coût acceptable. Néanmoins, il pose deux problèmes majeurs. Tout d’abord, la barrière énergétique à dépasser pour activer sa nucléation est tellement élevée que sa cristallisation devient quasiment impossible. D’une part, le Xylitol surfondu devient très visqueux quand la température diminue. D’autre part, le passage de l’état liquide à l’état solide fait intervenir un changement de conformation. Ensuite, pour les mêmes raisons, son taux de croissance cristalline est extrêmement bas. Les vitesses maximales de croissance apparaissent autour de 50-55∘C et sont de l’ordre du micron par seconde.

Différentes techniques pour activer la cristallisation du Xylitol surfondu ont été investiguées : l’ensemencement du liquide surfondu avec des cristaux du même produit, l’utilisation d’ultrasons, l’agitation mécanique et le bullage avec de l’air. Les deux premières ont des effets trop localisés et ne seraient pas efficaces à l’échelle du système de stockage. L’agitation mécanique est efficace mais trop intrusive. Par contre, le bullage s’est avéré être une solution simple, peu intrusive, peu coûteuse et prometteuse. Dûment contrôlé, le bullage permettrait de décharger le système de stockage rapidement et au moment voulu. En effet, il serait capable d’induire la nucléation rapidement et dans la totalité de la colonne de Xylitol surfondu, compensant ainsi la faible vitesse de croissance de la phase cristalline. Des études paramétriques et de faisabilité ont donc été menées afin de vérifier si un système de stockage intégrant du Xylitol surfondu dont la cristallisation serait activée par bullage pourrait atteindre les performances nécessaires (temps et puissances de décharges) pour une application au secteur du bâtiment entre autres.