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International audience; Thermal storages are components used in energy systems, such as district heating networks or thermal power plants, in order to decouple the supply of heat from its use. Usage rate of monophasic thermocline storages is highly dependent on the thermal gradient zone inside the fluid, also named thermocline. While thermal stratification results of a formation phase followed by a degradation phase, the early stages of thermocline establishment is primarily responsible for its thickness. CFD allow to consider the multiple physical phenomena involved during the thermocline formation, in particular the buoyancy effects. These effects are usually considered by selecting either a variable density with respect to the temperature or a constant one by using the commonly used (first-order) Boussinesq approximation. However, the former approach implies an increased computational cost, and the latter is only valid for an unclear validity range of temperature difference. Hence, this article suggests the use of a second-order Boussinesq approximation, coupled with a RANS turbulence approach, to better account for buoyancy effects in a turbulent water flow submitted to a large temperature differences. CFD results obtained with a quadratic Boussinesq approximation are similar to the one obtained with a variable density but with a computation time reduced by half. This approach is applied to the issue of reducing the thermocline thickness during its creation and the impact of linear flow rate ramps is assessed on both a uniform and initially stratified storage. On an initially cold tank, results show that the longer the ramp time, the thinner the thermocline. In contrast, on the initially stratified tank tested, a gradual injection shows no significant reduction of the thermocline thickness. This can be relevant when performing storage management enhancement.

Un réservoir thermocline stocke de la chaleur sensible. Son fonctionnement est basé sur la coexistence de deux zones : une froide (en bas) et une chaude (en haut). Celles-ci sont maintenues grâce à l'écart de masse volumique du fluide, causé par la différence de température. La zone intermédiaire, celle du gradient thermique, est appelée zone thermocline. Plus la stratification est faible, plus le gradient thermique est étalé, et plus l'énergie valorisable diminue. La zone thermocline est donc directement reliée aux performances du stockage. La littérature s'accorde sur le fait que l'épaisseur de cette zone résulte d'une phase initiale de formation (écoulement turbulent) puis d'une phase de dégradation (écoulement laminaire) causée par la conduction au sein du fluide, des phénomènes de mélanges à l'interface chaud/froid et des pertes thermiques aux parois. La formation de la thermocline est le phénomène prépondérant dans son épaisseur d'où la nécessité d'étudier localement la distribution du fluide. Les distributeurs (géométrie, position) et les paramètres opératoires (vitesse d'écoulement, $\Delta$T) sont déterminants dans la stratification mais leur interaction n'est pas encore bien comprise. La vitesse d'écoulement est directement reliée à la puissance extractible du stockage. Actuellement, une vitesse limite d'écoulement de 2 mm/s est communément adoptée pour ne pas déstabiliser la thermocline. Les questions du dépassement de cette limite ainsi que sa dépendance à la température se posent. A ce jour, les données disponibles sont incomplètes pour étudier précisément la formation de la thermocline, notamment en raison d'absence d'instrumentation fine à proximité des distributeurs et de gamme d'essais dont l'étendue n'est pas suffisante. Déterminer la limite de non-stratification, couvrir des essais avec une vitesse d'écoulement supérieure à 2mm/s et une gamme de $\Delta$T suffisante, est la motivation du développement de notre nouvelle installation expérimentale. La CFD est utilisée pour étudier localement la distribution du fluide. Cependant, la turbulence anisotrope imposée par la stratification thermique ainsi que la coexistence d'une zone turbulente avec une zone laminaire au sein du stockage sont des phénomènes complexes à modéliser. Pour obtenir un modèle CFD capable de retranscrire ces phénomènes, l'influence des différentes approximations physiques est dans un premier temps étudiée dans les conditions opératoires issues d'une publication dans laquelle une phase de charge est considérée et le distributeur est un jet impactant. L'eau est injectée à 50.8$^{\circ}$C dans une cuve à 25.9$^{\circ}$C. La vitesse d'écoulement dans la cuve est de 0.76 mm/s. Dans cette configuration, les conditions d'entrée (variables turbulentes, rampe et marche en débit) sont étudiées.