Thèse en Mécanique des Structures

Objet : Conception et dimensionnement d’un élément de stockage d’eau chaude intégrant des contraintes de légèreté, connectivité, durabilité et efficacité énergétique.

Intitulé du doctorat : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces de l’université de Lille.

Laboratoires d’accueil : IMT Nord Europe, Centre de recherche, d’enseignement et d’innovation Matériaux et Procédés (CERI MP)

Partenaire industriel : elm.leblanc, Drancy, France

Contexte industriel

La thèse s’inscrit dans un partenariat fort avec elm.leblanc, le leader français du confort thermique qui conçoit et fabrique en France des solutions de chauffage et de production d’eau chaude au gaz et aux énergies renouvelables. Elm.leblanc est une entreprise fortement engagée dans la R&D pour apporter des solutions technologiques permettant d’offrir le meilleur rapport qualité/prix aux utilisateurs.

Le chauffage, la production et le stockage d’eau chaude représentent la majeure partie des dépenses énergétiques des foyers. La fonction de stockage, quel que soit le système de chauffage, constitue un élément clé pour réguler la consommation d’énergie et le confort. Dans cette perspective, l’entreprise cherche à créer l’élément de stockage d’eau chaude sanitaire du futur, qui soit plus performant d’un point de vue énergétique, moins coûteux en matières premières, recyclable, auto-adaptatif et intelligent en fonction des besoins de l’utilisateur final et dont la durabilité est assurée via un contrôle en continu. Ce projet ambitieux répond aux enjeux stratégiques que tout industriel doit relever : innover de manière responsable en prenant en compte, dès la phase de conception, le contexte d’utilisation du produit pour s’adapter à son utilisateur, tout en anticipant la fin de son cycle de vie dans une approche d’économie circulaire.

Mise en place de la thèse :

Les choix de conception sont dictés par de multiples critères, souvent considérés de manière séquentielle, et menant vers des choix qui ne seraient pas forcément optimaux si tous les critères étaient pris dans leur ensemble. En effet, pour permettre une bonne gestion de ces critères, l’impact du procédé de fabrication, des matériaux et des différentes contraintes de service (sollicitations thermomécaniques, vieillissement) sur la tenue mécanique d’un équipement et sur sa durabilité doivent être considérés de manière conjointe. Le procédé de mise en œuvre des composites, par exemple « l’enroulement filamentaire », peut générer des défauts de types porosités et/ou désalignements des fibres dont la répartition et la quantité dépendent de plusieurs paramètres (température, tension des fibres, trajectoires, polymérisation,…). L’intégration de capteurs au sein des matériaux, pour suivre leur état de santé structurale au cours de la vie de la structure, à travers l’évolution de plusieurs indicateurs (contraintes, déplacements, températures, modules élastiques,…) impactera également leurs performances mécaniques. Ces impacts interviennent et évoluent à plusieurs échelles (micro, méso, macro) en fonction des sollicitations appliquées et peuvent conduire prématurément à la ruine de la structure.

La finalité industrielle des travaux de thèse est l’optimisation de la conception d’un élément de stockage d’eau chaude prenant en compte un cahier des charges ambitieux en termes d’efficacité énergétique, d’alimentarité, de légèreté, d’auto-contrôlabilité de son intégrité structurale (self-sensing) et de recyclabilité en fin de vie. Différents travaux numériques et expérimentaux seront menés pour atteindre cet objectif :

• Optimisation de l’intégration des capteurs (piézoélectriques et/ou fibres optiques à réseaux de Bragg) dans les matériaux composites en termes de processabilité et de déploiement (nombre et emplacement) sans dégradation des performances mécaniques du matériau.
• Caractérisation de la microstructure des matériaux fonctionnalisés par micro-tomographie.
• Modélisation multi-échelle et multi-physique du comportement et de l’endommagement des matériaux fonctionnalisés en prenant en compte les défauts de fabrication et la présence des capteurs.
• Conception et dimensionnement de l’élément de stockage répondant aux différentes contraintes réglementaires et d’usages (cahier des charges).
• Validation de la conception de l’élément de stockage sur banc d’essai sous pression hydraulique avec une instrumentation multi-technique (déformation, température, émission acoustique,…).

Ingénieur(e) ou Master 2 avec une formation solide en mécanique des matériaux sur les deux volets numérique et expérimental avec de bonnes connaissances des matériaux composites et éventuellement de leurs procédés de mise en œuvre.

Prise de fonction : 01/10/2021

Date limite de candidature : 10/06/2021

Procédure :

Les candidat(e)s sont invités à envoyer un CV détaillé, les relevés de notes (M1 et M2), une lettre de motivation, et tout autre document permettant d’appuyer la candidature à salim.chaki@imt-lille-douai.fr.

Pour faire acte de candidature, merci de vous connecter sur notre plate-forme de recrutement via le
lien suivant : https://institutminestelecom.recruitee.com/o/these-en-mecanique-des-structures-a-imt-lille-douai

Directeur de thèse :

Dr. Salim Chaki (HDR) : salim.chaki@imt-lille-douai.fr

Co-encadrement :

• Dmytro Vasiukov : dmytro.vasiukov@imt-lille-douai.fr
• Mylène Lagardère : mylene.lagardere@imt-lille-douai.fr