Thèse en Science des Matériaux

Titre: Développement de structures hybrides composites/matériaux changement de phase pour le stockage d’énergie thermique

Intitulé du doctorat : Sciences des matériaux de l’Université de Lille.

Laboratoires d’accueil : IMT Nord Europe, Centre de recherche de Douai

• Centre de recherche, d’enseignement et d’innovation Matériaux et Procédés (CERI MP)
• Centre de recherche, d’enseignement et d’innovation Environnement et Energie (CERI EE)

Partenaire industriel : elm.leblanc, Drancy, France

Nature du financement

Ce projet de thèse s’appuiera sur une solide collaboration inter-IMT et s’inscrit dans le cadre du projet CORENSTOCK financé par l’ANR en partenariat avec elm.leblanc

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, dans un souci d’apporter des solutions technologiques en vue d’offrir le meilleur rapport qualité/prix aux utilisateurs. Pour atteindre ces objectifs, une dynamique d’innovation est cultivée au sein du centre de recherche et développement de l’entreprise.

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 d’ampleur 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 enjeux actuels nous incitent à développer des solutions d’amélioration des performances énergétiques dans les habitations, les équipements de consommations et systèmes et composants industriels. Dans le cas des équipements ayant la fonction de conservation de l’énergie, le choix des matériaux est un des éléments clés. Les matériaux composites sont intrinsèquement des matériaux isolants thermiquement, permettant d’apporter des solutions de conception nouvelles pour tout équipement.

Les Matériaux à Changement de Phase (MCP) ont l’avantage de pouvoir stocker l’énergie thermique et de la refournir lorsque les températures diminuent. Ils sont de différentes types (micro-encapsulé / sol-gel, etc) et ont des plages de température de changement d’état différentes selon leur nature.

L’association des deux matériaux permettraient d’augmenter les performances thermiques/mécaniques des composants et systèmes dans lesquelles ils sont utilisés pour le stockage d’énergie (stockage d’eau chaude par exemple). La validité d’économique du trio matériaux/procédés/performances dépend des propriétés thermo-physique de MCP, du composite et de leur association dans le système développé.

L’objectif est donc de définir, caractériser et associer les matériaux à changements de phase à une structure composite. Différents travaux seront menés séparément/conjointement dans cette thèse à savoir :

• Développement et/ou la mise en œuvre d’outils numériques/analytiques/expérimentaux de caractérisation de la cinétique de fusion/solidification des MCP en fonction des différents paramètres dimensionnels utiles aux choix du système développé et de la répartition des matériaux MCP.
• La caractérisation du comportement du MCP : front de fusion/solidification, mesure de vitesse et température via système optique PIV/PLIF), instrumentation globale, caractérisation de l’influence de la convection sur les performances du MCP.
• L’analyse numérique et expérimentale de la filtration, de l’intégration des MCP dans la structure composite en fonction des paramètres procédés.
• L’étude de l’impact de la présence des MCP sur les performances mécaniques et thermiques du matériau / de la structure.
• La caractérisation globale thermo-hydraulique et des cinétiques de stockage/déstockage d’énergie et la définition d’une méthode de suivi des performances en usage du système développé.

Ingénieur(e) ou master recherche avec une formation en matériaux et/ou physique des matériaux et/ou mécanique avec un grand intérêt pour la science des matériaux, ayant un sens pratique permettant de travailler et développer des plateformes technologiques et expérimentales, et ayant une appétence pour l’utilisation d’outils numériques.

Prise de fonction :

01/10/2021

Date limite de candidature :

10/06/2021

Procédure :

Envoyer CV détaillé, relevés de notes (M1 et M2), lettre de motivation, deux lettres de recommandation, un résumé d’une page du mémoire de master ou des stages et tout autre document permettant d’appuyer votre candidature à mylene.lagardere@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-science-des-materiaux-a-imt-lille-douai

Encadrants :

• Mylène Lagardère : mylene.lagardere@imt-lille-douai.fr
• Jules Voguelin Simo Tala : jules-voguelin.simo.tala@imt-lille-douai.fr
• Amir Bahrani : amir.bahrani@imt-lille-douai.fr