Conception des systèmes de stockage et de gestion thermiques pour les véhicules électriques basés sur l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP).

Le développement des systèmes photovoltaïques et des véhicules électriques est dépendant de celui des batteries. La gestion thermique efficace des batteries est nécessaire pour leur assurer une meilleure performance, une autonomie et une durée de vie optimale. Les systèmes de refroidissements actifs (air/ liquide) sont les plus utilisés comme systèmes de gestion thermique. Cependant, ces systèmes sont coûteux en matière de consommation énergétique, d'investissement et de maintenance. L'utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) pour l'absorption de la chaleur générée par les batteries peut représenter une alternative moins coûteuse et plus facile à mettre en œuvre. Cependant, les MCP possèdent une faible conductivité thermique (0.15- 0.4 W/(m. K)) qui limite les capacités d'échanges thermiques et réduit la cinétique de changement de phase solide liquide. Afin d’augmenter la capacité d'échange thermique entre la batterie et le MCP, des matériaux à haute conductivité thermique, comme les mousses métalliques peuvent être ajoutés. En effet les mousses métalliques (MM) possèdent des caractéristiques spécifiques telles qu’une porosité élevée (entre 0.8 et 0.98), une grande conductivité thermique et une large surface de contact par unité de volume. Cela les installe dans une position de bonne solution potentielle pour l'intensification du transfert thermique.

L'objectif de cette thèse est de concevoir des systèmes de stockage et de gestion thermiques pour les véhicules électriques basés sur l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) et de démontrer leurs faisabilités fonctionnelles et industrielles.

Notre expertise au niveau de la gestion thermique des batteries et les propriétés thermiques et des matériaux composites avec changement de phase nous permet d’envisager d’optimiser les transferts thermiques en développant de nouveaux matériaux à changement de phase. Nous nous proposons d’étudier les mécanismes de transfert thermique au sein de matériaux composites constitués d’une matrice thermo diffusantes et d’un matériau à changement de phase (MCP), de voir l’évolution de ces propriétés avec la température et l’état du MCP, d’étudier le stockage et la restitution de l’énergie ; dans l’objectif final d’optimiser les transferts thermiques. Certains composites seront réalisés spécifiquement pour pouvoir être utilisés pour la modélisation des transferts.

Simulation numérique : Dans le cadre de ce projet un modèle numérique de CFD sera développé et valider expérimentalement.

Expérimentation : Une plateforme expérimentale sera développée pour caractériser les composites développées. 

Précision sur le projet : La thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet[1] « MCP+ » qui fait partie des 8 lauréats du CORAM 2021 (Comité d’orientation pour la recherche automobile et mobilité). (Consortium : Ariamis Engineering, Areelis Technologies, E4V, Mann Hummel, Université Paris Est Créteil CERTES et ESTACA).

Le CERTES a été créé en 2001. Articulé autour de la Physique des Transferts, ses compétences se déclinent dans le domaine de l’expérimentation, de la modélisation et du traitement du signal.

Le champ d’application de ses recherches recouvre la Thermique Industrielle, l’Énergétique, l’Environnement et les Matériaux ; les contrats et collaborations avec des industriels ou des centres de R&D dans ce domaine montrent l’implication des chercheurs du Laboratoire dans le transfert industriel.

Le CERTES  est une équipe d’accueil (EA 3481) de l’Université Paris-Est Créteil, membre de l’ OSU Efluve et dirigée par le Professeur Evelyne Géhin.

Il regroupe des enseignants-chercheurs de l’IUT de Créteil-Vitry, de l’IUT de Sénart-Fontainebleau et de l’UFR de Sciences et Technologies de l’UPEC, répartis sur les sites de Créteil et de Sénart. Le CERTES accueille des doctorants de l’Ecole Doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement de l’Université Paris-Est.

Conditions restrictives sur les candidatures :

 
Bonne mention en Master 2

Compétences : CFD, Transfert de chaleur et de masse, Simulation numérique, Matériaux à changement de phase, stockage de l'energie thermique, propriétés thermo physiques des composites avec changement de phase. Gestion thermique des sources chaudes (batteries, PIV,…).  

Dimensionnement des échangeurs, Connaissances solides en thermique. 

Connaissance solide des outils de Simulation numérique. 

L.e.a candidat devra posséder une bonne maîtrise de la langue Anglaise afin de rédiger sans difficultés divers documents.

L.e.a candidat.e sera par ailleurs amené à faire des réunions avec les constructeurs automobile, à lire et rédiger des rapports et des publications et à s'exprimer en anglais lors de conférences internationales et des réunions avec les partenaires industrielles.