Matériaux composites thermoélectriques et pyroélectriques à matrice polymère, pour la transformation de la chaleur fatale en énergie électrique

Dans le cadre du projet Interreg THERMOHARV, l'équipe Ingénierie des Systèmes Polymères (ISP) du laboratoire UMET de l'Université de Lille en partenariat avec le Service des Matériaux Polymères (SMPC) de l'Université de Mons, recherchent un·e doctorant·e pour un projet innovant sur la conception de matériaux composites thermoélectriques et pyroélectriques à matrice polymère, pour la transformation de la chaleur fatale en énergie électrique dans le domaine du "bâtiment du futur".

Cette thèse a pour objectif la synthèse, la caractérisation et l’optimisation des propriétés de nanocomposites souples à matrices thermoplastiques de polyuréthane (TPU) chargés en nanoparticules conductrices ou ferroélectriques, capables de présenter des réponses thermoélectriques ou pyroélectriques (conversion énergie thermique / énergie électrique) pour être intégrés dans des systèmes de récupération de chaleur fatale dans le domaine du bâtiment (résidentiel, industriel ou tertiaire). D’une part, les charges conductrices seront des nanotubes de carbone qui, à teneur élevée (> 15% en masse), confèrent aux composites des propriétés thermoélectriques intéressantes. D’autre part, les charges ferroélectriques seront des nanoparticules électroactives de type titanate de baryum (BTO) capables d’induire des propriétés pyroélectriques aux matériaux. Un travail d’optimisation de la matrice sera également réalisé afin d’améliorer les propriétés thermo et pyro (modifications chimiques et/ou morphologiques). L’objectif de la thèse sera d’étudier l’impact de la mise en œuvre, de la structure/morphologie, du type de charges, de leur teneur et de leur dispersion, afin d’obtenir les composites avec les propriétés thermoélectriques ou pyroélectriques les plus élevées.

Le laboratoire « Unité Matériaux Et Transformations » (UMET, UMR CNRS 8207) a une
activité de recherche centrée sur la science des matériaux. Les champs d’applications sont variés et à l’interface de nombreuses disciplines (géophysique, pharmacie, biologie-santé, mécanique, systèmes...). L’UMET est divisée en 7 équipes. L’équipe Ingénierie des Systèmes Polymères offre une multidisciplinarité relative aux matériaux polymères. Un des grands axes de recherche de cette équipe est dédié aux matériaux pour la conversion d’énergie, et notamment la récupération d’énergie mécanique (piézoélectricité) et d’énergie thermique (thermoélectricité, pyroélectricité) pour générer de l’ énergie électrique. L’équipe Ingénierie des Systèmes Polymères de l’UMET possède une solide expertise dans le domaine des relations entre l’élaboration, la (micro)structure et les propriétés physiques de polymères et/ou composites à matrice polymère. L’étude de ces matériaux s’appuie sur les plateformes de l’Institut Chevreul (microscopie électronique et diffraction/diffusion des RX) et sur le plateau Récupération d’Energie récemment créé au sein de l’UMET pour la mesure des propriétés diélectriques, ferroélectriques, piézoélectriques, thermoélectriques des matériaux.

L’institut de recherche MATERIAUX de l’UMons établit comme un acteur reconnu internationalement dans le domaine des Sciences et Ingénierie des Matériaux, regroupe 16 laboratoires de recherche de l’université et s’appuie sur l’expérience de 185 chercheurs, dont les compétences sont multidisciplinaires et complémentaires. L’institut développe principalement ses activités à travers des projets de recherche collaboratifs, avec actuellement 65 projets en cours. Il dispose d’un accès à un parc technologique performant et adapté à ses différents domaines d’expertises, lui permettant de couvrir un large spectre d’activité. Le laboratoire impliqué dans le projet est le Service des Matériaux Polymères (SMPC) qui possède une solide expérience dans la synthèse, la préparation et la caractérisation de polymères et de (nano)composites ainsi que dans la structuration des matériaux et l’étude de leur fin de vie.

Le·a candidat·e devra être titulaire d’un master ou diplôme d’école d'ingénieur·e en physico-chimie ou chimie des polymères ou des matériaux. Il·elle devra avoir un goût prononcé pour le travail expérimental ainsi que de bonnes aptitudes de communication orale et écrite (au moins en anglais) pour présenter ses travaux en congrès et rédiger des articles dans des revues scientifiques internationales. Le·a candidat·e devra également être apte à travailler en équipe et à interagir avec tous les collègues sur ce projet pluridisciplinaire. La thèse, d’une durée de 4 ans, se déroulera pour 2 ans à l’Université de Mons, Institut de recherche Matériaux et pour 2 ans à l’Université de Lille, laboratoire UMET, mais compte-tenu de la proximité géographique des 2 sites, des déplacements ponctuels entre les 2 unités seront à prévoir au cours de la thèse.