Sélection multi-critères et caractérisation de matériaux à changement de phase imprégnant des structures modulaires pour le stockage d'énergie thermique. // Multi-criteria selection and characterization of phase change materials impregnating modular struc

Le stockage d'énergie thermique a un rôle majeur à jouer pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle et le stockage indirect de l'électricité générée par des sources d'énergies renouvelables intermittentes. Les performances d'un système de stockage d'énergie thermique dépendent de plusieurs facteurs. Le matériau utilisé et son intégration dans le stock sont des éléments essentiels. Les matériaux à changement de phase (MCP), capables d'emmagasiner ou de restituer de grandes quantités d'énergie grâce à leur chaleur latente, sont des candidats prometteurs pour intégrer des modules compacts de stockage. Cependant, le choix du MCP approprié n'est pas toujours évident car il dépend d'un ensemble de critères thermiques, mécaniques, économiques et environnementaux, ainsi que de son intégration dans des matrices poreuses (métaux, composites, structures à haute conductivité, etc.).

L'objectif principal est de proposer une méthodologie robuste pour la sélection, la caractérisation et l'intégration de matériaux à changement de phase dans les modules de stockage thermique à base de céramique recyclée.
Les sous-objectifs sont :
• Élaborer une démarche de sélection multi-critères (techno-économique, environnementale,…) de MCP adaptés aux températures visées ;
• Caractériser expérimentalement les performances thermo-physiques des MCP puis des couples MCP/support (stabilité, cyclabilité, corrosion, etc.) ;
• Étudier l'interaction entre le MCP et la structure d'imprégnation
• Proposer des modèles de transfert thermique pour simuler le comportement du module en conditions d'usage.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thermal energy storage plays a key role in recovering industrial waste heat and indirectly storing electricity produced by intermittent renewable energy sources. The performance of a thermal energy storage system depends on several factors, among which the material used and its integration into the storage module are essential. Phase change materials (PCMs), capable of storing and releasing large amounts of energy through their latent heat, are promising candidates for compact storage modules. However, selecting a suitable PCM is not straightforward as it depends on a set of thermal, mechanical, economic, and environmental criteria, as well as on its integration into porous matrices (metals, composites, high-conductivity structures, etc.).

The main objective is to propose a robust methodology for selecting, characterizing, and integrating phase change materials into thermal storage modules made from recycled ceramics.
The sub-objectives are:
• Develop a multi-criteria selection approach (techno-economic, environmental, etc.) for PCMs adapted to the target temperatures;
• Experimentally characterize the thermophysical performance of the PCMs and the PCM/module couples (stability, cyclability, corrosion, etc.);
• Study the interaction between the PCM and the impregnation structure;
• Propose thermal transfer models to simulate the module's behavior under operating conditions.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université de Pau et des Pays de l'Adour

211 Sciences Exactes et leurs Applications

• Diplôme d'ingénieur ou Master 2 en énergétique, science des matériaux, physique appliquée ou domaine connexe • Compétences souhaitées en : thermodynamique, transferts thermiques, caractérisation des matériaux, quelques compétences en modélisation numérique et outils de simulation pourront être utiles • Curiosité scientifique, rigueur, sens de l'expérimentation et goût pour l'interdisciplinarité • Maîtrise de l'anglais • La connaissance préalable des matériaux à changement de phase ou des techniques de caractérisation thermique est un plus
• Master's degree or Engineering degree in energy, materials science, applied physics, or related fields • Desired skills: thermodynamics, heat transfer, materials characterization; some knowledge of numerical modeling and simulation tools is expected. • Scientific curiosity, rigor, experimental aptitude, and an interest in interdisciplinary work • Working proficiency in English • Prior knowledge of phase change materials or thermal characterization techniques is an advantage