Développement et caractérisation de matériaux à changement de phase pour le stockage thermique appliqué aux systèmes solaires

Contexte général :

La performance des systèmes solaires thermiques dépend fortement de la capacité à stocker l’énergie de manière efficace et stable. Les matériaux à changement de phase (MCP) constituent aujourd’hui une solution clé pour augmenter la densité énergétique et lisser les fluctuations d’ensoleillement.

Cependant, les MCP conventionnels ;   présentent plusieurs limites : origine pétrochimique, impact environnemental élevé, instabilité chimique et difficultés d’intégration. Dans une logique de transition énergétique et de réduction de l’empreinte carbone, le développement de MCP biosourcés et stables dans la plage de température 20- 80 °C (typique de la production d’eau chaude sanitaire) représente une voie particulièrement prometteuse.  Ce stage s’inscrit dans cette dynamique : il vise à concevoir, caractériser et conditionner expérimentalement des MCP durables (biosourcés, stables thermiquement et chimiquement), puis à analyser leur comportement dans un système solaire thermique dédiée à la production d’eau chaude.

Objectifs :

Afin de concevoir des solutions innovantes de stockage thermique, le stage s’articule autour des objectifs suivants :

1.  État de l’art sur les matériaux à changement de phase

• Analyse des familles de MCP (acides gras, cires, composites…).
• Comparaison des propriétés thermo-physiques, des avantages et limites pour la gamme 20-80°C.
• Revue des techniques de conditionnement et des méthodes d'amélioration de la conductivité.

1. Élaboration et caractérisation thermo-physique des matériaux sélectionnés

• Mesure de la conductivité thermique, capacité calorifique et enthalpie de transition.
• Analyse des cinétiques de fusion/solidification et de la stabilité thermique.

2.  Conception et mise en œuvre d’un protocole de conditionnement

• Sélection d’une stratégie d’encapsulation adaptée (macro-encapsulation, matrice, etc.).
• Étude de la compatibilité entre le MCP et son enveloppe.
• Analyse de l’influence de la géométrie et du matériau d’enveloppe sur le transfert thermique, la durabilité et la sécurité.

3. Intégration de la solution de stockage dans un système solaire thermique

• Définition d’une configuration d’intégration adaptée au fonctionnement d’un SST.
• Analyse des contraintes thermiques, hydrauliques et opérationnelles liées au SST.
• Préparation d’un schéma d’intégration et des conditions expérimentales associées.

4. Synthèse et recommandations

• Proposition d'une configuration MCP optimale pour un système solaire thermique.
• Analyse quantitative des performances à l’aide d’indicateurs de performance clés (densité énergétique, efficacité de stockage, stabilité sur cycles, coût environnemental estimé).