Doctorant.e: Caractérisation expérimentale des transferts thermiques diphasiques dans des microcanaux pour le refroidissement des batteries de véhicules électriques

Le poste est à pourvoir au sein du Centre d’Enseignement, de Recherche et d’Innovation Énergie Environnement (CERI EE) (https://recherche.imt-nord-europe.fr/energieenvironnement-ceri/). Ce Centre compte, outre une soixantaine de doctorants et post doctorants, 32 enseignants-chercheurs, 12 ingénieurs et techniciens et 2 assistantes administratives. Il est actuellement structuré autour 3 axes thématiques de recherche : Qualité des Environnements Intérieurs (QEI), Observations, Sources et Processus Atmosphériques (OSPA), Énergie Fluides et Transferts (EFT). La candidate/le candidat intégrera l’axe thématique EFT où sont notamment étudiés le domaine de l’intensification des phénomènes de transfert dans les composants thermofluidiques, à différentes échelles, appliqués dans le domaine du génie des procédés et de l’énergétique, à des fins de décarbonation de la société notamment. Des approches expérimentales et numériques sont mises en œuvre en parallèle afin d’améliorer l’efficacité énergétique à l’échelle du composant, du système énergétique ou du procédé.

Valeo Power Division est la division de Valeo dédiée aux technologies d’électrification des véhicules. Créée en 2024 à la suite de la fusion des activités Systèmes Thermiques et Systèmes de Propulsion, elle regroupe l’ensemble des expertises du groupe liées à la gestion de l’énergie thermique et électrique des véhicules.

Objectif du sujet de recherche :

La transition vers la mobilité électrique constitue un enjeu majeur pour l’industrie automobile, confrontée aux exigences croissantes de réduction des émissions de gaz à effet de serre et d’amélioration de l’efficacité énergétique des véhicules. Dans ce contexte, les performances, la sécurité et la durabilité des batteries électrochimiques représentent des facteurs déterminants pour le développement des véhicules électriques de nouvelle génération. Le maintien des batteries dans une plage de température optimale est en effet indispensable pour garantir leur rendement énergétique, limiter leur vieillissement et prévenir les risques liés à l’emballement thermique. Afin de répondre à ces défis, les constructeurs et équipementiers automobiles cherchent à développer des systèmes de gestion thermique des batteries plus performants. Parmi les solutions les plus prometteuses, les technologies de refroidissement utilisant des écoulements diphasiques internes permettent d’atteindre des capacités de dissipation thermique particulièrement élevées grâce à l’exploitation de la chaleur latente associée aux changements de phase liquide-vapeur.

La conception et l’optimisation de ces systèmes demeurent limitées par la compréhension encore incomplète des mécanismes de transfert thermique intervenant lors de l’ébullition et de la condensation dans des géométries complexes. Les phénomènes mis en jeu sont fortement couplés et multi-échelles, impliquant des interactions complexes entre l’hydrodynamique diphasique, les transferts thermiques et la dynamique des interfaces liquide-vapeur. Ces difficultés se traduisent notamment par des limitations dans les capacités prédictives des outils numériques actuellement utilisés pour la conception des échangeurs thermiques.

La présente thèse s’inscrit dans le cadre de la chaire industrielle FLOWMOD, qui fédère les compétences de Valeo Power Division et d’IMT Nord Europe autour du développement de méthodologies avancées de caractérisation expérimentale et de modélisation des écoulements diphasiques appliqués aux systèmes thermiques de nouvelle génération. Elle s’appuie sur plus de vingt années de collaboration scientifique entre les deux partenaires dans les domaines des transferts thermiques, de la mécanique des fluides et de la simulation numérique des échangeurs automobiles.

L’objectif principal de la thèse est d’étudier expérimentalement les mécanismes de transfert thermique associés aux changements de phase liquide-vapeur de fluides frigorigènes circulant dans des microcanaux représentatifs des échangeurs utilisés pour le refroidissement des batteries de véhicules électriques. Les travaux viseront à caractériser avec précision les performances thermiques et hydrauliques de ces écoulements dans des conditions de fonctionnement représentatives des applications industrielles.

Pour atteindre cet objectif, le doctorant ou la doctorante développera une méthodologie expérimentale innovante combinant mesures globales et diagnostics locaux à haute résolution spatiale et temporelle. Cette approche permettra d’analyser finement les mécanismes d’ébullition et de condensation, d’identifier les transitions entre régimes d’écoulement diphasique et de quantifier leur influence sur les performances thermiques des échangeurs. Une attention particulière sera portée à l’identification des phénomènes critiques susceptibles de limiter les performances des systèmes de refroidissement.

Les résultats expérimentaux obtenus constitueront une base de données de référence destinée à la validation des modèles numériques développés par Valeo dans le cadre de ses activités de recherche et développement. Les mesures réalisées seront confrontées à des simulations CFD haute fidélité afin d’évaluer les capacités prédictives des modèles existants, d’identifier leurs limites et de contribuer à l’amélioration des méthodologies de simulation utilisées pour la conception des futurs systèmes de gestion thermique.

Contexte :

VALEO, leader international des solutions de mobilité innovantes, et IMT Nord Europe entretiennent depuis plus de deux décennies une collaboration scientifique étroite autour de projets de recherche portant sur l’intensification des transferts thermiques dans les échangeurs automobiles. Ces travaux ont conduit au développement d’outils de simulation numérique tridimensionnelle à hautefidélité, couplés à des dispositifs expérimentaux avancés permettant une validation fine des phénomènes physiques étudiés. Dans la continuité de cette collaboration, un projet de thèse partenariale avec le CERI EE est proposé afin d’analyser expérimentalement le comportement thermo-hydraulique de fluides frigorigènes diphasiques dédiés au refroidissement des batteries électrochimiques des véhicules électriques.

École sous tutelle du ministère de l’économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, et école de l’Institut Mines Télécom, IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l’innovation et les créations d’entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement située au carrefour de l’Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1h30 de Londres, IMT Nord Europe a l’ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l’ingénieur et les technologies du digital.

Localisée sur 2 sites principaux d’enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s’appuie sur plus de 20 000m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d’excellence dans les domaines suivants :

•          Systèmes Numériques

•          Énergie Environnement

•          Matériaux et Procédés

Pour plus de détails, consulter le site internet de l’Ecole : www.imt-nord-europe.fr

Profil du candidat :

Le poste convient à un(e) candidat(e) diplômé d’un diplôme d’ingénieur ou d’un master en génie énergétique et/ou mécanique des fluides. Il/elle doit avoir une connaissance approfondie en transferts thermiques et a minima des bases en mécanique des fluides. Il/elle doit avoir un goût prononcé pour la mise en œuvre de bancs expérimentaux et la réalisation de mesures expérimentales. Des compétences ou connaissances en instrumentation et acquisition/traitement de données seront appréciées, de même qu’en simulation numérique de type CFD.

Savoir-être

Savoir faire

Connaissances

•          Rigueur scientifique et qualité rédactionnelle

•          Organisé(e), rigoureux(se), autonome et réactif(ve).

•          Qualité d’écoute

•          Communication, travail en équipe.

•          Aisance relationnelle

•          Pédagogie

•          Caractérisation expérimentale des transferts thermiques et des écoulements

•          Instrumentation

•          CFD

•          Transferts thermiques, mécanique des fluides

•          Bon niveau d’anglais requis

Conditions :

Le poste est à pourvoir à compter de décembre 2026 à février 2027 pour une durée de 36 mois (contrat CDD).