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Développement d’un banc d’imagerie thermique 3D pour les micro-batteries

ABG-109222 Stage master 2 / Ingénieur 6 mois TBD
24/11/2022
I2M UMR CNRS 5258
Bordeaux Nouvelle Aquitaine France
  • Sciences de l’ingénieur
  • Energie
Stockage énergie, Infrared, Imaging, Microfluidic, thermal, mass transfer
31/12/2022

Établissement recruteur

Notre unité regroupe des équipes relatives aux nombreuses facettes de la recherche en mécanique sur Bordeaux. Cette recherche, même si elle peut être amont et très spécifique, n’est pas dissociable des métiers et des préoccupations des formations d’ingénieur de notre site. Reconnue et supportée par le département INSIS du CNRS depuis sa création, I2M est constamment en phase avec les avancées majeures réalisées dans le domaine de l’ingénierie mécanique.

            On peut connaître I2M par sa participation aux grands projets actuels liés à l’industrie du futur, aux matériaux fonctionnels, à l’habitat durable, ou même à la compréhension de l’évolution des grottes ornées. Ces projets ne pourraient voir le jour sans des compétences en Mécanique à toutes les échelles des matériaux et des systèmes hétérogènes qui font appel à une instrumentation de pointe aussi bien en microscopie qu’à l’échelle des procédés. L’originalité de cette instrumentation est qu’elle est en regard du développement de modélisations muti-physiques et de méthodes numériques originales tant pour la simulation (Notus en mécanique des fluides, GRANOO en mécanique des milieux granulaires) que pour le traitement des signaux (méthodes inverses) ou la conception multi-critère.

            Durant l'année 2020, les 340 membres de l’Unité seront regroupés sur deux sites proches à Bordeaux-Talence (Bâtiment R du campus Arts et Métiers et bâtiment A11 de l’Université de Bordeaux). Ce regroupement est la concrétisation de plus de 10 ans d’efforts de mutualisation et de discussion entre les tutelles de l’Unité (Université de Bordeaux, CNRS, ENSAM, Bordeaux INP, INRA). C’est le résultat d’un soutien indéfectible du Conseil Régional de la « Nouvelle Aquitaine » et de l’état qui démontre notre ancrage dans l’ « Initiative d’Excellence »  de Bordeaux ainsi que nos efforts soutenus pour la réindustrialisation de la région (pôles de compétitivité AESE, Avenia, Xyofutur, Route des lasers). C’est aussi une reconnaissance nationale dans l’institut Carnot Arts soutenue par Arts et Métiers ParisTech.

Enfin, I2M est un point d’attractivité international tant pour les projets européens que pour des chercheurs étrangers jeunes ou confirmés qui souhaitent explorer avec nous ces mosaïques de petits mécanismes. Pour nous connaître mieux, n’hésitez pas à consulter ce site et à nous contacter !

Description

Encadrants : Jérémie Maire (I2M-TREFLE) – Stéphane Chevalier (I2M-TREFLE)

 

Mots clés : Stockage d’énergie, Transferts thermiques, Optique, Instrumentation

 

Présentation du sujet :

Ce stage s’inscrit dans le projet BEST 4.0 de l’Université de Bordeaux, et plus spécifiquement dans le WP Energie du futur (https://www.i2m.u-bordeaux.fr/Projets/BEST-4.02).

 

Avec le développement des systèmes intelligents and autonomes, le développement sources portables d’énergie efficaces sont devenues critiques. Les batteries sont les systèmes les plus communs pour le stockage de l’énergie dans les applications portables Néanmoins, les micro super capacités, appelé aussi micro-batteries deviennent de plus en plus convaincante pour ce genre d’applications. Ce type de stockage de l’énergie a les avantages suivants : charge/décharge très rapides, une durée de vie supérieur, et un nombre de cycle environ 1000 fois supérieur aux batteries Li-Ion. Les performances de ces systèmes dépendent de la température, et une étude approfondie des propriétés thermiques et de la distribution de la chaleur à microéchelle est requise pour dégager des pistes d’amélioration et de nouvelles architecture thermiquement optimisée.

 

Un banc de mesure du champ de température par thermotransmittance est en cours de développement au laboratoire I2M qui permet de mesurer un champ de variations de température dans des matériaux semi-transparents à l’infrarouge. L’illumination s’effectue à l’aide d’un corps noir modulé et la détection à l’aide d’une caméra IR. Ce banc de mesure, actuellement en développement, a déjà démontré son efficacité en 2D (Figure 1) et le développement d’une version 3D est cours. Ce stage s’inscrit dans la continuité du développement de cet outil expérimental pour la finalisation de l’implémentation de la mesure en trois dimensions, en vue d’une application à la caractérisation thermique de micro-batteries.

 

 

Plusieurs financements de thèses sont disponibles au sein de l’équipe TIFC dont un est dédié à la continuité de ce stage (financement sécurisé type ANR). Si les objectifs du stage sont atteints, le.a candidat.e pourra se voir proposer de continuer en doctorat au sein de l’équipe de recherche.

 

Plus spécifiquement, l’objectif de ce stage est :

- comprendre le fonctionnement d’une microbatterie et identifier les pertes thermique
- de faire une étude bibliographique sur les méthodes the cartographies 3D

- de faire évoluer le banc expérimental pour finaliser les capacités de mesure en 3 dimensions
- de valider l’instrumentation sur un échantillon de référence

- présenter ces résultats dans le cadre de séminaires organisés par BEST 4.0.

 

Profil du/de la candidat.e recherché.e :

L’étudiant.e devra avoir un bagage solide en science de l’ingénieur et en particulier en conception, montage optique et instrumentation. Un goût prononcé pour l’expérimental est requis pour ce stage, et des connaissances en transferts thermiques et imagerie seraient appréciées. Un.e candidat.e avec un projet professionnel de continuer en doctorat sera privilégié.

 

Rémunération : environ 573€ en moyenne / mois

 

Références

 

1.        Peng, K., Jie, J., Zhang, W. & Lee, S.-T. Silicon nanowires for rechargeable lithium-ion battery anodes. Appl. Phys. Lett. 93, 033105 (2008).

2.        Niazi, K., Khan, H. A. & Amir, F. Hot-spot reduction and shade loss minimization in crystalline-silicon solar panels. J. Renew. Sustain. Energy 10, 033506 (2018).

3.        Shin, J., Park, J. & Park, N. A method to recycle silicon wafer from end-of-life photovoltaic module and solar panels by using recycled silicon wafers. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 162, 1–6 (2017).

4.        Hu, T. et al. Silicon photonic platforms for mid-infrared applications [Invited]. Photonics Res. 5, 417 (2017).

5.        Gieseler, J., Adibekyan, A., Monte, C. & Hollandt, J. Apparent emissivity measurement of semi-transparent materials part 1: Experimental realization. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 257, 107316 (2020).

6.        Maldague, X. & Marinetti, S. Pulse phase infrared thermography. J. Appl. Phys. 79, 2694–2698 (1996).

7.        Cernuschi, F., Russo, A., Lorenzoni, L. & Figari, A. In-plane thermal diffusivity evaluation by infrared thermography. Rev. Sci. Instrum. 72, 3988–3995 (2001).

8.        Carlomagno, G. M. & Cardone, G. Infrared thermography for convective heat transfer measurements. Exp. Fluids 49, 1187–1218 (2010).

9.        Usamentiaga, R. et al. Infrared Thermography for Temperature Measurement and Non-Destructive Testing. Sensors 14, 12305–12348 (2014).

 

Profil

L’étudiant.e devra avoir un bagage solide en science de l’ingénieur et en particulier en conception, montage optique et instrumentation. Un goût prononcé pour l’expérimental est requis pour ce stage, et des connaissances en transferts thermiques et imagerie seraient appréciées. Un.e candidat.e avec un projet professionnel de continuer en doctorat sera privilégié.

 

Prise de fonction

01/03/2023
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