Fabrication d’un capteur H2 ortho-para basé sur la conductivité thermique et calibration de celui-ci sur des mélanges gazeux binaires

L’Institut Mines-Télécom est le 1er groupe public de Grandes Écoles d’ingénieur.e.s et de management de France. Constitué de huit Grandes Écoles publiques et de deux écoles filiales, l’Institut Mines-Télécom anime et développe un riche écosystème d’écoles partenaires, de partenaires économiques, académiques et institutionnels, acteurs de la formation, de la recherche et du développement économique.

Mines Saint-Étienne, Ecole de l'Institut Mines-Télécom, est chargée de missions de formation, recherche, innovation, transfert industriel et culture scientifique. Avec 2 500 élèves, 500 personnels, et un budget de 50 M€, elle rayonne sur 3 campus dédiés à l’industrie des futurs, à la santé et au bien-être et à la souveraineté numérique et microélectronique. Elle est classée dans le top 15 des Ecoles d’ingénieurs Françaises et dans le Top 500 des Universités mondiales.

La stratégie 2023-2027 de Mines Saint-Etienne s’inscrit dans celle de l’Institut Mines Telecom. Elle a pour ambition :

• d’accompagner les transitions écologique, numérique, et générationnelle et d’en former les acteurs,
• de soutenir la souveraineté nationale et européenne en microélectronique et numérique.

Présentation du centre : Le centre SPIN (Science des Procédés Industriels et Naturels) où se déroulera le stage, développe, au sein de Mines Saint-Etienne, son expertise dans le domaine du Génie des Procédés appliqué aux systèmes dispersés : grains, particules, gouttes, bulles, milieux poreux. Il possède également des compétences en développement de capteurs et d’instrumentation.

Le stage se fera en collaboration avec l’institut NEEL et le groupe ALFA LAVAL.

L'Institut Néel est un laboratoire de recherche en physique de la matière condensée situé à Grenoble. Il s'agit d'une unité propre de recherche du CNRS (UPR 2940) créée en 2007 avec des thématiques de recherche autour du magnétisme, de la photonique, de l’électronique quantique, des fluides quantiques et de la supraconductivité. L’institut possède notamment des compétences autour de la cryogénie et la cadre technique pour la réalisation de tests de mesure d’hydrogène en condition cryogénique.

La société ALFA LAVAL experte de renommée mondiale dans la conception, la fabrication, l'installation et la maintenance d'échangeurs de chaleur brasés, de boîtes froides, d'échangeurs de type « core-in-drums » et de pompes cryogéniques Cryomec® sera également impliquée dans le projet. Elle apportera, notamment, son expertise dans le domaine de la cryogénie et permettra le test des capteurs dans des installations industrielle.

Dans le cadre d’un projet financé par l’ANR en lien avec des défis énergétiques actuels, un stage de 6 mois portant sur la fabrication et la calibration d’un capteur H₂ ortho-para basé sur la mesure indirecte de la conductivité thermique est proposé ici. Ce capteur ne sera pas calibré pour H₂ lors de ce stage mais lors de la thèse qui suivra le stage. Au cours de ce dernier, on s’intéressera exclusivement à la caractérisation de mélanges gazeux binaires ayant des conductivités thermiques plus ou moins proches (N₂ / O₂ et N₂ / CO₂) et qui permettront ainsi de valider le fonctionnement du capteur dans des conditions plus faciles à mettre en œuvre.

Présentation des missions et des activités du stage :

• Fabrication des capteurs et des micro-fours nécessaires à la mesure (sérigraphie, gravure laser, validation du protocole par la mesure des résistances des « capteurs » et « micro-fours ») et estimation des incertitudes associées à ces valeurs, vérification binoculaire /microscope optique de l’intégrité de la microstructure.
• Instrumentation : réalisation d’un programme Labview qui permettra la génération de signaux de puissance sur les micro-fours ainsi que la mesure simultanée des signaux capteurs. Utilisation de pont de Wheatstone, notamment pour la mesure de faibles variations relatives de résistances.
• Réalisation d’une cellule expérimentale en verre munie de passages étanches pour la caractérisation stœchiométrique de mélanges gazeux binaires : N₂ / O₂ et N₂ / CO₂.
• Identification de l’effet des conditions de tests (nature du signal de puissance : pulse / step / rampe, amplitude du signal, distance micro-four / capteur…) sur la précision des mesures.

• En dernière année d’école d’ingénieur ou de master
• Idéalement au sein d’un master ayant une ou plusieurs des colorations suivantes : mécanique des fluides / transferts, thermodynamique, automatique, capteurs et instrumentation
• Ayant un gout prononcé pour l’expérimentation
• Des connaissances numériques sont un plus (notamment codage sur python)
• Polyvalent dans le cadre d’un sujet très pluridisciplinaire
• Ayant des facilités pour la communication orale et écrite (notamment en langue anglaise)