Étude numérique de traitements de surface pour les vitrages à économie d’énergie et faible impact environnemental

Le laboratoire PROMES-CNRS est une Unité Propre de Recherche du CNRS, le Centre National de la Recherche Scientifique, qui regroupe et mobilise des acteurs scientifiques de haut niveau pour affronter les défis du monde contemporain. Le laboratoire rassemble environ 150 personnes du CNRS et de l’Université de Perpignan Via Domitia (UPVD) autour des thématiques des matériaux et de l’utilisation et de la valorisation de l’énergie solaire, réparties sur trois sites. Doté d’installations solaires uniques, dont le Four solaire de 1 MW d’Odeillo, le laboratoire est un acteur majeur et reconnu de la recherche sur l’énergie solaire en France et en Europe, et anime le laboratoire d’excellence SOLSTICE (SOLaire : Sciences, Technologies, Innovations pour la Conversion d’Énergie).

Les bâtiments, qu’ils soient résidentiels ou tertiaires, sont gourmands en énergie, nécessitant du chauffage en hiver et de la climatisation en été : ce secteur représente ainsi 45 % de l’énergie totale consommée en France et 23 % des émissions de gaz à effet de serre. Les surfaces vitrées contribuent de manière significative à ces dépenses énergétiques. Si le double ou triple vitrage réduit en partie les pertes thermiques, il est également indispensable d’agir sur leur comportement radiatif pour mieux contrôler ces pertes.

Pour cela, des solutions de traitements de surface (architectures de couches minces d’épaisseur nanométriques) existent. Par exemple, les vitrages faiblement émissifs (« low-e ») réfléchissent l’infrarouge pour conserver la chaleur intérieure en hiver, et bloquer la chaleur extérieure en été afin de limiter l’apport solaire indésirable. Certaines solutions permettent le refroidissement radiatif passif diurne pour refroidir une surface par émission infrarouge tout en limitant l’apport solaire par réflexion. Les solutions actuelles reposent souvent sur l’utilisation de métaux nobles tels que l’argent, une ressource critique. Des travaux de recherche approfondis pour les remplacer sont ainsi nécessaires.

Dans ce contexte, l’objectif du stage de recherche est d’étudier, modéliser et optimiser optiquement, à l’aide d’outils numériques libres, des traitements de surface faiblement émissifs et de refroidissement radiatif diurne passif, en utilisant uniquement des matériaux peu coûteux, à faible empreinte environnementale et déjà maîtrisés en technologie de dépôt. Ce travail s’effectuera en collaboration avec deux chercheurs spécialistes du domaine, dont l’une est basée au four solaire d’Odeillo où se déroulera le stage. Selon la qualité de son dossier, la personne retenue en stage pourra être invitée à candidater au concours de l’École doctorale Énergie et Environnement de Perpignan pour obtenir un financement de thèse afin de développer le sujet plus avant, notamment sur ses aspects de réalisation expérimentale des architectures optiques.

Description du travail

1. Étude bibliographie approfondie des traitements de surfaces faiblement émissifs et pour le refroidissement radiatif passif
2. Prise en main d’outils numériques pour la modélisation et l’optimisation d’architectures de couches minces fonctionnant sous Python (package SolPOC, PyMoosh)
3. Modélisation et optimisation de traitements de surface sans couches minces métalliques et confrontation avec les solutions existantes
4. Rédaction du rapport et soutenance
5. Éventuellement : préparation du concours de thèse à l’École Doctorale pour obtenir un financement de thèse

Vous préparez un Master 2 ou diplôme d’Ingénieur en Physique, Sciences des matériaux, Énergie, Photonique, ou discipline apparentée. Vous manifestez un intérêt marqué pour les problématiques d’efficacité énergétique, d’optique des matériaux et de modélisation numérique appliquées aux traitements de surface.

Vous avez de la curiosité scientifique et un goût prononcé pour la recherche. Vous avez envie de vous investir dans un projet pouvant mener à une poursuite en thèse.

Vous avez une appétence pour un travail sur ordinateur impliquant de la programmation en Python. De solides bases en physique du rayonnement, optique, thermique ou science des matériaux sont nécessaires et des compétences en modélisation numérique ou optimisation seront appréciées.

Autonome, vous avez une bonne capacité d’analyse, de synthèse et savez critiquer une littérature scientifique abondante avec rigueur. Vous faites preuve d’un bon sens de l'organisation et d’une aptitude au travail collaboratif.