Conception et élaboration de surfaces optiques à faible impact environnemental pour le contrôle thermique radiatif

Les travaux de thèse visent à explorer des voies prometteuses pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments et des systèmes thermiques. En effet, les bâtiments, qu’ils soient résidentiels ou tertiaires, sont fortement consommateurs d’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. Une part non négligeable des transferts d’énergie d’un bâtiment s’effectue par échanges radiatifs. Il est donc indispensable d’agir sur les propriétés optiques et radiatives des surfaces afin de mieux contrôler les gains solaires et d’évacuer l’excès de chaleur, notamment dans les régions chaudes où les besoins en climatisation des bâtiments sont appelés à augmenter significativement. Pour cela, des solutions de traitements de surface, reposant notamment sur des architectures de couches minces d’épaisseur nanométrique, existent. Par exemple, les vitrages dotés d’un traitement optique faiblement émissif (dit « low-e », Figure 1) réfléchissent le rayonnement infrarouge afin de conserver la chaleur à l’intérieur en hiver et de limiter les apports thermiques extérieurs en été.

Des approches similaires permettent aussi de limiter l’échauffement des systèmes thermiques sans dépense énergétique : le refroidissement radiatif passif (RRP) consiste à refroidir une surface par émission infrarouge, tout en limitant l’apport solaire le jour grâce à une forte réflexion solaire (Figure 2). Cette stratégie optique peut abaisser la température des matériaux en dessous de la température ambiante, de jour (RRP diurne) comme de nuit (RRP nocturne).

Dans tous les cas, les solutions actuelles reposent le plus souvent sur l’utilisation de métaux nobles (vitrages low-e), tels que l’argent — ressource critique — ou sur des matériaux potentiellement polluants, comme des nanofibres de silice.

Pour développer concrètement des solutions de contrôle thermique radiatif par revêtements de surface et ainsi accélérer leur déploiement dans des applications réelles, une compréhension fine des phénomènes mis en jeu, ainsi que l’identification de solutions performantes, peu coûteuses et à faible impact environnemental, constituent un enjeu scientifique majeur. Le projet doctoral s’inscrit dans cette perspective.

Le laboratoire PROMES-CNRS est une Unité Propre de Recherche du CNRS (UPR8521) qui regroupe près de 150 chercheurs, ingénieurs, techniciens et doctorants du CNRS et de l’Université de Perpignan Via Domitia (UPVD). Ses activités portent sur les matériaux, l’utilisation et la valorisation de l’énergie solaire. Réparti sur trois sites, le laboratoire mobilise ces compétences pour répondre aux défis énergétiques et environnementaux contemporains. Doté d’installations solaires uniques, dont le four solaire d’Odeillo d’une puissance de 1 MW, PROMES est un acteur majeur et reconnu de la recherche sur l’énergie solaire en France et en Europe. La thèse se déroulera au sein de la thématique de recherche MEE (Matériaux pour l’Energie et l’Espace).

Le Laboratoire PROMES recherche un ou une candidate de qualité pour se présenter au concours de l’École doctorale Énergie et Environnement de l’Université de Perpignan et obtenir un financement de thèse afin de porter le sujet.

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, de transfert thermique, d’optique des matériaux, de modélisation et d’optimisation numérique appliquées aux traitements de surface.

Vous avez une curiosité scientifique et un goût prononcé pour la recherche. Vous avez envie de vous investir dans un projet de recherche pouvant mener à des résultats concrets.

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 sciences des matériaux sont nécessaires et des compétences en simulation numérique ou optimisation seront appréciées.

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