Etude expérimentale des voies de dégradation des Matériaux à Changement de Phase (MCP) pour le stockage d’énergie thermique dans l’industrie

Le Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés (LaTEP) est un laboratoire publique rattaché à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA). Les recherches menées au LaTEP, qu’elles soient fondamentales ou appliquées, ont pour objectif de proposer des réponses adaptées à la gestion sobre, sûre et efficace de l’énergie et au développement d’outils innovants pour améliorer la qualité de l’environnement et le traitement des déchets, toujours sous une contrainte d’efficacité énergétique aujourd’hui indispensable. Le LaTEP est composé de vingt-trois enseignant-chercheurs. Le laboratoire est membre de la fédération de recherche Institut Pluridisciplinaire de Recherche Appliquée (IPRA) et, depuis 2018, est rattaché au collège Sciences et Technologies pour l’Energie et l’Environnement (STEE) de l’UPPA.

Présentation du sujet :

Afin d’assurer la transition énergétique, le développement des énergies renouvelables serait favorisé en minimisant l’effet de l’intermittence des ressources exploitées (ex. énergie solaire), ce qui serait possible à travers le stockage d’énergie thermique. Parmi les technologies disponibles, le stockage par chaleur latente avec des Matériaux à Changement de Phase (MCP) semble être une option intéressante. Les MCP présentent une densité énergétique importante, qui est absorbée ou libérée lorsqu’ils fondent ou cristallisent à température presque constante. Malgré cela, cette technologie présente encore quelques défis, sur les plans technique et économique, qui devraient être mieux abordés afin qu’elle puisse devenir plus répandue à l’échelle industrielle. Un de ces défis est le maintien de la stabilité à long terme de chaque MCP sous des conditions similaires à celles de son utilisation industrielle. Souvent la stabilité est analysée à l’échelle laboratoire, en mettant en évidence différents types de dégradation : dégradation chimique du matériau, ségrégation de phases (lorsque le MCP n’est pas un corps pur) ou encore corrosion avec les matériaux de la cuve de stockage. La dégradation de différents types de MCP est largement documentée dans la littérature, mais un point rarement analysé est le mécanisme précis ayant conduit à la dégradation, en particulier lorsque le phénomène est de nature chimique. En plus, le mécanisme est très dépendant de la nature du MCP qui varie d’une application à l’autre. D’autre part, l’identification des mécanismes de dégradation chimique de certains MCP serait très utile pour la conduite et la fiabilité des systèmes énergétiques car cela permettrait une meilleure prévention de la dégradation du matériau. Cela passe par des projets transdisciplinaires avec des compétences en thermique et en chimie étant donné que la caractérisation chimique des MCP et la modélisation thermochimique s’avèrent nécessaires.

Missions :

1. Réaliser un état de l’art sur les différents éléments pertinents au stage : stockage d’énergie thermique, MCP, protocole de détermination de stabilité des MCP, mécanismes de dégradation, techniques de caractérisation chimique (GC-MS, NMR, etc), modélisation thermochimique (et potentielles applications aux MCP)

2. Conduire des campagnes expérimentales d’évaluation de stabilité des MCP (cyclage accéléré et corrosion) et faire évoluer les protocoles associés si nécessaire

3. Effectuer la caractérisation chimique des matériaux après test de stabilité (GC-MS, NMR, etc) et proposer des voies de réaction de dégradation avec une approche par modélisation thermochimique des réactions

Début du stage: dès que possible

Etudiant de niveau Bac+5, avec une formation solide en chimie et caractérisation chimique de la matière. Des connaissances en énergétique et transferts thermiques seraient un plus. Des compétences rédactionnelles seront appréciées.