Evaluation thermo-énergétique d’un stockage d’énergie actif à Matériaux à Changement de Phase (MCP) pour le bâtiment

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 :

Dans le contexte de la transition énergétique et afin d’améliorer le confort thermique dans les bâtiments, les Matériaux à Changement de Phase (MCP) offrent un grand potentiel pour le stockage d’énergie thermique dans le secteur du bâtiment grâce à leur capacité à stocker des grandes quantités d’énergie à température presque constante. Les systèmes de stockage d’énergie pour une utilisation dans le bâtiment travaillent typiquement sur des gammes de température modérées (0 °C à 80 °C). Ces systèmes sont souvent conçus pour opérer sur un cycle journalier, où l’énergie thermique est accumulée, par exemple, pendant la journée pour être récupérée pendant la nuit. Pour concevoir et dimensionner l’unité de stockage d’énergie thermique (échangeur de chaleur), on passe souvent par des modèles CFD afin de bien capturer le comportement complexe des MCP (changement de phase, convection naturelle, etc). L’exploitation de ces modèles nous permet d’avoir les caractéristiques du système et prévoir la réponse que le MCP fournira lorsqu’il est sollicité à différentes contraintes thermiques dynamiques. Néanmoins, l’utilisation d’un modèle doit impérativement être associée à des expériences de validation dans des conditions très contrôlées où les différents paramètres (ex. énergie stockée) du système sont suivis pour comparaison au modèle. En revanche, la réalisation d’une expérience de validation n’est pas une tâche aisée dû aux difficultés d’emplacement de l’instrumentation de mesure dans le dispositif expérimental et leurs incertitudes. Les interférences possibles entre le MCP et les capteurs (ex. déplacement des capteurs lors des cycles de solidification/fusion) sont également à prendre en compte. Enfin, puisque les modèles CFD simulent souvent des volumes de fluides de petite taille, dû à la puissance de calcul requise, des prototypes expérimentaux à différentes échelles pourraient être construits pour la validation du modèle

Missions :

1) Réalisation d’un état de l’art sur les différents éléments pertinents au stage : stockage d’énergie thermique, MCP et utilisation dans le bâtiment, dispositifs expérimentaux de stockage d’énergie thermique et, à moindre mesure, modélisation CFD des MCP

2) Mise au point d’un dispositif expérimental (échangeur de chaleur) permettant d’effectuer des cycles de charge et décharge dans un MCP : choix des composants manquants, branchements, installation des capteurs et analyse des résultats

3) Contact avec fournisseurs pour obtention des composants manquants pour construction du dispositif expérimental

4) Caractérisation thermo-physique des MCP par Calorimétrie Différentielle de Balayage (Differential Scanning Calorimetry, DSC) : chaleur latente, température de fusion, etc

Présentation du projet et partenaires :

Ce stage s’inscrit dans le cadre d’un projet entre le Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés (LaTEP), de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, et l’Institut de Mécanique et Ingénierie (I2M), de l’Université de Bordeaux. Le stage vient en appui à une thèse de doctorat et le projet est financé par l’Institut Carnot ISIFoR ainsi que par la Région Nouvelle-Aquitaine dans le cadre du PSGAR (Programme Scientifique de Grande Ambition Régionale) CERENA. Les résultats issus du stage pourraient faire l’objet des publications scientifiques.

Lieu du stage : Université de Pau et des Pays de l’Adour, LaTEP, 64000 Pau, avec des déplacements/missions à prévoir à l’I2M (33400 Talence) l’Université de Bordeaux

Date de début : Dès que possible

Etudiant de niveau Bac +4/5 (Master ou Ecole d’Ingénieur) avec une formation en Energétique ou Génie des Procédés. La personne recrutée devra avoir des bases très solides en transferts thermiques, thermodynamique et un goût prononcé par les travaux expérimentaux. Des connaissances en techniques d’instrumentation seront également nécessaire. La personne recrutée devra faire preuve d’autonomie, initiative et savoir travailler en équipe.