Thèse Mesr - Transition de Phase et Phénomènes de Transports dans des Composites à Base de Mcp Organiques pour le Stockage Thermique de l'Énergie H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lorraine École doctorale : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE Laboratoire de recherche : LEMTA - Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquée Direction de la thèse : Christel METIVIER ORCID 0000000344367878 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Atteindre la neutralité carbone nécessite des solutions efficaces de stockage d'énergie, notamment pour les procédés thermiques (>50 % de la consommation mondiale). Parmi les solutions, les systèmes de stockage thermique par chaleur latente (LHTES) sont prometteurs grâce aux matériaux à changement de phase (MCP), capables de stocker/restituer de l'énergie via leur transition solide-liquide. Applicables à la gestion thermique des batteries ou à la récupération de chaleur industrielle, les MCP organiques biosourcés (alcools de sucre, esters) sont attractifs pour les basses/moyennes températures (
Une solution consiste à intégrer les MCP dans des structures poreuses solides, formant des composites. Ces structures améliorent le transfert thermique, influencent la convection naturelle et favorisent la nucléation. Pourtant, les mécanismes physiques gouvernant le changement de phase dans ces milieux restent mal compris, notamment l'influence de la géométrie poreuse sur la dynamique de fusion, l'écoulement liquide, la distribution de température et l'évolution de l'interface solide-liquide, difficile à étudier en raison de l'opacité des systèmes.

Ce projet de thèse vise à étudier expérimentalement l'influence de la géométrie et des propriétés du milieu poreux sur le comportement du MCP pendant la fusion. Deux étapes sont prévues :

- Caractérisation thermophysique détaillée des MCP sélectionnés, en mettant l'accent sur leur comportement thermique et rhéologique près de la transition de phase et lors de cycles thermiques répétés. L'obtention de données fiables est cruciale, car les études existantes sont rares et parfois incohérentes entre elles.
- Étude des transferts thermiques et de l'écoulement de la phase liquide pendant la fusion dans des systèmes composites MCP/milieu poreux, sous conditions thermiques contrôlées, via l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Cette technique non invasive permet d'identifier les phases, de mesurer les vitesses locales et de cartographier la température dans les MCP liquides. Des expériences seront menées avec des MCP modèles (paraffines) pour établir une base de référence, puis avec des MCP biosourcés à comportement complexe.

Les résultats attendus incluent une description des structures d'écoulement, du rôle des mécanismes de transfert thermique, de l'évolution de l'interface solide-liquide et de l'influence de la géométrie poreuse. Ce projet apportera de nouvelles connaissances sur le couplage entre changement de phase, transfert thermique et écoulement, contribuant au développement de composites MCP plus efficaces pour le stockage thermique par chaleur latente.
Atteindre la neutralité carbone nécessite des solutions efficaces de stockage d'énergie, notamment pour les procédés thermiques (>50 % de la consommation mondiale). Parmi les solutions, les systèmes de stockage thermique par chaleur latente (LHTES) sont prometteurs grâce aux matériaux à changement de phase (MCP), capables de stocker/restituer de l'énergie via leur transition solide-liquide. Applicables à la gestion thermique des batteries ou à la récupération de chaleur industrielle, les MCP organiques biosourcés (alcools de sucre, esters) sont attractifs pour les basses/moyennes températures (
Une solution consiste à intégrer les MCP dans des structures poreuses solides, formant des composites. Ces structures améliorent le transfert thermique, influencent la convection naturelle et favorisent la nucléation. Pourtant, les mécanismes physiques gouvernant le changement de phase dans ces milieux restent mal compris, notamment l'influence de la géométrie poreuse sur la dynamique de fusion, l'écoulement liquide, la distribution de température et l'évolution de l'interface solide-liquide, difficile à étudier en raison de l'opacité des systèmes. Ce projet de thèse vise à étudier expérimentalement l'influence de la géométrie et des propriétés du milieu poreux sur le comportement du MCP pendant la fusion. Deux étapes sont prévues :

- Caractérisation thermophysique détaillée des MCP sélectionnés, en mettant l'accent sur leur comportement thermique et rhéologique près de la transition de phase et lors de cycles thermiques répétés. L'obtention de données fiables est cruciale, car les études existantes sont rares et parfois incohérentes entre elles.
- Étude des transferts thermiques et de l'écoulement de la phase liquide pendant la fusion dans des systèmes composites MCP/milieu poreux, sous conditions thermiques contrôlées, via l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Cette technique non invasive permet d'identifier les phases, de mesurer les vitesses locales et de cartographier la température dans les MCP liquides. Des expériences seront menées avec des MCP modèles (paraffines) pour établir une base de référence, puis avec des MCP biosourcés à comportement complexe.