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H/F Offre de thèse sur la modélisation de systèmes pile à hydrogène SOFC

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
- Français-- Anglais

Date Limite Candidature : lundi 29 juillet 2024 23:59:00 heure de Paris

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Informations générales

Intitulé de l'offre : H/F Offre de thèse sur la modélisation de systèmes pile à hydrogène SOFC
Référence : UAR2200-MARPER0-002
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : BELFORT
Date de publication : lundi 8 juillet 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 2 septembre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2135,00 €
Section(s) CN : Micro et nanotechnologies, micro et nanosystèmes, photonique, électronique, électromagnétisme, énergie électrique

Description du sujet de thèse

Le sujet de thèse proposé concerne la modélisation du système SOFC et la synthèse des lois de contrôle, en s’intéressant plus particulièrement au stack SOFC et aux architectures possibles du système. Il se poursuivra au sein de deux équipes, dans un temps partagé : département Energie/FEMTO-ST et GENESYS/LAPLACE. La répartition sera à préciser en fonction des contraintes de développements expérimentaux et de la situation de la candidate ou du candidat retenu (de 50%-50% à 25%-75%).

Contexte de travail

Le projet FLEXISOC fait partie du Programme et Equipements Prioritaires de Recherche sur l’hydrogène (PEPR H2) et a pour objet l’amélioration des piles à combustible à oxydes solides (SOC). Un volet du projet vise à mettre au point une cellule flexible vis-à-vis du combustible, apte à fonctionner avec des mélanges liquides ou gazeux variés (syngaz, biogaz…), ou en présence de polluants susceptibles d’agir comme un poison des catalyseurs ainsi qu’à abaisser la température de fonctionnement de ces systèmes afin d’accroitre leur durée de vie. Un deuxième volet vise à augmenter les performances et la durée de vie à l’échelle du système en optimisant le mode de fonctionnement et de contrôle du système (i.e. stack de pile et ses auxiliaires), afin d’accroître le rendement total du système, de fiabiliser ses modes de fonctionnement, de minimiser les dégradations. C’est dans cette dernière tâche que s’inscrit la thèse proposée, au sein d’une collaboration entre deux équipes : l’équipe SHARPAC, du département Energie de FEMTO-ST (Belfort), et le groupe de recherche GENESYS, du LAPLACE (Toulouse). Ces deux équipes sont reconnues à l’échelle nationale et internationale pour leur expérience de 25 ans sur l’hydrogène.
Dans un premier temps, une étude bibliographique sur les architectures de systèmes SOFC, alimentés par différents types de combustibles, et leurs modes de contrôle sera menée. Ce travail permettra de définir précisément le système retenu et les degrés de liberté pour sa commande.

Un modèle macroscopique du système sera développé. Une attention particulière sera portée à la modélisation du stack SOFC, alimenté par un mélange de gaz (méthane, dioxyde carbone, monoxyde carbone, vapeur d’eau, …). Les phénomènes de dégradation seront également pris en compte, liés d’une part à la présence de polluants dans les gaz réactifs et d’autre part aux conditions opératoires (cyclage thermique, variation de température et d’appels de puissance,…). L’impact de ces différents facteurs seront quantifiés vis-à-vis d’une solution de référence d’un système alimenté en hydrogène et air.

Les moyens d’essais disponibles au LAPLACE ou à FEMTO-ST seront adaptés de manière à caractériser un stack commercial dans des conditions reproduisant le fonctionnement du système. Ceci permettra de mener une campagne de caractérisation pour identifier les paramètres du modèle et définir son domaine de validité prédictive. Les résultats permettront d’identifier les plages de variation admissibles et la sensibilité du stack aux conditions opératoires.

Une fois le modèle validé, des stratégies de gestion du système seront élaborées, dans des scenarii d’utilisation identifiés à partir de la littérature et de la consultation d’acteurs du domaine, notamment les partenaires industriels impliqués dans les travaux du Programme et Equipement Prioritaire de Recherche Hydrogène, dont le projet FLEXISOC fait partie. Les résultats obtenus dans le premier volet de FLEXISOC sur le développement d’une cellule SOFC à haute performance seront extrapolés à l’échelle du stack, afin d’identifier les gains à attendre à l’échelle du système et la relaxation sur l’architecture et le contrôle du système que ces améliorations pourraient induire.

La doctorante ou le doctorant participera aux réunions semestrielles du projet FLEXISOC, présentera l’avancement de ses travaux aux partenaires du projet. Elle ou il aura l’occasion de présenter ses résultats lors de colloques nationaux (Fédération de Recherche H2) et d’au moins une conférence internationale. Il sera également attendu une diffusion dans des journaux scientifiques à audience internationale.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.