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Conception et optimisation des systèmes de réfrigération élastocalorique : développement d'une preuve de concept pour le refroidissement à température proche de la pièce.(H/F)

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

Date Limite Candidature : mardi 29 juin 2021

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Informations générales

Référence : UMR5008-EDWBUT-002
Lieu de travail : VILLEURBANNE
Date de publication : lundi 24 mai 2021
Nom du responsable scientifique : Jacques JAY
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 4 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les matériaux élastocaloriques présentent de grandes variations d'entropie lors de l'application d'une contrainte mécanique [doi:10.1038/s41586-019-1634-0]. En séparant les flux de chaleur (chauffage, refroidissement) liés aux variations d'entropie, des systèmes de réfrigération sont alors possibles, à l'état de preuve de concept [doi:10.1126/science.abb8045].
Le caoutchouc naturel a été retenu pour son important effet élastocalorique dû à la cristallisation induite par la contrainte mécanique [doi:10.1038/s41560-020-00770-w]. Des premiers résultats expérimentaux et les premières simulations laisse apparaître une étendue de température supérieure à 10K et une puissance de refroidissement spécifique atteignant des centaines de W/kg [doi:10.1063/1.5132361].

Ce travail de thèse sera consacré à la poursuite du développement de la preuve de concept de la réfrigération élastocalorique, ainsi qu'à la modélisation des mécanismes de transfert thermique à l'origine de la génération d'un flux thermique net le long d'une ligne de refroidissement. Plus précisément, il est prévu de travailler sur des systèmes dits à simple étage, où l'élastocalorique est entraîné mécaniquement de manière cyclique, ce qui induit des variations temporelles de température autour de la température ambiante. Le matériau est ensuite mis en contact avec un réservoir chaud et un réservoir froid à des moments précis, ce qui entraîne un transfert net de chaleur du réservoir froid vers le réservoir chaud.

Le plan de recherche comprend la caractérisation du matériau et la modélisation thermomécanique, ainsi que la conception, la fabrication et les essais de la preuve de concept. Plusieurs configurations seront développées et mises en œuvre, d'abord avec une seule paire de réservoirs chauds et froids, et plus tard avec des réservoirs intermédiaires pour une portée de température plus élevée. Il s'agira de quantifier les capacités de réfrigération de tels systèmes et d'étudier les propriétés des matériaux qui doivent être optimisées et d'estimer leur impact sur l'amplitude thermique du système, la puissance frigorifique et le coefficient de performance.

Compétences recherchées :
- Expertise dans les matériaux et systèmes de conversion d'énergie
- Connaissances de bases en thermodynamique et en transferts thermiques
- Bonnes compétences expérimentales (instrumentation générale)

Contexte de travail

Contexte international du projet :
Le projet s'inscrit dans le cadre de la coopération avec l'Institut des Sciences des Fluides de l'Université Tohoku au Japon, les laboratoires de Lyon (CETHIL et LGEF) et l'IRL ELyTMaX, autour de l'utilisation des matériaux élastocaloriques pour la réfrigération. Il permettra de renforcer et d'approfondir les avancées obtenues dans le cadre du projet ANR ECPOR 2017-2022 impliquant les mêmes laboratoires.
Le doctorat sera proposé comme un double diplôme entre l'INSA Lyon et l'Université de Tohoku, et la mise en œuvre du travail de doctorat impliquera de passer un temps égal dans les laboratoires en France et celui au Japon.

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