Description du sujet de thèse

Le vecteur hydrogène, qui offre de grandes possibilités pour le stockage des énergies renouvelables intermittentes, est actuellement en plein développement. Actuellement, la conversion de l'hydrogène en électricité dans des systèmes piles à combustible à membrane polymère se positionne à un haut niveau de maturité technologique, mais nécessite de l'hydrogène de très haute pureté. Les systèmes à membrane céramique à conduction anionique ou protonique fonctionnant à haute température (SOC : Solid Oxide Cell), bien que moins matures, permettent l'utilisation de combustibles variés, et peuvent fonctionner en mode réversible alternant les fonctions d'électrolyseur et de pile à combustible. L'objectif du projet FLEXISOC, dont l'IMN est coordinateur, est de mettre au point une cellule complète à la fois robuste et flexible vis-à-vis du combustible, et fonctionnant à relativement basse température (600°C). Ce projet s'articule autour de plusieurs axes, à savoir l'identification de nouveaux matériaux capables d'activer les réactions de reformage interne tout en présentant une bonne tolérance aux poisons de catalyseur généralement rencontrés dans ces systèmes (CO, suies, H2S), l'architecturation des électrodes pour mettre en œuvre les matériaux sélectionnés, la mise en forme des matériaux d'électrolyte et l'assemblage des cellules avec la mise en œuvre d'interfaces, ainsi qu'une approche par modélisation afin d'optimiser les conditions de fonctionnement des dispositifs et limiter ainsi l'encrassement. Dans le cadre de cette thèse, il s'agira à la fois de mettre au point de nouveaux matériaux d'électrode à combustible, mais aussi de caractériser les différentes cellules mises au point dans le consortium FLEXISOC.

Contexte de travail

Cette thèse de doctorat est financée dans le cadre du projet FLEXISOC du PEPR Hydrogène décarboné. Ce projet rassemble 10 laboratoires de recherche français, qui apportent chacun leurs compétences complémentaires afin de couvrir tous les besoins en synthèse, caractérisation et mise en forme des matériaux, mais aussi pour l'optimisation des conditions de fonctionnement des cellules.
Le laboratoire hôte est l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN, UMR 6502, http://www.cnrs-imn.fr). L'IMN est un centre de recherche commun entre le CNRS et Nantes Université, composé de plus de 200 personnes dont plus de 120 permanents (professeurs, chercheurs CNRS, ingénieurs) et environ 80 doctorants et post-doctorants. Le/La doctorant/doctorante retenu(e) bénéficiera d'une interaction avec de nombreux collègues travaillant sur un certain nombre de domaines des sciences des matériaux par le biais d'expériences utilisant une myriade de techniques de caractérisation avancées. Dans le cadre du projet FLEXISOC, le/la doctorant(e) sera affecté(e) au groupe « Stockage et conversion électrochimique de l'énergie » (ST2E), qui réunit des chercheurs travaillant sur les supercondensateurs, les batteries Li-ion et les piles à combustibles et électrolyseurs haute température. Le/la doctorant(e) sera encadré(e) par un chercheur CNRS et un professeur d'université, et interagira avec la dizaine de collaborateurs (chercheurs permanents, chercheurs en contrat post-doctoral et doctorants) constituant l'axe thématique "Piles à Combustibles et Electrolyseurs"
Le/la doctorant(e) sera inscrit(e) à l'école doctorale 3M (Matière, Molécules et Matériaux) de Nantes Université

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.

Contraintes et risques

Le travail s'effectuera dans des laboratoires de chimie, avec une possibilité d'exposition aux produits chimiques, aux gaz et aux rayons X dans l'environnement de travail (diffraction des rayons X). Dans le contexte du projet FLEXISOC, il/elle pourra être amené(e) à se déplacer dans les autres laboratoires du projet pour des missions de courte durée. Il (elle) participera aux activités de l'équipe ST2E et sera amené (e) à présenter ses travaux dans le cadre de conférences nationales ou internationales.

Informations complémentaires

Le (la) candidat(e) devra être motivée, dynamique et titulaire d'un M2 ou équivalent en sciences des matériaux. Des connaissances en synthèse des matériaux, analyse (MEB, diffraction des rayons X), mise en forme, catalyse, et électrochimie seront les bienvenues. De bonnes capacités de communication et de valorisation des travaux sont également appréciées. Un bon niveau d'anglais est souhaité. Il(elle) devra également montrer une bonne aptitude à travailler en équipe sur des projets pluridisciplinaires