Description du sujet de thèse

La réfrigération représente déjà 15% de l’énergie électrique totale consommée dans le monde ; un chiffre qui va continuer d’augmenter considérablement dans les 20 prochaines années à cause du changement climatique. La gestion thermique individuelle apparait comme un chemin intéressant pour réduire le besoin en climatisation des bâtiments mais aussi comme une réponse au risque de santé associé au travail en extérieur lors des vagues de chaleur. Pour ces applications, où la compacité et le poids sont importants, la réfrigération électrocalorique (EC) est une technologie prometteuse (Ma et al. 2017; Meng et al. 2020). Cependant aujourd’hui les efficacités relatives à Carnot sont trop basses, autour de 4%, quand il faudrait atteindre au moins 20% pour développer la gestion thermique individuelle. Au cours du développement de matériaux EC, les pertes ont été négligées, ce qui in fine limite drastiquement l’efficacité des systèmes de réfrigération EC. C’est le point que nous nous attachons à résoudre dans le projet ANR CERACOOL en optimisant des céramiques pour ses réponses EC mais aussi pour ses pertes. De plus, pour obtenir un système de réfrigération compact et efficace, les échanges thermiques avec ces céramiques devront être contrôlés par un actionnement électrostatique.

Contexte de travail

Le doctorant travaillera sur un système de réfrigération électrocalorique à base de céramiques électrocaloriques. Il s’intéressera plus spécifiquement à l’actionnement électrostatique, lequel est à la croisée de plusieurs phénomènes : la mécanique du film (avec la présence d’instabilité mécanique), la pression électrostatique et les différents phénomènes de conduction dans l’air et le matériau (apparition de décharges partielles, possible ionisation Townsend), force d’adhésion, polarisation du ferroelectrique à l’interface, etc. Il s’agit d’un sujet multiphysique où la curiosité et la méthodologie du doctorant seront une qualité sine qua non à la compréhension de phénomène et au développement d’un système fonctionnel. Afin d’aborder ce sujet peu étudié jusqu’ici, un banc de test sera exploité afin de valider nos modèles.

Le candidat devra présenter des bases en physique avec si possible une expertise renforcée en mécanique, matériau diélectrique/ferroélectrique, mécanisme d’adhésion, en électronique et/ou en électromagnétisme.
Le candidat recruté (plus orienté système) travaillera au laboratoire SATIE de l’ENS Paris-Saclay, en interaction forte avec un autre doctorant (plus orienté matériau) du laboratoire SPMS de CentraleSupElec. Les deux candidats interagiront aussi fortement des partenaires.


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.