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Décryptage des phénomènes à l'origine de la conversion thermoélectrique de la chaleur perdue sur des dispersions colloïdales dans des liquides ioniques (H/F)

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

Date Limite Candidature : vendredi 10 février 2023

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Informations générales

Référence : UMR8234-EMMDUB-002
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : vendredi 20 janvier 2023
Nom du responsable scientifique : Emmanuelle Dubois
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 avril 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Dans le contexte général de la transition énergétique, une possibilité pour augmenter la production d'énergie électrique est de convertir l'énergie thermique (déchets) en électricité. À cette fin, un matériau thermoélectrique soigneusement conçu est introduit entre deux électrodes maintenues à des températures différentes. Le gradient thermique génère une différence de potentiel électrique.
Cette thèse fait partie d'un projet ANR intitulé WH-RECOLTE, impliquant 3 laboratoires (SPEC/CEA, IFJC lab et Phenix), qui a pour but d'élucider certains mécanismes sous-jacents de cette conversion d'énergie et de corréler le comportement moléculaire à des quantités macroscopiques (tension, puissance de sortie...) avec l'objectif à long terme d'améliorer les propriétés thermoélectriques et de démontrer le potentiel de cette technologie.
Le matériau thermoélectrique étudié ici est une dispersion liquide de nanoparticules dans des solvants à base de liquides ioniques, comprenant un couple redox pour le transfert d'électrons [1]. La formulation d'un tel liquide complexe, non conventionnel et nouveau, permet l'utilisation d'éléments abondants et non critiques, une grande versatilité de forme et un possible changement d'échelle. De telles dispersions ont démontré des propriétés intéressantes par rapport aux matériaux solides, comme l'ont montré de précédents projets ANR ou européens impliquant deux des partenaires de ce nouveau projet (voir [2] et https://www.magenta-h2020.eu/ ). Cependant, de nombreux défis restent à relever, comme la compréhension et l'amélioration des performances des espèces redox, leur interaction avec les nanoparticules, l'interaction entre les particules et les électrodes solides, le rôle de la nature des particules... Ces connaissances permettront d'optimiser la composition de la dispersion (nanoparticules, fluide porteur, couple redox) pour atteindre la conversion énergétique attendue.
Dans le cadre de ce projet, PHENIX est impliqué dans la dispersion de nanoparticules dans des solvants contenant des espèces redox et dans l'étude de leurs propriétés, ici la structure colloïdale à long terme et les propriétés de thermodiffusion. Ces études doivent être réalisées en forte interaction avec les autres partenaires, en charge des mesures thermoélectriques (SPEC/CEA) et de la conception des espèces redox (IJC lab).
Le doctorant qui travaillera au laboratoire PHENIX sera fortement impliqué dans les mesures de thermodiffusion (c'est-à-dire la diffusion de particules sous un gradient de température) et la détermination du coefficient de Ludwig Soret associé : ce coefficient est étroitement lié aux performances thermoélectriques du matériau. La thermodiffusion est mesurée à l'aide d'un montage de laboratoire de diffusion forcée de Rayleigh, thermalisé jusqu'à 200°C [3,4]. Le doctorant devra développer de nouveaux types de mesures pour les nanoparticules non absorbantes. Il/elle sera également impliqué(e) dans l'étude de la structure colloïdale en fonction de la température et du temps en utilisant par exemple la diffusion dynamique de la lumière (DLS) et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Il/elle devra interagir étroitement avec les collègues qui produisent les dispersions au PHENIX et avec les collègues des autres partenaires du projet.

[1] Riedl, J. C.; Sarkar, M.; Fiuza, T.; Cousin, F.; Depeyrot, J.; Dubois, E.; Mériguet, G.; Perzynski, R.; Peyre, V. Design of Concentrated Colloidal Dispersions of Iron Oxide Nanoparticles in Ionic Liquids: Structure and Thermal Stability from 25 to 200 °C. J. Colloid and Interface Science 2022, 607, 584–594.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.017
disponible sur chemrxiv:
https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/60d0bcf1b361524289011c30

[2] 2- K. Bhattacharya, M. Sarkar, T. J. Salez, S. Nakamae, G. Demouchy, F. Cousin, E. Dubois, L. Michot, R. Perzynski, and V. Peyre, “Structural Thermodiffusive and Thermoelectric Properties of Maghemite Nanoparticles Dispersed in Ethylammonium Nitrate
ChemEngineering, vol. 4, p. 5, 2020 https://www.mdpi.com/2305-7084/4/1/5

[3] M. Sarkar, J.C. Riedl, G. Demouchy, F. Gélébart, G. Mériguet, V. Peyre, E. Dubois, and R. Perzynski," Inversion of thermodiffusive properties of ionic colloidal dispersions in water-DMSO mixtures probed by forced Rayleigh scattering" , Eur. Phys. J. E (2019) 42: 72
https://DOI.org/10.1140/epje/i2019-11835-6

[4] T. Fiuza, M. Sarkar, J. C. Riedl, A. Cebers, F. Cousin, G. Demouchy, J. Depeyrot, E. Dubois, F. Gelebart, G. Meriguet, R. Perzynski, V. Peyre, Thermodiffusion anisotropy under a magnetic field in ionic liquid-based ferrofluids, Soft Matter, 2021, 17, 4566
https://DOI.org/10.1039/d0sm02190c

Compétences attendues pour le candidat au doctorat :
- Physique avec de bonnes notions de chimie ou double formation chimie/physique
- Intérêt pour les expériences, l'instrumentation (optique, physique, électronique...) et la modélisation
- Capacités de communication avec d'autres communautés (chimistes, ...)
- Anglais obligatoire, le français est un plus

Contexte de travail

Phenix est un laboratoire interdisciplinaire de Sorbonne Université où physiciens et chimistes travaillent ensemble, combinant des approches expérimentales et théoriques pour améliorer les connaissances fondamentales sur divers sujets autour des interfaces chargées, en gardant à l'esprit les défis actuels autour de l'énergie, de la santé ou de l'environnement (45 permanents / 45 non permanents).
Le doctorant sera particulièrement impliqué dans deux équipes : l'équipe "Colloïdes inorganiques", spécialisée dans la synthèse, la stabilisation et la caractérisation de nanoparticules dans divers fluides complexes tels que les solvants organiques, les liquides ioniques ou les mélanges de solvants ; l'équipe "Modélisation et expériences multi-échelles", qui se concentre sur la dynamique et le transport dans des systèmes complexes à différentes échelles.
Chercheurs impliqués dans le projet : Véronique Peyre, Gilles Demouchy, Guillaume Mériguet, Régine Perzynski
https://phenix.cnrs.fr/en/home/ (site en cours de migration)
Localisation : 4, place Jussieu – 75005 Paris – France

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