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Doctorant en Simulation numérique du rayonnement électromagnétique de matériaux multi-échelles pour l'efficacité énergétique (H/F)

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Informations générales

Référence : UPR3079-CEDBLA-002
Lieu de travail : ORLEANS
Date de publication : lundi 20 avril 2020
Nom du responsable scientifique : Cédric Blanchard
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Résumé:
Cette thèse s'inscrit dans un projet financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) à travers l'axe scientifique: Une énergie durable, propre, sûre et efficace. Elle permettra au candidat d'acquérir des compétences dans le domaine de la simulation numérique de l'interaction lumière/matière dans des matériaux hétérogènes et désordonnés. L'objectif du projet est de produire de la connaissance sur le transport radiatif en milieux complexes afin de concevoir de nouveaux matériaux possédant des propriétés utiles à la transition énergétique.

Contexte du projet:
Le projet est en lien avec l'efficacité énergétique. L'efficacité énergétique faisant actuellement partie des préoccupations majeures de notre société, il est dans l'ordre des choses de voir émerger de nouveaux concepts (p. ex. dispositifs de refroidissement radiatif, systèmes thermophotovoltaïques, etc.) permettant de soutenir le développement des technologies de l'énergie renouvelable.
L'intérêt soutenu porté par le monde académico-industriel aux matériaux hétérogènes est dû à la diversité des fonctionnalités optiques que ces derniers permettent d'atteindre. Ces fonctionnalités sont largement pilotées par la texture du milieu, c'est à dire l'arrangement des hétérogénéités (inclusions ou pores), leur distribution de taille, leur orientation, leur densité, leur constitution, etc. Cette multitude de paramètres donne lieu à des topologies complexes, désordonnées et multi-échelles, dont le rôle exact sur les propriétés radiatives sont d'autant plus difficiles à déterminer. Pourtant progresser sur ce dernier point est fondamental afin d'intégrer ces matériaux hétérogènes à des dispositifs pour l'énergie, optimisés pour une fonctionnalité donnée.

Du fait de la complexité des interactions qui prennent place dans ces matériaux, il est habituel d'employer des approximations (p. ex. régime de diffusion indépendante, théorie des milieux effectifs, lancé de rayons, etc.) dont la validité peut, dans bien des situations, être largement remise en question. En tout état de cause, on prend le risque avec ces approximations de perdre l'essence d'un phénomène et donc de limiter la compréhension des mécanismes physiques qui sont en jeu. Dès lors, il est important de pouvoir s'affranchir de ces approximations afin d'assurer le design efficace de nouveaux matériaux.

La limitation principale concerne les configurations où les hétérogénéités sont de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde. Alors que le poids radiatif est dans ce cas prépondérant, le transport de chaleur est très mal compris dans ce régime. Modéliser l'interaction lumière/matière à l'échelle de la longueur d'onde passe forcément par la résolution des équations de Maxwell. Cela constitue un défi, bien identifié par la communauté française et internationale du transfert radiatif.

Objectifs et réalisation:
L'objectif du projet est d'étendre la sphère de connaissance ayant trait à la connexion entre le désordre textural et les propriétés radiatives de matériaux hétérogènes semi-transparents. Les développements obtenus constitueront un guide pour l'optimisation et la conception de matériaux relevant des technologies vertes.

Pour atteindre cet objectif, des outils numériques pour la résolution des équations de Maxwell en milieu hétérogène seront développés afin que l'interaction lumière/matière soit rigoureusement pris en compte. L'effort portera principalement sur l'étude de la matière à l'échelle de la longueur d'onde, là où la conversion et le transport de l'énergie radiative sont encore très mal compris. Pour ce faire, le doctorant disposera de codes de calculs numériques basés sur le développement multipolaire du champ électromagnétique. Si nécessaire, ces codes seront couplés à d'autres techniques numériques. Le doctorant travaillera également sur la modélisation sub-longueur d'onde d'agglomérats composés de petites particules qui, contrairement à ce qui est souvent supposé, peuvent présenter des comportement non-homogènes.

D'autre part, le CEMHTI dispose d'instruments de spectroscopie infrarouge à la pointe de ce qui se fait aujourd'hui. Le doctorant aura donc l'opportunité d'enrichir ses compétences expérimentales en caractérisant les nouveaux matériaux et fonctionnalités optiques qu'il/elle aura développés.

Les applications pratiques susceptibles de s'appuyer sur nos avancées fondamentales englobent (i) la détermination des propriétés effectives de vitro-céramiques, (ii) l'optimisation de l'émissivité de nanoparticules métalliques utilisées comme carburant et (iii) des microsources thermiques sélectives spectralement et angulairement et à basse consommation énergétique. Ces exemples ne sont pas exhaustifs et seront menés dans le cadre de collaborations académiques et industrielles.

Contexte de travail

Au CNRS, le CEMHTI est une unité propre de recherche du CNRS répartie sur deux sites proches (Haute température et Cyclotron) et regroupant environ 110 personnes.
Le laboratoire développe des expertises et des outils originaux sur le plan national et international pour étudier notamment in situ les propriétés physico-chimiques des matériaux en conditions extrêmes.

La thèse doctorale sera menée au CEMHTI et plus précisément dans l'équipe: Grandeurs Radiatives et Phénomènes de Transport dans les Matériaux.

Le CEMHTI offre d'excellentes installations, tant pour la simulation numérique que pour la caractérisation expérimentale:
• Serveur de calculs (512GB, 20 cœurs, etc.). Un second serveur, encore plus puissant (1.5TB, 40 cœurs), sera mis en service en novembre 2020.
• Spectroscopie infrarouge à haute température.
• Spectroscopie Raman.
• Spectroscopie RMN à champs intenses et à hautes températures.
• Microscopie Électronique en Transmission de haute résolution.

Contraintes et risques

L'activité liée au profil de poste nécessitera des déplacements professionnels durant les 3 années de la thèse.

La date de prise de fonctions est susceptible d'être modifiée eu égard la situation sanitaire actuelle en France liée à l'épidémie de Covid-19.

Date limite de réception des candidatures fixée au 31 juillet 2020.

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