Nouveaux matériaux à changement de phase biosourcés

Les systèmes de stockage thermique de l’énergie (TES) trouvent de multiples applications, par exemple en combinaison avec des sources d’énergie renouvelable pour pallier leur intermittence, en récupération de chaleur fatale sur les procédés industriels ou encore dans des bâtiments dits « critiques » tels que les centres de données ou la fiabilité de l’approvisionnement énergétique est essentielle. De nombreux concepts technologiques ont été développés à ce jour dont ceux basés sur les matériaux à changement de phase (MCP) appelé stockage par chaleur latente. Il procure des densités énergétiques élevées avec de faibles différences de températures entre la charge et la décharge d’énergie comparé au stockage par chaleur sensible.
Les MCP constituent un domaine de recherche très actif, avec une croissance exponentielle du nombre des publications scientifiques depuis 2003 et plus de 10000 articles publiés en 2014. Les premiers travaux sur les MCP apparaissent en 1949, mais ce n'est qu'à la fin des années 1970 que des MCP commencent à être utilisés pour le stockage de l'énergie thermique dans les bâtiments et dans des systèmes de stockage d’énergie solaire. Depuis, un grand nombre de MCP a été étudié. Les tendances dans l'étude et le développement de nouveaux MCP poursuivent les objectifs suivants : i) remplacer les paraffines, qui dominent aujourd'hui le marché, par des MCP d'origine renouvelable ; ii) réduire significativement les coûts d'investissement des technologies de stockage associées, soit en utilisant des MCP à très bas coût ou des MCP à très forte densité énergétique (kWh/m3), soit en simplifiant significativement le système de stockage (par exemple, en éliminant les échangeurs) ; iii) augmenter la compacité des systèmes de stockage et améliorer sensiblement les propriétés des MCP.
L'objectif général du projet de collaboration internationale de recherche entre l’École de technologie supérieure de Montréal (https://www.etsmtl.ca/) et l’institut de mécanique et d’ingénierie de l’INP Bordeaux (https://www.i2m.u-bordeaux.fr/) est de développer et d'étudier des nouveaux matériaux à changement de phase biosourcés capables de concurrencer l'eau comme milieu de stockage et de surpasser les performances des MCP communément utilisés dès nos jours (ex: bas coût, haute densité énergétique, faible impact environnemental ...).
Cet objectif général se décompose dans les objectifs spécifiques suivants :
O1. Recherche et caractérisation complète des MCP-B sur une gamme de températures comprise entre 0 et 200°C

O2. Développement des nouvelles méthodes expérimentales, basées sur des techniques d'imagerie thermique, permettant i) d'accélérer les étapes de screening conduisant au développement des nouveaux matériaux; et ii) d'étudier des phénomènes spécifiques tels que la croissance cristalline.

O3. Développement des modèles et des outils numériques avec le double objectif de i) contribuer à la compréhension du fonctionnement des matériaux développés et guider ainsi leur amélioration ; et ii) disposer des outils de simulation permettant d'optimiser leur intégration au système de stockage et aux applications. 

O4. Évaluation des performances techniques, économiques et environnementales de l'ensemble des matériaux développés et identification des étapes à franchir pour porter à maturité des technologies de stockage thermique s'appuyant sur ces matériaux.

Le projet pourrait se poursuivre par une thèse de doctorat.
 

Connaissances requises

Le candidat devra avoir une solide formation en matériaux et des connaissances en thermique.  
 

Programme d'études visé

Maîtrise avec projet, Maîtrise avec mémoire

Domaines de recherche

Énergie, Matériaux et fabrication

Financement

Selon le profil du candidat

Autres informations

Date de début : Session d'automne 2020
Partenaire impliqué :  Institut de mécanique et d’ingénierie de l’INP Bordeaux (https://www.i2m.u-bordeaux.fr/)

Personne à contacter

Didier Haillot | didier.haillot@etsmtl.ca