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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-21-0299

DOMAINE DE RECHERCHE
Matière molle et fluides complexes / Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Conversion de l'énergie thermoélectrique en ferrofluides pour un capteur de chaleur solaire hybride

RÉSUMÉ DU SUJET

Les matériaux thermoélectriques (TE) capables de convertir la chaleur en électricité sont considérés comme une solution possible pour récupérer la chaleur fatale provenant du flux de déchets industriels, de moteurs, d’appareils électroniques ménagers ou de la chaleur corporelle. Depuis plusieurs années, au sein du laboratoire SPHYNX nous explorons les effets thermoélectriques dans les nanofluides ioniques, où des nanoparticules chargées électriquement servent à la fois de porteurs de chaleur et d'électricité. Contrairement aux matériaux solides, plusieurs effets TE interdépendants se produisent dans ces fluides, en donnant des valeurs du coefficient thermoélectrique généralement supérieures d'un ordre de grandeur à celles des semiconducteurs solides. De plus, les liquides thermoélectriques sont constitués de matières premières abondantes, et ils font l'objet d'une attention particulière en tant que futurs matériaux TE peu coûteux et écologiques. Alors que les origines précises des phénomènes thermoélectriques dans ces fluides sont encore débattues, nos résultats expérimentaux indiquent que les natures physico-chimiques d’interface particule-liquide y jouent un rôle décisif.

L'objectif du projet de doctorat est double. Premièrement, nous étudierons les mécanismes thermodynamiques sous-jacents à la production du potentiel thermoélectrique dans les nanofluides par mesures systématiques du coefficient Seebeck et le courant électrique produits. Les résultats seront comparés à leur propriétés thermo-diffusives étudiées par ailleurs dans le cadre d'actions de collaboration. Deuxièmement, le projet vise à développer des dispositifs de capteurs solaires hybrides de niveau « preuve de concept », capables de co-générer de la chaleur et de l'électricité. Ce dernier fait partie d'un projet en cours, SolTE-Hybrid (financement PALM-Valorisation) qui a démarré en septembre 2020.

Le projet de recherche proposé est principalement expérimental, impliquant des mesures thermoélectriques, thermiques et électrochimiques ; la mise en place d'un système d'acquisition de données automatisé et l'analyse des données obtenues. Des notions de thermodynamique, de physique des fluides et de physique de l'ingénierie (des dispositifs), ainsi que des connaissances pratiques sur la manipulation des dispositifs de laboratoire sont souhaitées. Des connaissances de base en optique et en électrochimie sont un plus mais pas obligatoires. Pour les étudiants motivés, des simulations numériques utilisant des logiciels CFD commerciaux peuvent également être envisagées.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Condensed matter physics, physical chemistry, thermodynamics

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service de Physique de l’Etat Condensé
Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2021
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Sawako NAKAMAE  

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX
IRAMIS/SPEC
CEA-Saclay
Bât 772
CEA-Saclay
91191 Gif-sur-Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 75 38

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Physique en Île-de-France (EDPIF)
DIRECTEUR DE THÈSE

Sawako NAKAMAE

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/SPHYNX
IRAMIS/SPEC
CEA-Saclay
Bât 772
CEA-Saclay
91191 Gif-sur-Yvette