Unité : Centre d'Enseignement, de Recherche et d'Innovation Énergie Environnement, CERI EE
Spécialité : Mécanique des Fluides, Énergétique, Génie des Procédés
Responsable hiérarchique : Nadine LOCOGE
Responsables fonctionnels : Jules Voguelin SIMO TALA, Daniel BOUGEARD
Nature de l'emploi : Projet de thèse de doctorat en Mécanique et Energétique
Lieu de travail : IMT Nord Europe, campus Lahure, 764 boulevard, 59500 Douai
- Contexte général
École sous tutelle du ministère de l'économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, IMT Nord Europe est née en 2017 de la fusion de Télécom Lille et de l'École des Mines de Douai. Elle compte aujourd'hui parmi les plus Grandes Écoles d'ingénieurs au Nord de Paris avec plus 2200 élèves, dont un quart d'apprentis, plus de 600 diplômés par an et un réseau de 15 000 diplômés. Elle fait partie de l'Institut Mines Télécom, premier groupe public de Grandes Écoles d'ingénieurs et de management de France, et est partenaire de l'université de Lille.
IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l'innovation et les créations d'entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement située au carrefour de l'Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1H30 de Londres, IMT Nord Europe a l'ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l'ingénieur et les technologies du digital.
Localisée sur 2 sites principaux d'enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s'appuie sur plus de 20 000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d'excellence dans les trois domaines « Systèmes Numériques », « Energie Environnement » et « Matériaux et Procédés ».
Pour plus de détails, consulter le site internet de l'École : www.imt-nord-europe.fr
Le présent projet de recherche est monté par IMT Nord Europe en partenariat avec l'Ecole Nationale des Arts et Métiers (ENSAM) de Paris.
2. Projet scientifique
2.1. Contexte
Selon l'ADEME, les émissions thermiques fatales dans le secteur industriel représentent une puissance estimée à 51 TWh, soit 16 % de la consommation de combustibles dans l'industrie, rejetés sous forme de chaleur fatale en France. L'analyse de la répartition de cette puissance perdue montre que 10% sont concentrées dans les hautes températures (>400°C), 37% dans les moyennes températures (200°C à 400°C) alors que 53% sont concentrées dans les basses températures (100 °C à 200°C). En raison du fait que les sites d'émission haute température sont en nombre limité en France, plusieurs travaux ont été effectués ces dernières décennies sur la récupération et la valorisation de ces rejets ce qui a abouti au développement de systèmes de stockage haute température matures, très souvent sous forme sensible dans des matériaux réfractaires. Les émissions thermiques moyenne et basse température sont souvent disséminées au sein du territoire national avec un gisement important dans les Hauts de France pour ce qui concerne les basses températures. Cette dissémination constitue un frein au développement de technologies de rupture pour la récupération et la valorisation de ces rejets contrairement aux rejets hautes températures.
2.2. Objectifs
Ce projet vise à développer des solutions de stockage thermique latent flexibles pour la récupération de la chaleur fatale en ciblant une application à l'amélioration de l'efficacité énergétique de différents systèmes énergétiques industriels. Plus concrètement, l'objectif du projet est de réduire voire substituer le recours aux sources énergétiques fossiles dans différentes applications telles le chauffage et la production d'eau chaude dans le secteur résidentiel (eau chaude sanitaire, habitations individuelles et collectives, hôpitaux, EHPAD, etc.) ou/et industriel, l'agroalimentaire (culture sous serre), les réseaux de chaleurs, les procédés énergétiques endothermiques par des énergies fatales captées et stockées dans des unités de stockage thermique latent optimisées et avec une grande flexibilité d'utilisation selon l'application, avec pour objectif ultime de contribuer au développement d'une industrie du futur performante, vertueuse et économe.
Compte tenu de leur forte densité énergétique volumique, une des pistes de récupération de ces rejets thermiques est de développer des modules de stockage thermique latent dans des matériaux à changement de phase (MCP) en priorisant les matériaux éco-efficients. L'innovation visée dans ce projet est l'utilisation de techniques passives d'accroissement des transferts de chaleur aussi bien au sein du MCP qu'au sein du fluide caloporteur pour rendre ces modules compacts et optimisés facilitant de ce fait les phases de charge-décharge d'énergie thermique pour un panel d'applications cibles.
2.3. Activités
La complexité des phénomènes mis en jeux dans les unités de stockage devant être développées dans la cadre de ce projet nécessite le développement de modèles numériques de prédiction (CFD fine) des processus de fusion-solidification incluant les échanges convectifs qui peuvent être naturels ou mixtes. Ces modèles par la suite ont besoin de validation fine sur des installations expérimentales aussi bien au niveau local que global. Par conséquent, une double approche numérique et expérimentale est concomitamment employée dans ce projet. Les modules de stockage développés faisant intervenir différents phénomènes physiques couplés (conduction et convection monophasique, conduction et convection avec changement de phase), une modélisation fine de ces modes de transferts sera effectuée en mettant en oeuvres des outils numériques de type CFD[1] dans le but de décrire fidèlement les mécanismes de transferts mis en jeu au niveau local. Des expérimentations thermo-fluidiques (locales et globales) seront développées afin de valider les différentes modélisations numériques effectuées et caractériser les performances des matériaux à changement de phase sélectionnés (visualisations thermo-fluidiques, thermométrie, caractérisation thermo-physique de matériaux, essais de cyclage thermique). Un accent sera mis sur l'utilisation de techniques quantitatives avancées de type vélocimétrie par imagerie de particules (PIV) aussi bien du côté du fluide caloporteur que du côté du MCP pour avoir accès aux champs de vitesse (aussi bien en convection naturelle dans le MCP qu'en convection forcé dans le fluide caloporteur) permettant de qualifier les modèles numériques développés. L'optimisation énergétique du concept de récupération et de valorisation de la chaleur fatale industrielle repose sur une approche intégrée combinant des méthodes d'optimisation à différents niveaux. Au niveau des composants, elle inclura la manipulation passive et innovante des écoulements (côté fluide caloporteur et MCP), l'optimisation de la conception et de la forme des unités de stockage latent, ainsi que leur intégration optimale dans le système. Au niveau global, l'approche se concentrera sur l'optimisation de l'efficacité énergétique, environnementale et économique, la sélection de matériaux écologiques, la durabilité des solutions (vieillissement / cyclage), ainsi qu'une analyse approfondie du cycle de vie des systèmes. Les outils numériques mis en oeuvre dans ce projet, couplés à ces expérimentations permettront de prototyper et de développer des modules de récupération et de valorisation de chaleur fatale dans la plage de température comprise entre 70° et 400°C, flexibles et durables.
[1] Computational Fluid Dynamics
1.1. Profil
Le poste convient à un(e) candidat(e) ayant/préparant un Master2 / diplôme d'ingénieur et possédant des compétences dans l'un ou plusieurs des domaines suivants : Mécanique des fluides / Energétique / Thermique.
Les principales compétences nécessaires à la réalisation du projet de recherche proposé sont les suivantes :
- Modélisation numérique et simulation thermo-fluidique
- Expérimentation thermo-fluidique par approche locale et globale
- Rigueur scientifique et qualité rédactionnelles requises
- Maîtrise de la langue anglaise pour la valorisation des travaux (publications, communications scientifiques)
Des connaissances autour d'un ou plusieurs logiciels suivants seront appréciées : Star CCM+, ANSYS-FLUENT et équivalents
1.2. Conditions de déroulement de la thèse
Le poste est à pourvoir à compter du 1er Octobre 2025 pour une durée de 3 ans (contrat CDD). La thèse se réalisera en codirection avec le laboratoire LIFSE de l'ENSAM de Paris. Un séjour d'une durée d'un an est prévu au sein du laboratoire LIFSE dans le cadre de ce projet. Des déplacements entre le CERI EE de l'IMT Nord Europe à Douai et le laboratoire LIFSE de l'ENSAM de paris sont prévus tout au long de la thèse.
1.3. Contacts
Pour tout renseignement sur le poste, merci de vous adresser à :
- Dr. Jules Voguelin SIMO TALA, Enseignant-Chercheur au CERI EE, Douai, France : @.**
- Pr. Daniel BOUGEARD, Enseignant-chercheur au CERI EE, Douai, France : @.**
Pour tout renseignement administratif, merci de vous adresser à la Direction des Ressources Humaines : @.**
Cet emploi est proposé en mobilité pour un fonctionnaire ou bien sous forme de contractuel de droit public.
Par ailleurs, le poste peut être aménagé pour une personne en situation de handicap.
Les candidats sont invités à fournir :
- Un CV détaillé, deux lettres de recommandation et une lettre de motivation avec référence explicite à l'offre « Projet de thèse de doctorat en Mécanique et Energétique, en codirection IMTNE - ENSAM : Solutions de stockage thermique latent FLEXIbles pour la récupération de la chaleur fatale, une pluS grande efficaciTé énergétique et la décarbOnation de l'industRiE (FLEXI-STORE) »
Date limite de candidature : 15/02/2025
1.1. Profil
Le poste convient à un(e) candidat(e) ayant/préparant un Master2 / diplôme d'ingénieur et possédant des compétences dans l'un ou plusieurs des domaines suivants : Mécanique des fluides / Energétique / Thermique.
Les principales compétences nécessaires à la réalisation du projet de recherche proposé sont les suivantes :
- Modélisation numérique et simulation thermo-fluidique
- Expérimentation thermo-fluidique par approche locale et globale
- Rigueur scientifique et qualité rédactionnelles requises
- Maîtrise de la langue anglaise pour la valorisation des travaux (publications, communications scientifiques)
Des connaissances autour d'un ou plusieurs logiciels suivants seront appréciées : Star CCM+, ANSYS-FLUENT et équivalents
1.2. Conditions de déroulement de la thèse
Le poste est à pourvoir à compter du 1er Octobre 2025 pour une durée de 3 ans (contrat CDD). La thèse se réalisera en codirection avec le laboratoire LIFSE de l'ENSAM de Paris. Un séjour d'une durée d'un an est prévu au sein du laboratoire LIFSE dans le cadre de ce projet. Des déplacements entre le CERI EE de l'IMT Nord Europe à Douai et le laboratoire LIFSE de l'ENSAM de paris sont prévus tout au long de la thèse.
1.3. Contacts
Pour tout renseignement sur le poste, merci de vous adresser à :
- Dr. Jules Voguelin SIMO TALA, Enseignant-Chercheur au CERI EE, Douai, France : @.**
- Pr. Daniel BOUGEARD, Enseignant-chercheur au CERI EE, Douai, France : @.**
Pour tout renseignement administratif, merci de vous adresser à la Direction des Ressources Humaines : @.**
Cet emploi est proposé en mobilité pour un fonctionnaire ou bien sous forme de contractuel de droit public.
Par ailleurs, le poste peut être aménagé pour une personne en situation de handicap.
Les candidats sont invités à fournir :
- Un CV détaillé, deux lettres de recommandation et une lettre de motivation avec référence explicite à l'offre « Projet de thèse de doctorat en Mécanique et Energétique, en codirection IMTNE - ENSAM : Solutions de stockage thermique latent FLEXIbles pour la récupération de la chaleur fatale, une pluS grande efficaciTé énergétique et la décarbOnation de l'industRiE (FLEXI-STORE) »
Date limite de candidature : 15/02/2025