Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR GreenovMAT. Face aux enjeux énergétiques, environnementaux (réchauffement climatique) et économiques (augmentation du prix de l’énergie), il faut œuvrer pour une nouvelle gestion de l’énergie et repenser les émetteurs afin d’apporter de la flexibilité au système électrique. Ce projet vise à contribuer au développement d’une nouvelle génération de plafonds rafraichissants intégrant des technologies de stockage par chaleur latente. Leur développement passe nécessairement par une attention particulière à l’échelle du matériau. L’apport innovant est donc le développement de matériaux composites qui constitueront ces plafonds avec pour objectifs principaux : améliorer la gestion de l’énergie thermique à l’échelle des bâtiments tertiaires en intégrant les besoins bâtiments/usagers en période estivale ; adapter et piloter les dynamiques de production et d’usage du rafraîchissement pour apporter de la sécurité d’approvisionnement et de la flexibilité ; participer à la décarbonation du rafraîchissement en favorisant la valorisation de l’énergie thermique disponible ainsi que le développement d’enveloppes durables et innovantes de bâtiment. Les matériaux composites développés seront constitués d’une matrice support (comparaison de 2 configurations : gyroïde réalisée en fabrication additive et microcapsules) biosourcée et active (matériaux à changement de phase solide-solide) contenant un matériau à changement de phase liquide-solide. Ces matériaux composites joueront un rôle actif dans le stockage/déstockage de froid et feront bénéficier le plafond rafraichissant d’une inertie importante ce qui permettra de limiter le recours à la climatisation (et le décaler dans le temps). Ce projet est transverse, à l’interface de nombreuses disciplines et intègre des activités de recherche numériques et expérimentales à toutes les échelles combinant des sciences fondamentales et appliquées.

Dans ce contexte, l’objectif est de développer des modèles à l’échelle du matériau et des outils numériques pour :

• contribuer à la compréhension du fonctionnement des matériaux développés et guider ainsi leur amélioration
• disposer d’outils de simulation permettant d'optimiser la microstructure des matériaux et les transferts en leur sein puis d’optimiser leur intégration au plafond rafraichissant et le dimensionnement de ce dernier.

Méthodologie

Les simulations numériques seront effectuées (en forte interaction avec les parties du projet permettant l’obtention des données d’entrée via les caractérisations des matériaux) à l’aide d’un couplage fluide-structure totalement open source basé sur OpenFoam (MCP), Precice (Interface), CalculiX (Structure). Le maillage des parties fluides et solides a déjà été effectué. La modélisation du changement de phase sera intégrée à OpenFoam et validée sur des configurations expérimentales. Le consortium a accès à un supercalculateur (Curta, Université de Bordeaux) qui permet de considérer le phénomène physique avec une précision suffisante (plusieurs dizaines de millions de cellules).

Des modèles à plusieurs échelles seront développés, puis imbriqués : modèles microscopiques à l'échelle des phases, modèles de type "milieu continu équivalent" à l'échelle du plafond hybride. Des modèles hybrides associant la physique et l’intelligence artificielle (IA) seront également envisagés. Ces modèles seront alimentés avec les résultats des autres parties du projet pour étudier, via la simulation, l'intégration des MCP développés au plafond.

Dans ces travaux de thèse, nous nous intéresserons au développement de modèles à l’échelle du matériau et d’outils numériques pour contribuer à la compréhension du fonctionnement des matériaux développés et guider ainsi leur amélioration et disposer d’outils de simulation permettant d'optimiser la microstructure des matériaux et les transferts en leur sein puis d’optimiser leur intégration au plafond rafraichissant et le dimensionnement de ce dernier. Ces travaux de modélisation permettront d’orienter le développement à échelle 1 de premiers prototypes en tenant compte du confort des usagers, des consommations d’énergie et de la flexibilité énergétique.

Dossier de candidature à envoyer à Delphine Lacanette et Alain Sempey

• Profil recherché : De formation en ingénierie, de préférence de formation plutôt numérique mais intéressé pour développer ses compétences expérimentales également.
• Date : septembre 2025
• Encadrement : Delphine Lacanette, Alain Sempey, tous deux I2M département TREFLE
• Lieu : I2M (Institut de Mécanique et d’Ingénierie de Bordeaux) avec missions au LaSIE à La Rochelle
• Financement du salaire, des équipements et des missions : projet ANR GreenovMAT acquis