Offre de thèse : Interfaces électriques innovantes pour le refroidissement utilisant des céramiques ferroélectriques

Contexte : Les dispositifs réfrigérants sont d'une importance cruciale dans de nombreuses applications (transport alimentaire, confort, approvisionnement médical, etc.). Pourtant, les approches conventionnelles pour maintenir une température basse dans un système reposent toujours sur des gaz qui soulèvent des préoccupations environnementales et de sécurité. Les gaz actuels, à savoir les hydrofluorocarbures HFC, devraient être remplacés depuis 1997 (protocole de Kyoto). Pourtant, aucune alternative viable n'a encore été proposée à ce jour.

Dans le cadre du projet ANR PRCI « CooliSH », un changement de paradigme pour la réfrigération est proposé au travers de l'utilisation de matériaux électrocaloriques qui convertissent directement l'énergie électrique en flux de chaleur. L'objectif du projet est de proposer des approches innovantes et sans gaz pour les dispositifs de refroidissement. Le projet comprend 1) l'adaptation des matériaux et de la géométrie pour améliorer l'échange thermique entre le matériau actif et l'environnement, 2) un contrôle énergétiquement efficace du côté électrique et 3) le développement d'une preuve de concept complète afin de démontrer l'efficacité de l'appareil.

La présente proposition de doctorat porte principalement sur le second aspect, avec quelques contributions au troisième.

Objectif : Ainsi, dans ce travail de doctorat, l'objectif principal sera d'implémenter le matériau et la structure électrocaloriques dans un système complet intégrant l'interface électrique de commande, en tenant compte de l'efficacité énergétique globale de l'ensemble. L'application d'un champ électrique sera combinée à la récupération des charges lors de l'exécution du cycle thermodynamique. Cela sera notamment rendu possible par la prise en compte de l'ensemble du système, avec la modélisation du système thermique global par un circuit électrique équivalent. En résumé, les deux principales missions du travail de doctorat sont :

1. Modélisation du comportement global du dispositif de refroidissement via des circuits électriques équivalents éventuellement non-linéaires.

2. Sur la base de l'approche globale réalisée à l’étape précédente, la conception et la mise en œuvre d'interfaces électriques efficaces comprenant la récupération de charges pour assurer des cycles régénératifs. Une telle implémentation sera à terme déployée dans un dispositif global pour preuve de concept.