Thèse Système de Stockage Thermique de Type Thermocline et Distribution Fluidique de l'Expérimental à la Réduction de Modèle H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Pau et des Pays de l'Adour École doctorale : Sciences Exactes et leurs Applications Laboratoire de recherche : Laboratoire de thermique energétique et procédés Direction de la thèse : Sylvain SERRA ORCID 0000000182717897 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-15T23:59:59 La chaleur représente de l'ordre de 70% de l'énergie utilisée dans l'industrie avec près de la moitié de cette énergie rejetée sous forme de chaleur fatale. La récupération et le stockage de cette chaleur fatale permet d'envisager une meilleure efficacité énergétique des process, une réduction de leur empreinte carbone ainsi que des gains économiques.
La thèse proposée fait suite à une thèse et un PostDoc portant sur la caractérisation fine (modèle numérique CFD et conception d'un banc de test à l'échelle industrielle) des phénomènes thermo-hydraulique présents dans les stockages thermiques de type thermocline liquide (solution aujourd'hui déployable à l'échelle industrielle et acceptée). Cette thèse vise à : Caractériser l'effet du cyclage thermique et des conditions initiales ; Proposer un modèle simplifié et validé pour une utilisation industrielle ; Proposer des critères de dimensionnement pour les systèmes de distribution du fluide.
Son intérêt :
La chaleur représente de l'ordre de 70% de l'énergie utilisée dans l'industrie, toutes températures confondues, avec près de la moitié de cette énergie perdue, rejetée sous forme de chaleur fatale. La récupération et le stockage de la chaleur fatale permet d'envisager une meilleure efficacité énergétique des process (ex. : réseaux de chaleur urbains ou à haute pression, industries lourdes comme la métallurgie ou la chimie), une réduction de leur empreinte carbone ainsi que des gains économiques. Le marché du stockage thermique industriel est en forte croissance (+12 % par an, source : IEA, 2024), avec un potentiel économique estimé à plusieurs milliards d'euros en Europe d'ici 2030.
De plus, le projet s'inscrit dans les objectifs du Plan France 2030 et des stratégies régionales de neutralité carbone, qui encouragent la récupération de chaleur fatale et les synergies industrielles.

Son caractère novateur :
Bien que le stockage thermique par thermocline liquide soit déjà utilisé dans l'industrie, les mécanismes fins régissant la formation et la stabilité de la thermocline restent mal compris, notamment en conditions réelles.
Les modèles existants manquent souvent de validation expérimentale dans des gammes étendues de fonctionnement représentative d'une utilisation industrielle, limitant leur applicabilité.
Il existe un besoin criant de données expérimentales pour alimenter les outils de simulation afin de guider le dimensionnement des systèmes de stockage et de fait, l'utilisation d'une plateforme expérimentale dédiée, déjà instrumentée et opérationnelle, offre une base solide pour valider ces modèles et générer des données inédites, essentielles pour la communauté scientifique et les industriels.

D'un point de vue scientifique et technique, le projet se distingue par la volonté de caractériser finement les phénomènes physiques en jeu dans des conditions réelles d'exploitation, bien loin des modèles théoriques ou des essais en laboratoire. Contrairement aux études existantes, souvent limitées à des charges ou décharge étudiées séparément, à des réservoirs de petite taille, faible débit et/ou fiable différence de température charge/décharge, ce projet s'attache à étudier des cycles thermiques non identiques et incomplets, reflétant les contraintes industrielles réelles. Cette approche permet d'affiner les modèles numériques (notamment via des simulations CFD) et de développer des critères de dimensionnement adaptés pour les distributeurs fluidiques, un aspect encore mal maîtrisé dans la littérature.
Ce projet vise à caractériser et optimiser les stockages thermiques de type thermocline liquide, une technologie clé pour la récupération de chaleur fatale dans l'industrie.

Les objectifs principaux sont :
- Caractériser expérimentalement le comportement d'un réservoir thermocline liquide, en étudiant l'impact du cyclage thermique, des conditions initiales, et de la distribution fluidique sur les performances.
- Affiner un modèle numérique CFD (Computational Fluid Dynamics) à partir des données expérimentales, afin de prédire précisément les phénomènes physiques en jeu.
- Développer un modèle système réduit, intégrant l'ensemble du réservoir (distributeurs d'entrée/sortie et cuve), pour faciliter son utilisation par les industriels.
- Établir des critères de dimensionnement pour les distributeurs fluidiques, actuellement absents de la littérature, et fournir des données expérimentales robustes pour la communauté scientifique.
La méthodologie utilisée :
La thèse proposée ici fait suite à la thèse de Alexis Ferré sur la distribution fluidique dans un thermocline liquide, qui s'est concentrée sur le développement d'un modèle physique complet (CFD Fluent) permettant d'étudier finement les phénomènes physiques intervenant dans la création puis le transport de la thermocline dans un réservoir de stockage. Une installation expérimentale dédiée (0.6 m de diamètre, 3-4 m de haut) a été construite et finement instrumentée afin de caractériser le comportement de ce type de stockage, et de permettre une comparaison/validation du modèle numérique. Un postdoc (Martin Rudkiewicz) est actuellement en cours jusqu'à juin 2026 pour poursuivre ces travaux, tant numériques qu'expérimentaux.

Un modèle numérique CFD partiellement validé et une installation expérimentale fonctionnelle seront donc la base de cette thèse qui, chronologiquement, aura pour but principaux
- de poursuivre la caractérisation expérimentale du comportement d'un thermocline liquide. L'impact du cyclage thermique, des conditions initiales dans le réservoir sur les performances et la distribution (le type et le dimensionnement du distributeur sont des points qui seront étudiés).
- de valider le modèle numérique global CFD sur la base des données expérimentales générées et ainsi compléter les interprétations physiques des comportements mesurés. Le modèle validé permettra également d'étudier des configurations non disponibles sur le dispositif expérimental.
- de déterminer les nombres adimensionnels et/ou paramètres importants pour le dimensionnement de distributeur fluidique en fonction des conditions de fonctionnement. Il s'agit notamment d'essayer de développer une méthode permettant le dimensionnement de distributeur adapté à des conditions de fonctionnement données
- de réaliser une réduction du modèle CFD vers un modèle système complet intégrant la distribution en entrée et en sortie ainsi que la cuve
- de fournir à la communauté scientifique et industrielle des données actuellement manquantes et pouvant servir d'élément importants pour la validation dans des conditions variées et réalistes

Votre profil
Diplôme d'ingénieur (ou master) en génie énergétique/génie des procédés
Bonne connaissance des systèmes/procédés de conversion d'énergie
Vif intérêt pour la modélisation
Solides compétences en optimisation numérique
Maîtrise de l'anglais
Goût pour le travail en équipe, en particulier dans un environnement interculturel
Comment postuler ?
Pour postuler, veuillez envoyer les documents suivants par e-mail :
- un CV
- une copie de votre diplôme de master
- un relevé de notes correspondant à ce diplôme
- une lettre de motivation
- des lettres de recommandation
E-mail : ****@****.**