Thèse Conception et Intégration d'Une Cavité Radiative pour les Systèmes Thermophotovoltaïques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Perpignan Via Domitia École doctorale : Energie et Environnement Laboratoire de recherche : PROcédés, Matériaux et Energie Solaire Direction de la thèse : Alexis VOSSIER ORCID 0000000232359240 Début de la thèse : 2026-10-26 Date limite de candidature : 2026-12-01T23:59:59 La conversion thermophotovoltaïque (TPV) est une technologie de conversion d'énergie qui produit de l'électricité à partir du rayonnement thermique émis par une source portée à haute température. Les progrès récents réalisés sur les cellules thermophotovoltaïques ont permis d'atteindre des rendements record, mais la réalisation de systèmes complets et performants reste un défi scientifique et technologique. En particulier, l'efficacité globale dépend fortement de la manière dont le rayonnement thermique est transféré entre l'émetteur chaud et les cellules photovoltaïques.

Cette thèse vise à concevoir, réaliser et valider expérimentalement une cavité radiative optimisée pour un système thermophotovoltaïque destiné à fonctionner à haute température, notamment dans le contexte de la conversion de l'énergie solaire concentrée. La cavité radiative joue un rôle déterminant dans la distribution du flux radiatif, le recyclage des photons et la limitation des pertes optiques. Sa géométrie, les propriétés optiques de ses parois et les caractéristiques de l'émetteur conditionnent directement les performances du système.

Les travaux s'articuleront autour de trois volets complémentaires. Le premier portera sur la modélisation des transferts radiatifs dans des cavités optiques au moyen d'outils de simulation numérique (tracé de rayons et modèles de transfert radiatif). L'objectif sera d'étudier l'influence de la géométrie, des propriétés des matériaux et des conditions de fonctionnement sur la répartition du flux radiatif et sur le rendement du sous-système thermophotovoltaïque.

Le deuxième volet consistera à concevoir et à réaliser un démonstrateur expérimental intégrant un émetteur haute température, une cavité radiative réfléchissante et des cellules thermophotovoltaïques. Le doctorant participera au choix des matériaux, à la conception mécanique et optique, à l'instrumentation du dispositif ainsi qu'à sa caractérisation thermique, optique et électrique.

Enfin, le démonstrateur sera intégré à une plateforme expérimentale de thermophotovoltaïque solaire du laboratoire PROMES afin d'évaluer son fonctionnement sous rayonnement solaire concentré. Les résultats expérimentaux seront confrontés aux simulations afin de valider les modèles développés et d'optimiser la conception de la cavité.

Réalisée au laboratoire PROMES (CNRS) dans le cadre du projet ANR DIVERSITY, en collaboration avec le LAAS-CNRS et l'IES de Montpellier, cette thèse associera modélisation, expérimentation et développement de systèmes innovants pour contribuer à l'amélioration des performances des futurs dispositifs thermophotovoltaïques destinés à la conversion de l'énergie solaire à haute température.
Les systèmes thermophotovoltaïques (TPV) convertissent le rayonnement thermique émis par une source à haute température en électricité grâce à des cellules photovoltaïques à faible bande interdite. Malgré les progrès récents des cellules TPV, le développement de systèmes complets et performants reste un défi majeur. L'efficacité globale dépend notamment des transferts radiatifs entre l'émetteur thermique et les cellules photovoltaïques.

Les cavités radiatives jouent un rôle essentiel dans ces échanges en contrôlant la distribution du flux radiatif, le recyclage des photons et les pertes optiques. Leur conception nécessite de combiner modélisation des transferts radiatifs, optique et expérimentation à haute température. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à développer des architectures de cavités radiatives optimisées pour les systèmes thermophotovoltaïques alimentés par énergie solaire concentrée.

Le candidat devra être titulaire d'un Master (ou diplôme équivalent) en physique, thermique, énergétique, optique ou dans une discipline connexe. Des connaissances en transferts thermiques, transferts radiatifs, optique ou systèmes de conversion de l'énergie seront appréciées.

Le candidat devra manifester un intérêt pour la modélisation numérique et le développement expérimental. Des compétences en programmation scientifique (Python, MATLAB ou équivalent) sont attendues. Une expérience en simulation optique (par exemple par lancer de rayons) ou en instrumentation expérimentale constituera un atout.

Au-delà des compétences techniques, le candidat devra faire preuve de curiosité scientifique, de rigueur, d'autonomie, d'esprit d'initiative et d'aptitude au travail en équipe dans un environnement de recherche collaboratif.