Thermique et Énergétique

Cadre administratif

L’équipe est dirigée par Jaona RANDRIANALISOA.

Effectif

16 enseignants-chercheurs membres permanents (membres)

Axes de recherche

Instrumentation et caractérisation thermophysique multiéchelle

Les objectifs scientifiques de cet axe portent sur la caractérisation thermophysique multi-échelle des matériaux, mais aussi sur le développement de techniques expérimentales dédiées (microscopie thermique à sonde locale, radiométrie photothermique, thermographie infrarouge...), et la détermination de leur champ d’application. Il est à noter le positionnement scientifique original de cet axe, au carrefour de la caractérisation thermique et les aspects liés à la physique et à l’instrumentation.

L’activité de caractérisation locale (étude des transferts de chaleurs aux petites échelles, résistances thermiques d’interfaces…) initiée lors du précédent contrat sera poursuivie mais élargie aux nanomatériaux en films minces ou nanostructurés, aux matériaux à changement de phase et aux matériaux composites d’origine végétale (biopolymères, matériaux composites), pour lesquels la problématique de l’influence de l’humidité sera également traitée. L’intégration récente dans l’équipe d’un collègue physicien spécialisé dans les propriétés électriques nous permettra également d’aborder les effets de couplages électriques et thermiques en instrumentation champ proche. Poursuivre nos investigations vers la métrologie nous permettra de répondre, entre autres, aux sollicitations pour les matériaux et micro-systèmes d’intérêt aéronautique et spatial.

La seconde famille d’opérations scientifiques relevant de cet axe thématique traite de problématiques de caractérisation thermophysique in situ et non plus seulement dans des conditions « de laboratoire ». Outre la poursuite de notre contribution à l’amélioration du CND par pyrométrie et thermographie infrarouge (passive ou stimulée) pour des applications « classiques » telles que la détection de défauts dans les parois, les œuvres d’art ou encore les pales d’éoliennes, avec nos partenaires actuels (LRMH, SupAirVision, Engie Green…), nous souhaitons développer de nouvelles méthodes, à la fois plus sensibles et plus quantitatives, dédiées plus particulièrement au diagnostic de dispositifs de production d’énergies vertes (éolien, solaire thermique, photovoltaïque...). En effet, le développement récent de ces technologies et les difficultés de recyclage de leurs composants, doivent nous amener à la réflexion sur leur maintenance prédictive, afin d’en améliorer leur durée de vie et donc leur impact environnemental global. Enfin, ces techniques contribueront, en complément des études à l’échelle locales présentées à l’item précédent, à l’analyse thermique multiéchelles de matériaux nanostructurés, de matériaux à changement de phase, ou encore de structures composites à base végétale.

Optimisation des transferts dans des systèmes thermiques et énergétiques

Cet axe touche l’optimisation des échangeurs de chaleur, tant aux échelles conventionnelles qu’au niveau microscopique (micro-canaux, micro-échangeurs…). Il se compose de différentes opérations scientifiques complémentaires.

Tout d’abord, cet axe présente une activité d’optimisation d’échangeurs à vocation de récupération d’énergie en milieu industriel et en bâtiment individuel, en collaboration avec des partenaires industriels (Valeo, Reccal, Univeristé Dikyz-Eylul …). Selon les applications, il peut s’agir de systèmes monophasiques, diphasiques ou à changements de phase. Outre les aspects purement géométriques, l’intensification des échanges peut également passer par l’utilisation de nano-fluides caloporteurs, ce qui nous conduit à nous orienter à la fois vers la synthèse de nano-poudres (synthèse par sono-électrochimie pulsée déphasée, par exemple), et la recherche des dispersants anti-agglomérats adaptés. Enfin, cet axe présente des travaux de modélisation, de caractérisation thermophysique et d’étude des performances hydrauliques de systèmes thermo-fluidiques (pertes de charge, coefficient de friction, dépôt de couches minces...).

Toujours dans le cadre des applications au bâtiment, nous travaillons au développement de systèmes de rafraichissement des bâtiments grâce à de nouveaux matériaux à changement de phase, à base végétale. Cela nécessite la caractérisation thermophysique et hydrique de ce nouveau matériau (Cp, chaleur latente, conductivité, des différentes phases)...

Valorisation énergétique des gisements renouvelables

Les activités de cet axe de recherche s’articulent autour de la transformation des gisements renouvelables et l’optimisation de leurs usages dans une optique de contribution au développement durable. Ils s’inscrivent dans la démarche de « Transition énergétique et environnementale », l’un des trois axes prioritaires du Schéma Régional de l’Enseignement Supérieur, recherche, innovation 2020-2030 (SRESRI) de la région Grand Est.

Ces travaux de recherche concernent :
– La conversion des gisements renouvelables (biomasse, rayonnement solaire) en énergie (chaleur, biogaz valorisable) ;
– Le design et le diagnostic de dispositifs des énergies renouvelables (EnR) ;
– L’amélioration de l’efficacité énergétique des parois à base de matériaux bio-sourcés (parois végétales chanvre - amidon et autres),
– L’optimisation des usages des EnR dans le bâtiment et les applications industrielles,
– La caractérisation des propriétés physico-chimiques des matériaux agro-sourcés, pour les applications précitées, mais aussi pour les matériaux d’emballage "Ecologiques" (en collaboration avec l’UMR FARE)

Ces activités de recherches ont d’ores et déjà permis de développer d’étroites collaborations avec des institutions académiques nationale (ULCO) et internationales (EPFL, ANU) et avec des industriels dans le domaine des appareils de chauffage à bois (INVICTA), qui seront amenées à se pérenniser, voire s’amplifier.