Optimisation mécanique et thermique d’une chaussée récupérant l’énergie solaire

Description du projet et du poste

Dans le contexte actuel de transition énergétique, l’exploitation des sources d’énergie renouvelables revêt une importance cruciale. L’utilisation de la surface des routes exposée au rayonnement solaire pourrait capter l’énergie solaire, donnant ainsi une nouvelle fonction à la route qui contribuerait à la décarbonation des transports.

En couplant l’utilisation de panneaux photovoltaïques à un échangeur thermique constitué d’une couche de béton poreux dans laquelle circule un fluide caloporteur, l’Université Eiffel développe depuis quelques années une solution modulaire prometteuse : la chaussée hybride (Vizzari, 2020, 2021a). , 2021b). Les premiers résultats montrent des rendements intéressants, notamment obtenus grâce à la perméabilité importante de la couche poreuse (Asfour (2016), le Touz (2018)). Le caractère modulaire de l’innovation permet de contrôler les étapes de construction de ce type complexe de chaussée grâce à la préfabrication en béton.

Cette thèse propose de poursuivre ces efforts en optimisant conjointement les aspects mécaniques et thermiques de la chaussée hybride. Pour y parvenir, une approche expérimentale sera adoptée, s’appuyant sur une modélisation numérique et des modèles physiques pour les considérations thermiques. »

Les objectifs de la thèse sont les suivants :

1. Une optimisation thermique du matériau poreux est prévue pour maximiser la récupération énergétique. Cela impliquera la sélection des constituants et la conception du mélange. L’évaluation des échanges thermiques des matériaux générés peut être réalisée à l’aide de prototypes simples à l’échelle laboratoire respectant certains paramètres adimensionnels pour comparer les efficacités énergétiques des matériaux choisis.

2. Optimisation mécanique de la chaussée hybride : Il s’agit d’évaluer les performances mécaniques dans des conditions de circulation réalisables avec cette chaussée multicouche, qui comprend un noyau poreux à faible résistance. L’objectif est de maximiser les performances mécaniques tout en maintenant des rendements efficaces de récupération d’énergie. Il s’agira notamment de formuler des bétons poreux optimisés en termes d’efficacité thermique/propriétés mécaniques, d’optimiser la conception de la chaussée hybride (épaisseur, armatures, taille des modules, géométrie des distributeurs/collecteurs…), d’étudier le comportement en fatigue des bétons poreux et la multicouche, ainsi que l’examen de la liaison entre les couches. Si la performance globale est satisfaisante, un test de simulation de trafic à l’échelle 1:1 utilisant les machines FABAC (disponibles sur le campus) pourra être envisagé.

3. Optimisation topologique multiphysique du milieu poreux : Cette partie se concentre sur l’optimisation de l’efficacité du transfert thermique en étudiant différentes géométries internes et en caractérisant l’écoulement diphasique eau/air au sein du milieu poreux. Elle commence par une évaluation précise des échanges thermiques observés dans le milieu poreux développé pour la chaussée hybride. Les modèles et démonstrateurs déjà construits seront fournis pour évaluation selon des méthodologies expérimentales adaptées. Des simulations numériques du comportement thermique de topologies optimisées seront ensuite réalisées pour améliorer l’efficacité globale du système.

Cette thèse vise à répondre au manque actuel de connaissances sur le comportement mécanique et thermique des chaussées récupérant l’énergie solaire. En développant une solution holistique, cette recherche contribuera à la création de systèmes énergétiques plus durables et efficaces, répondant aux défis contemporains liés aux transports décarbonés et au besoin d’énergie propre.

La thèse se déroulera sur le campus nantais de l’Université Gustave Eiffel, au sein du laboratoire MAST/MIT pour les aspects mécaniques et expérimentaux, avec des interactions avec les laboratoires COSYS/SII et MAST/GPEM, également à Nantes, pour les aspects thermiques. Le doctorant bénéficiera d’un encadrement rapproché par une équipe complémentaire d’experts dans les domaines de la mécanique routière et des problématiques thermiques.

Procédure de candidature et de sélection

Cette bourse est conditionnelle à la réussite d’une sélection en deux étapes, dont la première étape est annoncée ici. Si le projet vous intéresse, merci de soumettre votre candidature par e-mail à Emmanuel Chailleux ( Emmanuel.chailleux@univ-eiffel.fr ), Florian Huchet ( Florian.huchet@univ-eiffel.fr ) et Eric Gennesseaux ( Eric. gennesseaux@univ-eiffel.fr ) au plus tard le 20 mars 2024. Postulez tôt, car les candidats présélectionnés seront sélectionnés pour des entretiens chaque semaine, pour être interviewés en ligne ou sur place (selon la localisation du candidat) en mars ou début avril, jusqu’à ce qu’un candidat approprié soit trouvé. A l’issue de ces entretiens, le candidat sera présélectionné et concourra ensuite à la sélection de l’École doctorale SIS (Nantes ED SIS 602) vers le 13-17 mai 2024, pour le deuxième et dernier tour de sélection. La candidature, en anglais ou en français, doit comprendre :

• Le CV du candidat (pas plus de 2 pages)
• Une courte lettre expliquant sa motivation pour ce poste et ce projet
• Notes des cours de Master (les deux dernières années d’études)
• Une lettre de recommandation d’une personne ayant encadré les travaux de laboratoire du candidat (par exemple le directeur du projet/stage de Master) – merci de demander au répondant d’envoyer la lettre de recommandation directement par e-mail à Eric.gennesseaux@univ-eiffel.fr

Le nom, l’adresse e-mail et les coordonnées téléphoniques d’un arbitre supplémentaire.

Durée

3 ans, à partir d’octobre 2024