Thèse OT-21944

Developpement d’un nouveau dispositif de refroidissement radiatif diurne pour le recueil d’eau en condensation

92160 ANTONY

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

« Les stagiaires (ou les doctorants, ou les contractuels etc.) accueillis à INRAE, établissement public de recherche, sont soumis à son règlement intérieur notamment en ce qui concerne l’obligation de neutralité et le respect du principe de laïcité. A ce titre, dans l’exercice de leurs fonctions, qu’ils soient ou non au contact du public, ils ne doivent pas manifester leurs convictions, par leur comportement ou leur tenue, qu’elles soient religieuses, philosophiques ou politiques. »

 

 

 

 

Environnement de travail, missions et activités

RESUME DE L’OFFRE DE THESE

Actuellement, les machines à compression de vapeur, principale technologie de production de froid pour les applications alimentaires et de climatisation, sont responsables de 20 % de la consommation mondiale d'électricité et de 8 % des émissions de gaz à effet de serre. Avec un coût carbone en augmentation à cause du changement climatique, il est urgent de développer de nouvelles méthodes de production de froid plus sobre. La production de froid est également un procédé qui permet de déshumidifier l'air et récupérer de l'eau. Des collecteurs de rosées, basés sur le principe du froid radiatif en conditions nocturnes, ont fait l'objet de nombreuses études. Contrairement à la machine à compression de vapeur, cette technologie ne consomme pas d’électricité et ne demande pas de matériaux coûteux. Des travaux récents portent sur l'extension de ce procédé aux conditions diurnes. L'objectif de cette thèse est de développer un prototype de refroidisseur radiatif diurne, en équipant un dispositif nocturne existant d'un réflecteur solaire. Les travaux ont pour objet de documenter le fonctionnement, l'efficacité de ce procédé en fonction du climat et d’optimiser son architecture avec une approche d’écoconception. Le procédé sera comparé avec un procédé de production de froid conventionnel afin d’estimer les gains d’émissions carbone de la solution passive. Ainsi, on cherchera à développer une méthode résiliente et écologique de production de froid pour la récupération d'eau.

 

Mots clés :

Condenseur radiatif, émissivité et réflexion des matériaux, matrice hydrophobe, gestion de l’humidité, recueil d’eau de rosée

 

VOTRE MISSION ET VOS ACTIVITÉS

Contexte du projet de thèse :

La thèse s'inscrit dans le cadre du projet 3D-Stellar qui vise à traiter les effluents de la production d'huile d'Olive pour en extraire de l'eau potable et des charbons actifs. Ce projet s'inscrit dans un Partenariat pour la recherche et l'innovation dans la région méditerranéenne (PRIMA), qui implique des laboratoires de pays partenaires méditerranéens et deux laboratoires français, dont les travaux sont coordonnés autour d'un concept de distillateur solaire.

 

Objectifs de projet de thèse :

L'objectif de cette thèse est de développer un prototype de refroidisseur radiatif diurne, en équipant un dispositif nocturne existant d'un réflecteur solaire. Les travaux ont pour objet de documenter le fonctionnement, l'efficacité de ce procédé en fonction du climat et d’optimiser son architecture avec une approche d’écoconception. Le procédé sera comparé avec un procédé de production de froid conventionnel afin d’estimer les gains d’émissions carbone de la solution passive. Ainsi, on cherchera à développer une méthode résiliente et écologique de production de froid pour la récupération d'eau.

 

Méthodologie :

Le froid radiatif est produit par échange radiatif entre un objet et la voûte céleste, caractérisée par une température de ciel, inférieure à l'ambiance et dépendant de la couverture nuageuse. L'échange radiatif s'effectue dans la gamme de longueur d'onde infra-rouge. Ses conséquences s'observent facilement de nuit, mais l'échange subsiste en journée, si la protection contre le rayonnement solaire est suffisante. Une partie importante du travail réside dans le développement expérimental d’un refroidisseur radiatif diurne. Partant d'un dispositif nocturne existant, il sera nécessaire de développer le réflecteur permettant de protéger le système des rayonnements solaires. Des essais instrumentés en extérieur, nocturnes et diurnes, permettront de documenter le fonctionnement du nouveau prototype. En lien avec l'équipe technique du laboratoire, on développera dans la thèse un simulateur de voûte céleste couplé à une veine d'essai météorologique: cet ensemble permettra d'élargir les conditions d'essai et de se rapprocher des conditions méditerranéennes du projet Stellar3D. Une cellule de condensation devra également être étudiée pour maximiser la surface de recueil des condensats par un choix approprié de substrats et de leur propriétés hygroscopiques.  Enfin les travaux seront étendus à l'étude du refroidissement d'un air chargé en humidité, en aval d'un évaporateur solaire. Le refroidisseur passif sera optimisé en réalisant l’étude thermoéconomique et analyse en cycle de vie, dont les résultats seront comparés aux méthodes actives (thermoélectricité, absorption au gaz) afin de formuler des critères de coûts énergétiques rapportés aux bénéfices que sont les quantités d'eau recueillies. Cette étape servira à élaborer un modèle pour étudier le fonctionnement couplé entre le refroidisseur et l'évaporateur solaire (développé par l’Université de Lorraine) et sélectionner la méthode de production de froid la plus appropriée pour la production d’eau à haute qualité environnementale.

 

Résultats attendus :

estimation des coûts de production d'eau par condensation sous froid et architecture optimale d'un système passif de refroidissement

 

Envionnement de travail :

FRISE, unité de recherche basée à Antony (92) étudie les systèmes de refroidissement et de réfrigération pour la conservation des aliments sous contrainte d’un faible impact environnemental et de la sécurité des aliments. L'équipe de recherche Enerfri conduit des travaux sur la maîtrise de la dépense d'énergie et la réduction de l'impact environnemental des machines frigorifiques. La direction de cette thèse, financée par l'ANR, sera assurée par Stéphanie Lacour, au sein de l'école doctorale Interfaces (ED 573) de Paris-Saclay et de l’équipe Enerfri, en particulier Minh Hoang, spécialiste de l’écoconception des procédés frigorifiques. Le prototypage est l'instrumentation du refroidisseur seront réalisés avec l'appui de notre équipe technique Tecfri. Les travaux seront réalisés dans une veine d’essai permettant de générer des écoulements d’air à vitesse, température et humidité contrôlée et conçue pour étudier les phénomènes d’évaporation/condensation, avec des techniques de visualisation spécifiques (thermographie infra-rouge).  Ces travaux font suite à des recherches déjà engagées sur le traitement des surfaces pour l’évaporation/condensation.

 

 

Formations et compétences recherchées

Master/Ingénieur (Bac+5)

Formation : diplôme de master en thermique ou énergétique

Connaissances souhaitées :  transferts  de chaleur et radiatifs, conditionnement d'air, anglais,   thermodynamique,  optimisation énergétique

Aptitudes recherchées :  motivation pour le travail expérimental et l'instrumentation, capacité de travail en équipe, intérêt pour le prototypage, envie de partage du savoir

 

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

- Remboursement partiel de l'abonnement de votre transport pour le trajet domicile - lieu de travail

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation
offre thèse projet 3D-Stellar .docxdocx - 63.04 KB

Référence de l'offre

  • Contrat : Thèse
  • Durée : 36 mois
  • Début du contrat : 01/11/2024
  • Rémunération : 2100 € mensuel brut
  • N° de l'offre : OT-21944
  • Date limite : 14/06/2024
Le centre Ile-de-France - Jouy-en-Josas - Antony

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