Planification du déploiement d’infrastructures énergétiques à l’échelle d’un territoire : Approche d’optimisation économique et environnementale
Le contexte général est celui de la « Conception et optimisation de systèmes énergétiques multi-vecteurs à l’échelle territoriale »
Plus précisément, il s’agit de développer les nouvelles méthodes permettant d’étudier les trajectoires de réduction d’impact environnemental global (ACV sous-jacente) d’un territoire en maîtrisant les coûts dans divers cas d’applications, par exemple :
• Opportunité de développer des infrastructures (par exemple réseau H2, ou réseau de chaleur) pour permettre la décarbonation, en développant les usages là où ces infrastructures existent ou existeront, tout en réduisant l’impact environnemental global pour des usages donnés.
• Impact, sur ces études, d’une centralisation ou décentralisation de moyens de production et de consommation,
• Prise en compte de l’évolution temporelle des investissements avec le compromis de rénover / remplacer, à un instant donné, des installations dans une optique de réduction de l’impact environnemental global pour des usages donnés.
Des cas d'applications possibles d'infrastructures hydrogène sont en cours ou identifiés.
La terre crue, un matériau millénaire aux nouvelles utilisations émergentes
Les matériaux en terre crue, qui ont trouvé de multiples utilisations depuis des millénaires, offrent aujourd'hui un potentiel considérable en matière d'adaptation au changement climatique, grâce à leurs capacités naturelles de régulation thermique et hydrique ainsi que leurs production et façonnement à faibles émissions de CO2. Toutefois, des avancées scientifiques restent nécessaires pour une compréhension plus fine de ces matériaux, à l'échelle nanométrique.
Cette thèse se concentre sur le lien entre les propriétés mécaniques des matériaux en terre crue et leur nanostructure en mettant l’accent sur les rôles de l'eau confinée, des ions et des substances organiques. Deux approches, basées sur l’expertise sur les milieux nanoporeux développée au CEA, à Saclay et à Marcoule, seront suivies : l'analyse de matériaux anciens par des méthodes de spectroscopie et de diffusion de rayonnement ainsi que la mise au point d'un protocole de criblage permettant d’identifier les paramètres physicochimiques importants pour la durabilité. Ces recherches, qui visent à terme à optimiser les formulations de matériaux en terre crue, seront menées en collaboration avec des architectes spécialistes du domaine.
Modélisation avancée des couches de diffusion des gaz (GDL) pour piles à combustibles PEMFC: imprégnation et séchage des encres, distributions 3D et propriétés effectives
Dans le cadre de solutions H2 pour la transition énergétique, la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une solution pertinente pour la production d’énergie électrique à faible teneur en carbone. Le projet européen DECODE propose de développer une chaîne entièrement numérique d’outils de conception, en intégrant les propriétés des matières premières et la fabrication et l’assemblage des différents composants, pour prédire la performance de cette pile « virtuelle ». Cela aidera à réduire le coût et le temps de développement des matériaux / composants améliorés adaptés aux différentes applications à l’avenir.
Le composant considéré dans cette thèse est la couche de diffusion de gaz (GDL), qui est une combinaison d’un substrat microporeux fibreux et d’une couche micro/nano poreuse (MPL pour la couche microporeuse). Le travail sera divisé en différentes étapes : a) basé sur des images 3D (réelles ou virtuelles) du substrat fibreux, simulation du traitement hydrophobe et du dépôt du MPL ainsi que de leur séchage pour déterminer la distribution 3D des divers composants (fibres, hydrophobie et MPL); b) simulation des propriétés de transport mono et diphasique de la GDL comme données d'entrée des modèles de performance à plus grande échelle; c) analyse de sensibilité des principaux procédés de fabrication (propriétés de l’encre, paramètres de séchage… )