Récupération d'énergie dans les systèmes thermoélectriques optimisés par la microfluidique

par François Rozieres

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Luc Frechette et de Simon Perraud.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Université de Sherbrooke , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) depuis le 02-02-2015 .


  • Résumé

    La thermoélectricité (TE) se base sur des phénomènes physiques permettant de convertir une énergie thermique en une énergie électrique, et réciproquement. Un certain nombre d'applications en découle, tels que la réfrigération thermoélectrique ou la récupération d'énergie perdue sous forme de chaleur. Pour récupérer un maximum d'énergie, il est nécessaire d'appliquer une différence de température importante aux bornes du dispositif TE. Or, à très petite échelle, par exemple dans le domaine de la microélectronique, pour des applications de téléphonie mobile, informatique, etc., les dimensions sont tellement petites qu'il est difficile de maintenir une différence de température à ses bornes. Ainsi, l'association totalement innovante d'un dispositif TE avec des µcanaux de refroidissement pourrait permettre d'évacuer la chaleur, donc de disposer d'une forte différence de température, et ainsi de récupérer de l'énergie pour de telles applications. Des puissances de l'ordre de quelques centaines de µW à quelques mW peuvent ainsi être atteintes, ce qui est largement supérieur à n'importe quelles autres sources de récupération d'énergie pour des µsystèmes et bien suffisant pour les applications visées. L'une des problématiques majeure sera la cohabitation de la fluidique à proximité du système TE : en effet, il faudra d'une part réussir à intégrer la technologie des microcanaux au sein même du dispositif TE, et d'autre part réaliser un système de caractérisation permettant de gérer la circulation du fluide simultanément à l'étude des performances du capteur TE. L'objectif de cette thèse consiste donc à développer des microsystèmes en associant thermoélectricité et µcanaux. Les travaux seront réalisés autour de deux axes majeurs : d'une part, la réalisation d'un procédé technologique qui permettra d'intégrer des systèmes thermoélectriques et microfluidiques dans un même composant et d'autre part, la caractérisation de tels systèmes pour laquelle des structures spécifiques devront être réalisées. Par ailleurs, la réalisation de ces systèmes devra s'appuyer sur une modélisation par éléments finis de l'évolution de la thermique dans le dispositif TE en fonction des microcanaux (taille des microcanaux, type de fluide, etc.). Ces travaux sont réalisés dans le cadre d'une collaboration entre le CEA-Liten et l'Université de Sherbrooke et se dérouleront donc sur les deux sites. Le Liten est spécialisé dans les microsystèmes thermoélectriques, notamment dans la réalisation de matériaux TE nanostructurés à base de Si-SiGe, matériaux qui seront intégrés dans les dispositifs de ces travaux. L'Université de Sherbrooke est spécialisée dans les systèmes de microfluidiques et de gestion des fluides. Le candidat pourra ainsi acquérir une expérience solide et diverse dans différents domaines, tels que la récupération d'énergie par voie thermoélectrique, la microélectronique, ou bien encore la microfluidique.

  • Titre traduit

    Energy recovery in thermoelectric systems optimized by microfluidics.


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