Description complète

 Proposition de sujet de post-­‐doctorat Matériaux à Changement de Phase pour le refroidissement des systèmes électroniques Un poste de post-­‐doctorat est ouvert dans le cadre du projet de recherche « solution de refroidisseur miniature pour Composants électRonIques embarqués en envirOnnement Sévère » (CRIOS) cofinancé par la Région Normandie et le Programme Opérationnel FEDER Normandie. Contexte Dans le domaine aéronautique, la tendance vers un avion plus électrique se confirme et permet une meilleure approche de la gestion/rationalisation de l'énergie à bord apportant ainsi : § Une diminution de la consommation de kérosène. § Une diminution des coûts et des temps de maintenance. § Une amélioration des systèmes embarqués (allégement, fiabilité, simplification). Cependant cette évolution vers du « plus électrique » s’accompagne à la fois, d’une augmentation forte de la puissance des systèmes électriques embarqués, produisant un accroissement important de la température de ces systèmes. D’autre part les contraintes de l’environnement aéronautique sont de plus en plus sévères (température supérieure à 200°C et vibrations importantes). Mais le « plus électrique » ne peut se faire aux dépens de la fiabilité des systèmes pour des raisons opérationnelles et économiques. Par conséquent, les équipementiers et avionneurs vont devoir disposer de solutions électroniques fiables répondant à de nouveaux challenges technologiques. Objectifs Il s’agit donc de développer de nouvelles solutions de refroidissement miniatures intégrées « autonomes » et à faible coût énergétique permettant d’évoluer en environnement sévère. Les solutions de refroidissement actuelles, basées principalement sur l'effet convectif monophasique sont limitées et ne seront plus adaptées aux futures exigences de l’aéronautique pour les raisons suivantes : § Elles ne sont pas compatibles avec des environnements sévères (fortes vibrations et températures >200°C). § Elles ont un encombrement important. § Ces technologies de refroidissement sont très faiblement efficaces par rapport à l’énergie à dissiper. § Elles ont une efficacité réduite en raison de l’accélération de l’avion. Développer de nouveaux systèmes de refroidissement, principalement basés sur le principe de changement de phase, couplant compacité, performance et coût économique réduit, devient nécessaire. Plusieurs technologies sont des candidates pertinentes pour le refroidissement des systèmes électronique de puissance : § Caloduc. § Matériaux à changement de phase. § Boucle diphasique. § Spray-­‐Cooling Le projet CRIOS a pour objectif le développement d’une solution de refroidisseur, capable de dépasser les limites actuelles, permettant le maintien des systèmes électroniques embarqués, en particulier les brasures, à une température suffisamment basse pour éviter leur dégradation prématurée. L’utilisation de matériaux à changement de phase représente l’orientation technique envisagée pour le projet. Trois phases structureront le projet CRIOS : 1. La modélisation expérimentale, qui permettra de réaliser une démonstration de l’intégration d’un matériau à changement de phase sur un système/composant électronique et la caractérisation de ce modèle expérimental sur banc d’essais en condition laboratoire. Ce modèle sera précédé par la conception de 2 éprouvettes pour vérifier l'approche "isolation" d’une part et la "dissipation" d’autre part. 2. Ces expérimentations seront précédées d’une modélisation numérique, qui permettra d’appliquer l’ensemble des lois théoriques aux deux éprouvettes et au modèle expérimental et d’établir les seuils d’efficacité du concept et leur évolution dans le temps. 3. La valorisation de l’innovation et l’étude de transfert vers d’autres applications aéronautiques seront réalisées Ce projet, soutenu par Normandie AeroEspace, sera organisé autour d’un partenariat composé de : laboratoires de recherche : GPM (Université de Rouen) et le LOFIMS (INSA de Rouen), de CRIT: CEVAA et ANALYSE&SURFACE et de PME : PROJACTION et AREELIS Technologies (porteur de projet). L’ensemble des partenaires présents a déjà collaboré ensemble dans le cadre du projet SIEMSTACK. La cohésion, l’expérience et les compétences de ce consortium vont permettre à la société AREELIS Technologies d’atteindre les objectifs ambitieux qu’elle s’est fixée. Profil et mission du post-­‐doctorant : Pendant la durée de la mission le post-­‐doctorant sera intégré au Groupe de Physique des Matériaux (UMR CNRS Université et INSA de Rouen). Il sera en charge de la sélection, du choix et de la caractérisation des matériaux à changement de phase. Il devra avoir une bonne formation de base sur les propriétés des matériaux, sur les processus de transformation de phase ainsi que sur les échanges thermiques. Une expérience spécifique sur les matériaux à changement de phase appliqués au refroidissement des systèmes électroniques serait un plus. Une bonne maîtrise de l’anglais est évidemment incontournable. Contacts : • Benoit Lefez, Maître de Conférences (HDR) – 02 35 14 62 44 – Benoit.Lefez@univ-­‐rouen.fr
• Alain Guillet, Maître de Conférences – 02 32 95 97 34 – Alain.Guillet@insa-­‐rouen.fr Durée : 12 mois avec possibilité de prolongation Références • Francis Agyenim, Neil Hewitt, Philip Eames, Mervyn Smyth, A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage system (LHTESS), Renewable and Sustainable Energy reviews 14 (2010) 615-­‐628. • Sc Fok, W Shen, F.L. Tan, Cooling of portable hand-­‐held electronic devices using phase change materials in finned heat sinks, International Journey of Thermal Sciences 49 (2010) 109-­‐117. • Salma Gharbi, Souad Harmand, Sadok Ben Jabrallah, Experimental comparison between different configurations of PCM based heat sinks for cooling electronic components, Applied Thermal Engineering, 87 (2015) 454-­‐462. • [Kan07] Ravi Kandasamy, Xiang-­‐Qui Wang, Arun S. Mujumdar, Application of phase change materials in thermal management of electronics, Applied Thermal Engineering 27 (2007) 2822-­‐2832. • Ravi Kandasamy, Xiang-­‐Qui Wang, Arun S. Mujumdar, Transient cooling of electronics using phase change material (PCM)-­‐based heat sinks, Applied Thermal Engineering 28 (2008) 2822-­‐2832. • Santosh Kumar Sahoo, Mihir Kumar Das, Prasenjit Rath, Application of TCE-­‐PCM based heat sinks for cooling of electronic components: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59 (2016) 550-­‐582.