Caractérisation d’un matériau de structure intégrant des matériaux à changement de phase (MCP) et hygroscopique

Les activités de recherche du L2MGC s’inscrivent dans le domaine des matériaux et structures du Génie Civil en distinguant quatre pôles thématiques : Rhéologie, Comportement thermo-hydro-chémo-mécanique des matériaux, Durabilité et auscultation, Mécanique des matériaux et des structures. Très complémentaires, les quatre pôles permettent d'aborder l'ensemble des propriétés des matériaux et de relier ces propriétés au comportement des structures et des ouvrages. Les études sont essentiellement expérimentales mais des modélisations sont aussi développées et complètent utilement les expérimentations.
 
Le laboratoire mène des recherches sur des problématiques posées par la construction, l’aménagement durable, la sécurité des ouvrages et des infrastructures, la protection des ressources naturelles, notamment les ressources en granulats, mais également par la valorisation de nouvelles ressources comme les déchets, les végétaux par exemple. Ces problématiques correspondent à des priorités nationales et internationales (Grenelle de l’environnement, sommets de la terre, …) avec des enjeux sociétaux forts. Les membres du laboratoire mènent une activité de recherche produisant du savoir au service du développement économique.

Contexte

Face aux défis climatiques et à l'impératif de sobriété énergétique, le secteur de la construction explore des matériaux innovants pour améliorer l’efficacité thermique et réduire l'empreinte carbone des bâtiments. Une approche prometteuse consiste à intégrer des additifs réactifs, comme les matériaux à changement de phase (MCP) et les agents hygroscopiques, dans les matrices cimentaires [1]. Ces additifs permettent aux matériaux cimentaires d’absorber et de restituer chaleur ou humidité selon les variations de température et d’humidité ambiantes. Les MCP, par exemple, emmagasinent la chaleur en passant de l'état solide à liquide lors de l'augmentation de la température, puis la libèrent en redevenant solides au refroidissement. Les agents hygroscopiques, quant à eux, stabilisent l'humidité intérieure, offrant ainsi un meilleur confort thermique. Ce type de matériau "actif" pourrait rendre les constructions thermiquement efficaces et économes en énergie [2]. Une étude des interactions entre ces additifs et la matrice cimentaire, ainsi qu'une optimisation de la formulation des MCP, est cruciale pour garantir leur durabilité et leur efficacité.

Objectifs du stage

Les objectifs du stage visent à optimiser le comportement rhéologique, mécanique et thermique des matériaux à changement de phase (MCP) et hygroscopiques intégrés dans une matrice cimentaire. Cela inclut :

• Identifier un couple matériau de structure – MCP - hygroscopique selon des critères définis.
• Préparer des échantillons sans et avec des MCP encapsulés à différents dosages, associé ou non à des matériaux hygroscopique.
• Caractériser les propriétés rhéologiques et mécaniques des matériaux.
• Réaliser une analyse thermique (ATG-DSC) du MCP.
• Essais en enceinte climatique sous température et humidité contrôlée.
• Analyse des résultats pour optimiser leur formulation.

[1] Ling, Tung-Chai, et Chi-Sun Poon. « Use of phase change materials for thermal energy storage in concrete: An overview ». Construction and Building Materials 46, n^o Supplement C (septembre 2013): 55‑62. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.04.031.

[2] Beaupere, N., U. Soupremanien, et L. Zalewski. « Nucleation triggering methods in supercooled phase change materials (PCM), a review ». Thermochimica Acta 670 (décembre 2018): 184‑201. https://doi.org/10.1016/j.tca.2018.10.009.

Durée du stage : 6 mois à partir de février – mars 2025

Etudiant(e) en bac +5 en Génie-Civil, Matériaux, Energétique, Physico-chimie, ayant des connaissances solides en thermique du bâtiment.

Bon niveau en anglais requis.