Conception et optimisation multi-échelle de modules thermoélectriques en couches minces à partir de nouveaux alliages écocompatibles

Les matériaux thermoélectriques convertissent la chaleur en électricité (effet Seebeck) et inversement (effet Peltier), offrant ainsi une solution pour réduire l’impact environnemental et proposer des alternatives aux fluides frigorigènes. Leur efficacité est mesurée par le facteur de mérite ZT = S²σT/κ où S représente le coefficient de Seebeck, σ la conductivité électrique, κ la conductivité thermique et T la température. Bien que les meilleurs matériaux industriels atteignent un ZT de l’ordre de 1, leur déploiement à grande échelle est limité par leur coût, leur poids, la rareté et la toxicité de certains éléments (tellure, sélénium). De nouvelles solutions respectueuses de l’environnement sont donc nécessaires pour répondre aux enjeux énergétiques et/ou développer des systèmes de réfrigération durables.

Pour y répondre, nous avons développé de nouveaux alliages [1-2] et avons démontré qu’en appliquant une approche multi-échelle, il était possible d’améliorer significativement leurs propriétés thermoélectriques. Dans le cadre de cette thèse nous irons plus loin en optimisant les propriétés des couches minces (2D) et en concevant des dispositifs appelés modules thermoélectriques (sous la forme de couches minces). La diminution de dimensionnalité va permettre de contrôler plus finement leurs propriétés, voire les exacerber par un confinement quantique des électrons mais aussi de miniaturiser ces dispositifs.

Pour y parvenir le travail de thèse sera le suivant :

• Synthétiser des précurseurs inorganiques par mécanochimie
• Élaborer des cibles par consolidation SPS à partir des précurseurs inorganiques
• Déposer des couches minces 
• Caractériser leurs propriétés élémentaires, structurales, microstructurales, chimiques, physiques en utilisant des techniques avancées (DRX, FX, IR, Raman, MEB, HRMET, EDX, 3 omega, Seebeck, 4 pointes, Hall…)
• Concevoir et élaborer des modules thermoélectriques ainsi que simuler leurs performances

Les travaux de recherche font partie d’une collaboration entre Montpellier et Toulouse et sont financés par l’Institut Carnot Chimie Balard Cirimat (ICCBC). Le/la candidate intégrera l’Institut Charles Gerhardt Montpellier (ICGM) où se côtoient des chimistes, physiciens et métallurgistes et le Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT) à Toulouse.

Le/la candidat/e devra présenter un parcours en science des matériaux, en chimie ou en physique ainsi qu’une forte motivation pour l’expérience.