Conception et intégration d'une cavité radiative pour les systèmes thermophotovoltaïques

La conversion thermophotovoltaïque (TPV) est une technologie de conversion d'énergie qui produit de l'électricité à partir du rayonnement thermique émis par une source portée à haute température. Les progrès récents réalisés sur les cellules thermophotovoltaïques ont permis d'atteindre des rendements record, mais la réalisation de systèmes complets et performants reste un défi scientifique et technologique. En particulier, l'efficacité globale dépend fortement de la manière dont le rayonnement thermique est transféré entre l'émetteur chaud et les cellules photovoltaïques. Cette thèse vise à concevoir, réaliser et valider expérimentalement une cavité radiative optimisée pour un système thermophotovoltaïque destiné à fonctionner à haute température, notamment dans le contexte de la conversion de l'énergie solaire concentrée. La cavité radiative joue un rôle déterminant dans la distribution du flux radiatif, le recyclage des photons et la limitation des pertes optiques. Sa géométrie, les propriétés optiques de ses parois et les caractéristiques de l'émetteur conditionnent directement les performances du système. Les travaux s'articuleront autour de trois volets complémentaires. Le premier portera sur la modélisation des transferts radiatifs dans des cavités optiques au moyen d'outils de simulation numérique (tracé de rayons et modèles de transfert radiatif). L'objectif sera d'étudier l'influence de la géométrie, des propriétés des matériaux et des conditions de fonctionnement sur la répartition du flux radiatif et sur le rendement du sous-système thermophotovoltaïque. Le deuxième volet consistera à concevoir et à réaliser un démonstrateur expérimental intégrant un émetteur haute température, une cavité radiative réfléchissante et des cellules thermophotovoltaïques. Le doctorant participera au choix des matériaux, à la conception mécanique et optique, à l'instrumentation du dispositif ainsi qu'à sa caractérisation thermique, optique et électrique. Enfin, le démonstrateur sera intégré à une plateforme expérimentale de thermophotovoltaïque solaire du laboratoire PROMES afin d'évaluer son fonctionnement sous rayonnement solaire concentré. Les résultats expérimentaux seront confrontés aux simulations afin de valider les modèles développés et d'optimiser la conception de la cavité. Réalisée au laboratoire PROMES (CNRS) dans le cadre du projet ANR DIVERSITY, en collaboration avec le LAAS-CNRS et l'IES de Montpellier, cette thèse associera modélisation, expérimentation et développement de systèmes innovants pour contribuer à l'amélioration des performances des futurs dispositifs thermophotovoltaïques destinés à la conversion de l'énergie solaire à haute température. École doctorale : Energie et Environnement Direction : Alexis VOSSIER Financement : ANR Financement d'Agences de financement de la recherche