Etude Et Optimisation D’une Machine Frigorifique de Stirling

**Etude et optimisation d’une machine frigorifique de Stirling**:

- Réf **ABG-132005**
- Sujet de Thèse
- 15/05/2025
- Contrat doctoral
- FEMTO-ST institute
- Lieu de travail- Belfort - Bourgogne-Franche-Comté - France
- Intitulé du sujet- Etude et optimisation d’une machine frigorifique de Stirling
- Champs scientifiques- Energie
- Mots clés- Machine Stirling, Production de froid, Exergie, Analyse en cycle de vie

**Description du sujet**:
La problématique de la thèse est celle de la production de froid respectueuse de l’environnement, c’est-à-dire sans fluide frigorigène. En effet, les technologies actuelles de production de froid reposent sur un cycle à compression de vapeur qui utilise des fluides frigorigènes. Ces fluides contribuent au réchauffement climatique et sont caractérisés par un Global Warming Potential (GWP) en général très largement supérieur à un. Il existe donc un besoin de technologie alternative. Associée à un moteur électrique qui l’entraîne, la machine Stirling peut fonctionner en mode production de froid sans utiliser de fluide frigorigène.

Les travaux porteront sur la modélisation et la validation expérimentale d’une machine frigorifique de Stirling fonctionnant avec un gaz de travail neutre (azote, hélium). Une nouvelle architecture de régénérateur sera étudiée. Les travaux seront complétés par une analyse exergétique des performances de la machine. En fin de thèse, ces travaux seront intégrés dans un modèle de consommation domestique (type modèle du CREST) incluant l’analyse en cycle de vie.

Calendrier prévisionnel:
M1-M4 : Etude bibliographique

M4-M16 : Développement d’un modèle de machine intégrant un nouveau concept de régénérateur

M16-M24 : Validation expérimentale

M24-M30 : Intégration à un modèle global permettant d’évaluer les impacts

M30-M36 : Rédaction des articles et publications, préparation de la soutenanceThis thesis addresses the issue of environmentally-friendly refrigeration production, i.e. refrigerant-free refrigeration. Current refrigeration production technologies are based on a vapour compression cycle that uses refrigerants. These fluids contribute to global warming and are characterised by a Global Warming Potential (GWP) generally well in excess of one. There is therefore a need for an alternative technology. Combined with an electric motor that drives it, the Stirling machine can operate in cold production mode without using refrigerant.

The work will focus on the modelling and experimental validation of a Stirling refrigeration machine operating with a neutral working gas (nitrogen, helium). A new regenerator architecture will be studied. The work will be completed by an exergy analysis of the machine's performance. At the end of the thesis, this work will be integrated into a domestic consumption model (of the CREST type) including a life cycle analysis.

Provisional timetable:
M1-M4: Bibliographical study

M4-M16: Development of a machine model incorporating a new regenerator concept

M16-M24: Experimental validation

M24-M30: Integration into a global model for assessing impacts

M30-M36: Drafting of articles and publications, preparation of thesis defense

**Prise de fonction**:

- 01/10/2024

**Nature du financement**:

- Contrat doctoral

**Précisions sur le financement**:
**Présentation établissement et labo d'accueil**:

- FEMTO-ST institute

L’institut FEMTO-ST (Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies, UMR 6174), est une unité mixte de recherche, placé sous la tutelle du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et de l'Université Marie et Louis Pasteur et des ces deux établissements-composantes SUPMICROTECH et UTBM.

L’institut FEMTO-ST est un laboratoire de recherche public d’envergure mondial de grande taille regroupant plus de 700 personnes. Les services soutien et support de l'activité scientifique sont structurés en services communs. L'activité scientifique est structurée en sept départements scientifiques et une équipe de recherche transverse (Récits):
Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques - AS2M

Département d'Informatique et Systèmes Complexes - DISC

Département Energie

Département Mécanique Appliquée

Département Micro Nano Sciences et Systèmes - MN2S

Département Optique

Département Temps-Fréquence

**Site web**:
**Intitulé du doctorat**:

- Doctorat d'Energétique

**Pays d'obtention du doctorat**:

- France

**Etablissement délivrant le doctorat**:

- Université Marie et Louis Pasteur

**Ecole doctorale**:

- Sciences Pour l'Ingénieur et Microtechniques (SPIM)

**Profil demandé / Applicant profile**
- Master ou ingénieur avec profil fort en mécanique énergétique
- Master's degree or engineer with a strong profile in mechanical energy

Critères de sélection principaux:

- expertise en mécanique, thermodynamique, transferts de chaleur, mécanique des fluides
- utilisation de codes de calcul en conception mécanique (SolidWorks, Autocad ou équivalent) et en