Post-doc en Caractérisation du transfert de chaleur dans des environnements cryogéniques (H/F)

Missions :
L'hydrogène liquide est caractérisé par plusieurs limitations et défis importants qui restreignent son utilisation actuelle. L'un d'entre eux réside dans la perte énergétique par ébullition cryogénique associée au stockage, au transport et à la manipulation de l'hydrogène liquide, qui peut consommer jusqu'à 40 % de l'énergie de combustion disponible. L'hydrogène moléculaire existe sous deux formes allotropiques (isomères de spin), l'ortho-hydrogène et le para-hydrogène, différenciées par l'état du spin nucléaire des protons dans chaque atome d'hydrogène. Pour une température donnée, le rapport d'équilibre entre les concentrations d'ortho-hydrogène et de para-hydrogène : [𝑯𝟐, 𝒑𝒂𝒓𝒂]𝒆𝒒 et [𝑯𝟐, 𝒐𝒓𝒕𝒉𝒐]𝒆𝒒 peut être calculée [1], mais la cinétique de la conversion exothermique peut prendre des semaines lorsque la température est rapidement abaissée. C'est pourquoi il est important pour le secteur industriel de l'hydrogène de disposer d'une méthode fiable de mesure in situ de cette concentration.

Une façon de mesurer ces concentrations consiste à utiliser les propriétés thermiques de l'hydrogène, telles que la différence d'enthalpie [2] ou la différence de conductivité thermique [3] entre l'hydrogène ortho et para. Le transport de la chaleur dans un fluide est généralement supposé être déterminé conjointement par les phénomènes d'advection et de diffusion. Dans certains cas spécifiques, le transport de la chaleur repose sur des processus complexes à l'échelle moléculaire qui peuvent potentiellement s'écarter du transport conventionnel par diffusion de la chaleur. Dans ces conditions, la conductivité thermique n'est plus un paramètre constant mais varie dans le temps et l'espace, ce qui entraîne un transport de chaleur plus rapide ou plus lent. Les fluides proches des conditions supercritiques, comme le dihydrogène dans les conditions cryogéniques, présentent par exemple une super diffusivité de la chaleur avec un transport beaucoup plus rapide que ce que l'on attend d'une diffusion normale [4]. Une bonne compréhension des propriétés de transport anormales de la chaleur dans des conditions non conventionnelles [5] ouvre la voie à des estimations de concentration plus robustes et plus rapides basées sur des mesures de conductivité thermique.

[1] L. Barrón-Palos, R. Alarcon, S. Balascuta et. al., Determination of the parahydrogen fraction in a liquid hydrogen target using energy-dependent slow neutron transmission, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2011, 659, 579-586.
[2] J. Essler, C. Haberstroh, Performance of an ortho-para concentration measurement cryostat for hydrogen, AIP Conf. Proc., 2012, 1434 (1), 1865–1872.
[3] D. Zhou, G.G. Ihas and N.S. Sullivan, Determination of the Ortho-Para Ratio in Gaseous Hydrogen Mixtures, Journal of Low Temperature Physics, 2004, 134, 401–406.
[4] B. Zappoli, D. Bailly, Y. Garrabos et al., Anomalous heat transport by the
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