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15 juil
15/07/2020 10:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse en visioconférence : Christophe LUCCHESI

Conception et développement d'un convertisseur thermophotovoltaique en champ proche

Doctorant : Christophe LUCCHESI

Laboratoire INSA : CETHIL

Ecole doctorale :  ED162 : Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA)

Une cellule thermophotovoltaïque (TPV) convertit l’énergie de photons émis par des corps chauds en énergie électrique. Lorsque la distance séparant deux corps rayonnants devient inférieure à la longueur d’onde caractéristique du rayonnement thermique (~10 µm à température ambiante, ~2,3 µm vers 1000°C), le transfert de chaleur radiatif peut s’accroître de plusieurs ordres de grandeur grâce à la contribution des ondes évanescentes. Cette propriété a un intérêt pour la récupération d’énergie en promettant une augmentation de la puissance électrique générée par une cellule TPV lorsqu’elle est placée en champ proche d’un émetteur thermique radiatif. Dans le but de vérifier cette prédiction, cette thèse a consisté à développer un banc expérimental de mesures TPV en champ proche. Le dispositif est basé sur un montage de microscopie thermique avec actuateurs piézo-électriques (SThM). L’émetteur est une sphère micrométrique de graphite attachée sur un levier SThM chauffé de manière thermorésistive jusqu’à 1200 K et la cellule TPV en antimoniure d’indium (InSb), qui ne peut fonctionner au-delà de 100 K, est placée sur le doigt froid d’un cryostat. Le flux radiatif en champ proche transféré par l’émetteur peut être mesuré indépendamment de la puissance électrique générée par la cellule. La preuve expérimentale de l’accroissement de la densité de puissance électrique générée en champ proche, par rapport à la prédiction de la théorie macroscopique du rayonnement, a été apportée avec un facteur jusqu’à 6. L’étude de différents paramètres a permis d’atteindre des puissances TPV de 7.5 kW.m-2 et des rendements de conversion mesurés de ~20 %. Des expériences de transfert radiatif en  champ proche dans diverses configurations (matériaux, géométries, températures) ont également été menées. La puissance radiative transférée en champ proche suit des lois de puissance très différentes de celles du champ lointain. Ces résultats démontrent expérimentalement l’intérêt applicatif des effets de champ proche pour le rayonnement thermique.

Informations complémentaires

  • Visioconférence totale