Soutenance de thèse : Hiba HAISSOUNE

Etude de l'effet élastocalorique dans le caoutchouc naturel pour les systèmes de réfrigeration solides

Doctorante : Hiba HAISSOUNE

Laboratoire INSA : MateIS

Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Le caoutchouc naturel (NR) est un matériau élastocalorique (eC) dont la température peut varier significativement sous l’effet d’une sollicitation mécanique dynamique à des élongations (λ) élevées. Son potentiel élastocalorique important et sa résistance à la fatigue en font un candidat idéal pour développer des systèmes de réfrigération solide. Deux phénomènes sont à l'origine de ses performances eC: l’orientation/désorientation des macromolécules et la cristallisation/fusion, induites par l’élongation/rétraction du matériau. Pour mieux comprendre les paramètres qui régissent cette réponse eC du NR, il était primordial d'étudier d’abord sa cinétique de cristallisation sous déformation (SIC) via des mesures thermiques, mécaniques  et par WAXD in-situ. Le couplage de ces techniques a montré que la chaleur générée majoritairement par la cristallisation retarde sa propre cinétique. Ensuite, afin d’évaluer l’impact de cette SIC sur les réponses thermiques et mécaniques du NR dans des conditions proches de celles du fonctionnement d’un système eC, ce matériau a subi deux types de sollicitations cycliques (créneaux/triangulaires) à 4≤λ≤6. La principale différence entre ces dernières est qu’en créneau, la cristallisation a lieu majoritairement après la charge adiabatique tandis qu’en triangulaire, elle se fait pendant la déformation. Pour f≤0.01Hz, cette différence de comportement implique l’apparition d’une hystérèse mécanique trois fois plus importante en créneau qu’en triangulaire pour une même quantité de chaleur pouvant être échangée (Qtotale), réduisant ainsi l’efficacité eC du matériau. Pour 0.01Hz≤f≤0.5Hz, cette chaleur est certes plus faible en triangulaire, cependant, cette sollicitation reste plus avantageuse d’un point de vue énergétique grâce à ses faibles pertes mécaniques. Enfin, une comparaison des performances eC (Qtotale et coefficient de performance COP) de différents échantillons de polyisoprène sous déformation triangulaire montre que le NR non-réticulé et le Caoutchouc Synthétique sont moins performants d’un point de vue eC. Le premier, à cause de sa grande déformation rémanente et le deuxième, car son Qtotale est très faible. L’échantillon NR réticulé au soufre avec une densité de chaînes actives proche de 1.5x10-4mol/cm3 présente quant à lui l’effet eC le plus important (Qtotale≈11MJ/m3 et COP≈30).