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19 fév
19/02/2020 09:30

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Lucie TABARD

Elaboration de céramiques architecturées pour le stockage d'énergie thermique

Doctorante : Lucie TABARD

Laboratoire INSA : MATEIS
Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Ce travail de thèse a pour objectif de développer un matériau composite de haute densité énergétique pour le stockage de chaleur thermochimique. L’objectif principal est de libérer de la chaleur par hydratation exothermique d’un sel hygroscopique, de manière entièrement réversible (stockage sous forme de potentiel chimique), en évitant les pertes de performance systématiques constatées auparavant sur les systèmes à lit de sel, apparaissant avec le temps et dues à l’agglomération du sel. Ainsi, le développement d’un composite de type matériau hôte poreux/sel doit permettre d’éviter l’agglomération du sel et d’augmenter sa réactivité. Dans un premier temps, une méthodologie de cyclage et de caractérisation du sel sélectionné (MgSO4,xH2O) est établie afin d’étudier les évolutions structurales de ce sel (par couplage de résultats obtenus en DRX et en FTIR). Une première voie de mise en forme du sel est également proposée, ne permettant pas de résoudre les problématiques rencontrés en configuration lit de sel.
Ainsi, dans un deuxième temps, le développement d’un matériau hôte (zircone cériée) à porosité architecturée est proposé. La zircone est mise en forme par technique de fabrication additive (robocasting) d’une pâte céramique contenant des phases fugitives (amidons) et consolidée par frittage partiel. La porosité multi-échelle résultante est minutieusement caractérisée en termes de volume, de taille et d’interconnexion par des techniques complémentaires. Les propriétés mécaniques sont également caractérisées à travers des essais de compression et de flexion trois points.
La pertinence de cette porosité multi-échelle du matériau hôte sur la réactivité du sel et sa stabilité est évaluée dans un troisième temps. Des composites matériau hôtes/sels sont fabriqués par infiltration de solutions salines, puis caractérisés selon la méthodologie développée pour caractériser le sel. La porosité à trois échelles permet d’obtenir des composites de densité énergétique élevée (417 kWh.m-3) et stable au cours du temps, remplissant l’objectif européen.