Fonctionnalisation de supports de SiC par imprégnation de sols et-ou de suspensions en vue d'améliorer les rendements de conversion d'échangeurs solaires

SiC substrates functionalization by impregnation of sols and-or suspensions in order to enhance the solar exchangers conversion efficiencies

• Auteur / Autrice : Jessica Mollicone
• Direction : Florence Ansart, Pascal Lenormand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/11/2015
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (Toulouse ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbure de silicium

Sol-gel, Procédé

Énergie solaire -- Recherche

Mots clés libres

Sol-gel

Carbure de silicium

Mousse céramique

Fonctionnalisation

Microtomographie X

Sol-gel

Silicon carbide

Ceramic foam

Functionalization

X-ray microtomography

Résumé

Face à la nécessité de trouver de nouvelles sources d'énergie, on assiste au développement des centrales solaires thermiques à concentration et plus particulièrement à tour. L'air est utilisé comme fluide caloporteur circulant dans un récepteur sur lequel sont concentrés les rayons solaires. L'absorbeur, situé dans le récepteur, est l'élément clé de ces dispositifs ; il doit absorber le rayonnement solaire tout en ayant une faible émissivité infrarouge pour limiter les pertes par rayonnement thermique observées. Le projet OPTISOL, dans lequel s'inscrivent ces travaux de thèse, a pour objectif d'optimiser les propriétés thermo-optiques d'un absorbeur volumique. Pour cela, une mousse en carbure de silicium a été choisie en tant que support mécanique de l'absorbeur, pour sa bonne tenue aux hautes températures, et pour sa capacité à absorber fortement le rayonnement solaire. Plusieurs laboratoires ont travaillé sur ce projet et le rôle du CIRIMAT fut, dans un premier temps, de caractériser ces mousses de carbure de silicium, par des techniques conventionnelles mais aussi par des techniques moins usuelles telles que la microtomographie X. Dans un second temps, les mousses de carbure de silicium ont été fonctionnalisées par un oxyde sélectif, YBaCuO, dans le but d'optimiser la sélectivité spectrale du système global. Pour cela, les techniques en voie liquide (sol-gel, suspensions, ...) ont été choisies et un procédé de fonctionnalisation a été développé, permettant de revêtir des substrats plans (pastille) et volumiques (mousse poreuse). La sélectivité spectrale du carbure de silicium ainsi fonctionnalisé a été étudiée par spectrométrie infrarouge-visible et les résultats obtenus sont prometteurs puisque une diminution de l'émissivité infrarouge a été observée tout en conservant une forte absorptivité du rayonnement solaire.

The necessity of finding new energy sources leads to the development of concentrated solar thermal power plants and more particularly the one using towers. Air is used as a heat transfer fluid flowing in a receiver heated by concentrated sunlight. The absorber, located in the receiver, is the key element of these devices; it must both absorb solar radiation and have a low infrared emissivity to limit thermal radiation losses. This work is part of the OPTISOL project, which aim is to optimize the thermo-optical properties of a volumetric absorber. For this purpose, a silicon carbide foam was selected as the mechanical support of the absorber for its good resistance to high temperatures and for its ability to be efficient to absorb sunlight. Several laboratories have worked on this project and the role of CIRIMAT was, at first, to characterize these silicon carbide foams using conventional and less conventional techniques such as X microtomography. Secondly, silicon carbide foams have been functionalized by a selective oxide, YBaCuO, in order to optimize the spectral selectivity of the system. For this, liquid routes such as sol-gel or suspension techniques have been selected and a functionalization process was implemented for coating planar (pellet) and volumetric (porous foam) substrates. The spectral selectivity of the functionalized silicon carbide was studied by infrared-visible spectrometry and the results are promising since a decrease in the infrared emissivity was observed while maintaining a high absorptivity of solar radiation.