Etude des effets multicaloriques induits lors de la transformation de phase structurale dans les composés de type Heusler - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Study of the multicaloric effects induced during the structural phase transformation in Heusler compounds

Etude des effets multicaloriques induits lors de la transformation de phase structurale dans les composés de type Heusler

Hugo Dufour
  • Fonction : Auteur

Résumé

This manuscript is devoted to the study of the multicaloric properties, and in particular magnetocaloric and elastocaloric properties possibly coupled between them, of Ni-Mn-X type Heusler alloys (X= In, Co-In,...). This preliminary research can quickly lead to the development of new cooling devices or new functionalities, hence the interest shown by certain players in the socio-economic world. To achieve this, we studied the structural and magnetic transformation that occurs in temperature between the high-temperature cubic phase known as « austenite » and the low-temperature phase known as « martensite ». The application of a magnetic field or a uniaxial strain shifts the transformation temperatures respectively towards low temperatures or high temperatures and also makes it possible to induce the transformation from one phase to the other. The multicaloric properties result from the near-transformation-temperature-entropy-variation due to the application of those external perturbations.A particular effort has been made to determine the non-consensual martensitic structure. However, martensite is responsible for shape memory properties and a knowledge of the structure led to the understanding of the martensitic transformation at the basis of elastocaloric properties.The originality of the study wad both on the study of elastocaloric properties and on a combination of theoretical and experimental approaches. Indeed, neutron diffraction studies have led to a better understanding of the crystallographic structures. They were coupled with experimental measurements to determine the entropy variations. Those measurements were based on the implementation of versatile measurement systems generally combining the application of uniaxial strains, temperature scanning (77K - 400K), fine temperature or transport measurements and the possible application of a magnetic field. This experimental versatility has made it possible to fully understand the elastocaloric effect of shape memory ferromagnetic alloys.
Le projet de cette thèse est d'évaluer les propriétés multicaloriques, et notamment magnétocaloriques et élastocaloriques éventuellement couplées entre elles des alliages d'Heusler de type Ni-Mn-X (X= In, Co-In,...). C'est une recherche amont pouvant rapidement conduire à la recherche de développement de nouveaux dispositifs de refroidissement ou de nouvelles fonctionnalités d'où l'intérêt porté par certains acteurs du monde socio-économique. D'un point de vue fondamental, il s'agissait d'étudier la transformation structurale et magnétique qui se produit en température entre la phase cubique à haute température dite « austénite » et la phase basse température dite « martensite ». L'application d'un champ magnétique ou d'une contrainte uniaxiale déplace les températures de transformation respectivement vers les basses températures ou les hautes températures et permet également d'induire la transformation d'une phase vers l'autre. Les propriétés multicaloriques résultent de la variation d'entropie conséquente à l'application des champs mentionnés ci-dessus d'autant plus importante qu'elle se produit proche de la température de transformation.Un effort soutenu a été porté sur la détermination de la structure martensitique qui reste à ce jour non consensuelle au travers des résultats de la littérature. Or la martensite est responsable des propriétés à mémoire de forme et une connaissance de la structure a permis d'éclairer la transformation martensitique à la base des propriétés élastocaloriques.L'originalité de l'étude reposait à la fois dans l'étude des propriétés élastocaloriques, moins étudiées que les propriétés magnétocaloriques, et sur une combinaison d'approches théoriques et expérimentales. En effet, les études de diffractions neutroniques ont permis de mieux comprendre la structure cristallographique des phases. Elles ont été couplées avec des mesures expérimentales visant à déterminer les variations d'entropie. Ces mesures expérimentales reposaient également sur la mise en place de systèmes de mesure versatiles combinant généralement l'application d'une contrainte uniaxiale, un balayage en température (77K – 400K), des mesures fines en température ou en transport et l'application éventuelle d'un champ magnétique. Cette versatilité expérimentale mise en œuvre a permis d'appréhender dans sa globalité l'effet élastocalorique des alliages ferromagnétiques à mémoire de forme.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03137740 , version 1 (10-02-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03137740 , version 1

Citer

Hugo Dufour. Etude des effets multicaloriques induits lors de la transformation de phase structurale dans les composés de type Heusler. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. Français. ⟨NNT : 2020GRALY024⟩. ⟨tel-03137740⟩

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