Thèse soutenue

Modélisation des coefficients de transport thermoélectriques des alliages métalliques multicomposants

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Auteur / Autrice : Maximilien Saint-Cricq
Direction : Natalio MingoAmbroise Van Roekeghem
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des matériaux
Date : Soutenance le 18/12/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Noël Jakse
Examinateurs / Examinatrices : Silke Biermann, Jesús Carrete Montaña, Thierry Waeckerlé
Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Jund, Bertrand Lenoir

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Cette thèse est un travail autour de la problématique de la prédiction des coefficients thermoélectriques dans les alliages métalliques multicomposants, qui est né d'un besoin d'un acteur industriel de la métallurgie : l'entreprise APERAM. Ces travaux de recherche reposent sur deux grandes approches.La première est une étude, par les calculs ab initio, d'un alliage binaire de métaux de transition : le palladium-argent. Différentes méthodes sont utilisées pour chercher à prédire le comportement du coefficient de Seebeck en fonction de la composition de l'alliage et deux résultats principaux sont mis avant. Premièrement, les calculs montrent que l'aire de la surface de Fermi du système joue un rôle déterminant dans le signe et l'allure qualitative du pouvoir thermoélectrique, ce qui ne semblait pas évident lorsque Sir Nevill Francis Mott a rédigé sa Théorie sur les Propriétés des Métaux et des Alliages en 1936. Ce modèle de référence, établi à l'époque par Mott sans pouvoir bénéficier de l'atout des calculs numériques qui sont accessibles aujourd'hui, considérait en effet que le coefficient de Seebeck des métaux de transition pouvait être expliqué essentiellement en étudiant les transitions des électrons s vers les états d (appelées transitions s-d). Deuxièmement, la méthode quantique de Kubo-Greenwood s'est montrée être la plus efficace pour prédire le coefficient de Seebeck et mériterait d'être renforcée par la prise en compte des interactions électron-phonon négligées dans cette thèse.La seconde approche de ces travaux de recherche utilise une méthode semi-expérimentale pour décrire l'évolution du pouvoir thermoélectrique d'alliages multicomposants constitués d'une dizaine d'éléments, dont des impuretés. Des mesures expérimentales ont permis d'appliquer la relation de Gorter-Nordheim et de mettre en évidence le poids de chaque constituant vis-à-vis de la variation du coefficient de Seebeck. Cette méthode permet de prendre en compte l'influence des impuretés et, déjà, de savoir quels éléments surveiller en priorité pour mieux contrôler le pouvoir thermoélectrique d'un alliage lors de son procédé de production industrielle.