Synthèses, caractérisations et mise en forme de matériaux à clusters pour la conception de vitrage à contrôle solaire

Syntheses, characterizations and shaping of cluster based material for the design of solar control glazing

• Auteur / Autrice : Clément Lebastard
• Direction : Stéphane Cordier, Karine Costuas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 03/11/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes - ISCR
• Jury : Président / Présidente : Bruno Fabre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Duboc, Luke Mac Aleese, Fabien Grasset
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Chanéac, Aline Rougier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux de transition

Vitrage isolant

Chimie inorganique

Clusters (chimie)

Mots clés libres

Clusters de métaux de transition

Chimie inorganique

Contrôle solaire

Absorption NIR

Nanomatériau composite

Simulation quantique

Transition metal clusters

Inorganic chemistry

Solar control

NIR absorption

Compositenanomaterial

Quantum simulation

Résumé

Les matériaux à contrôle solaire et plus particulièrement les vitrages sélectifs font partie des solutions proposées pour diminuer la consommation d’énergie mondiale et lutter contre le réchauffement climatique. Ils assurent une meilleure isolation thermique du bâtiment qui en est doté. Dans ce contexte, les travaux de recherche de cette thèse s’articulent autour de l’élaboration de revêtements à base de clusters de métaux de transition. Ces espèces actives sont caractérisées par une forte absorption des rayonnements ultraviolet et proche infrarouge ainsi que par une bonne transparence dans le spectre du visible, ce qui les rend particulièrement attrayants en vue d’applications. Leur intégration dans une matrice hybride ou organique par voie liquide facilite la mise en forme d’un revêtement. Ce manuscrit s’intéresse aux synthèses de différents composés à clusters, dont les propriétés physico-chimiques sont évaluées expérimentalement et par le biais de simulations quantiques. Avant leur intégration, le comportement des composés à clusters en solution est étudié de manière à appréhender le lien entre la structure des motifs à clusters et leurs propriétés d’absorption. Les allers-retours entre le travail théorique et expérimental permettent d’améliorer la compréhension de cette relation. Le fruit de ce travail a conduit au développement de revêtements à contrôle solaire dont les propriétés optiques sont compétitives avec les standards actuellement commercialisés.

Solar control materials and more particularly selective glazing are part of the solutions proposed to reduce global energy consumption and tackle global warming. They provide a better thermal insulation for the equipped buildings. In this context, the research work of this thesis is focused on developing coatings based on transition metal clusters. These actives species are characterized by their strong absorption of ultraviolet and near infrared radiations as well as their good transparency in the visible spectrum, which makes them particularly attractive for application. Their integration into a hybrid or organic matrix by liquid means facilitates the shaping of a coating. This manuscript focuses on the syntheses of various clusters compounds, whose physicochemical properties are evaluated through an experimental work and quantum simulations. Before their integration, the behavior of cluster compounds in solution is studied in order to understand the relation between cluster units structure and their absorption properties. By using a theoretical and an experimental approach, we improve the understanding of this link. Results of this work have led to the development of solar control coatings whose optical properties are competitive with commercialized solar control material.