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Dispositifs multi-échelles et multi-matériaux pour les nouvelles technologies de production d’énergie
Objectifs
La recherche de nouvelles technologies de production d’énergie et la nécessité de la prise en compte des ressources et de l’environnement constituent des enjeux stratégiques et économiques majeurs pour les années à venir. Différents systèmes céramiques semblent prometteurs pour contribuer de façon significative à la problématique posée. Dans la plupart des cas, il s’agit de systèmes architecturés suivant un arrangement de différents matériaux à plusieurs échelles, de l’échelle nano- ou micrométrique de la structure des matériaux à l’échelle millimétrique de l’objet.
Dans ce contexte, ce thème transversal concerne le développement de piles à combustible à électrolyte solide, d’électrolyseurs à haute température et de reformeurs ainsi que l’amélioration des performances de systèmes existant au travers du développement de barrières thermiques (et de leur procédé d’élaboration) par exemple, de turbines à gaz aéronautiques ou terrestres.
Cette activité transversale aux trois axes du laboratoire s’appuie sur l’encadrement commun de thèses de doctorat, de stages de master recherche et sur la participation à des programmes collaboratifs de recherche (ANR en particulier). Les membres impliqués participent au GDR CNRS "PACTE (IT-SOFC)".
A titre d’exemple d’activité, le développement de couches d’apatites, matériau présentant une conduction ionique satisfaisante à basse température (700°C), en vue de diminuer les températures de fonctionnement des piles à combustible peut être cité. La démarche s’applique dans un premier temps à la synthèse des matériaux dont les compositions sont orientées grâce à une approche ab-initio de la compréhension des chemins de conduction puis, dans un second temps, à la mise en forme en couche par projection thermique (plasma) et par coulage en bande. Dans un troisième temps, les caractéristiques structurales, les propriétés thermomécaniques et les propriétés électrochimiques sont évaluées. Cette démarche intégrée rend alors possible une optimisation des performances de ces systèmes en intégrant dès l’amont les spécificités des procédés de synthèse et de mise en forme.
Mots clefs
multi-échelle, multi-couche, nouvelles technologies de l’énergie, barrières thermiques, modélisation ab initio, dynamique moléculaire, synthèse de précurseurs, coulage en bande, projection plasma, propriétés structurales, propriétés mécaniques, vieillissement, électrochimie
