Thèse de doctorat 2015-18 (Matthieu Aumand)

Analyse des mécanismes de déformation de matériaux thermo-électriques nanostructurés

Contexte :

Les matériaux thermoélectriques ont la capacité de convertir la chaleur dissipée en énergie électrique. Sans pièces mobiles ni mécanismes, les générateurs thermoélectriques deviennent avec le temps, plus économiques et plus écologiques. La dernière génération de matériaux thermoélectriques utilise la propriété d’une microstructure à petite échelle afin d’en améliorer le rendement. Aujourd’hui, quelques catégories de ces matériaux thermoélectriques dis « nanostructurés », permettent de couvrir une large gamme de température, de l’ambiante à plus de 1000°C. Chacune de ces familles présente différentes propriétés thermoélectriques et mécaniques, qui sont des paramètres essentiels pour un projet d’application. Un exemple d’application est la conversion de la chaleur rejetée par les gaz d’échappement d’une automobile, afin d’aider l’alternateur, voir le remplacer. Bien que ces alliages soient connus comme mécaniquement très fragiles, il est supposé que les mécanismes de plasticité influencent les propriétés physiques de ces matériaux. Cette étude propose d’induire de la déformation plastique dans ces matériaux afin d’en étudier l’influence sur les paramètres thermoélectriques.

Résultats :

Des tests classiques en compression menés sur des matériaux thermoélectriques suggèrent que, testé à pression ambiante, l’expérimentation est soudainement interrompue par la présence de fissures natives se propageant dans l’échantillon, bien avant la plasticité. Une alternative au test de compression classique est l’utilisation d’un équipement utilisant une pression de confinement isostatique : la machine de Paterson. Initialement développée pour la géophysique (en reproduisant la pression hydrostatique présente dans le manteau terrestre), cette machine permet l’application simultanée d’une pression hydrostatique ainsi que d’une pression de compression uniaxiale, le tout appliqué sur un échantillon macroscopique (de l’ordre de plusieurs cm3) : la pression de confinement maximum est de 450 MPa, la force uniaxiale maximum est de 100kN, et un four permet de travailler jusqu’à 1100°C. Avec cet équipement, il est possible d’induire de la déformation plastique dans les matériaux fragiles, grâce à la pression hydrostatique de confinement, qui permet de contenir les fissures, prévenant qu’elles ne se propagent au sein du matériau.Aumand

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