DS0303 -

NANOCOMPOSITES CARBURES ET CARBONITRURES COMME MATERIAUX SELECTIFS POUR LA CONVERSION PHOTOTHERMIQUE – CARAPASS

Résumé de soumission

Un système solaire à concentration exploite le rayonnement du soleil en orientant, au moyen de miroirs, les flux de photons. A l’avenir, ce système thermique concentré doit permettre d’atteindre des niveaux de température de l’ordre de 900-1000°C pour améliorer le rendement. Le domaine de la recherche et du développement se concentre donc sur des matériaux, composants de base des récepteurs solaires, capables de résister à ces conditions. Le carbure de silicium (SiC) offre des propriétés thermo-physiques appropriées pour les composants de base des récepteurs solaires dans les centrales solaires à concentration. Cependant, il possède une mauvaise sélectivité induisant d’importantes pertes optiques. Les carbures/nitrures des métaux du groupe IV ont une excellente sélectivité mais s’oxydent facilement. En s’inscrivant dans le défi 3 de l’ANR (thème « Matériaux et procédés » et priorité 14), le projet CARAPASS propose de préparer et de caractériser des nanocomposites de type MX/SiC (M = Ti, Zr, Hf; X = CxN1-x, 0 = x = 1) pour améliorer la sélectivité optique du SiC tout en s’affranchissant de l’oxydation des carbures/nitrures métalliques aux températures visées. Ces matériaux sont préparés sous forme de matériaux massifs (= monolithes) denses pour maintenir les propriétés mécaniques à haute température des matériaux considérés. Ce projet, d’une durée de 4 ans, implique cinq instituts, l’IEM, l’ICSM, le SPCTS, PROMES et CRM2, aux expertises très complémentaires en chimie, procédé, caractérisation physico-chimique et modélisation, reconnus à l’échelle internationale et ayant déjà un historique collaboratif. Pour atteindre nos objectifs, le projet se base sur les résultats très prometteurs obtenus par l’IEM et l’ICSM sur les nanocomposites TiC/SiC. CARAPASS est partagé en cinq tâches scientifiques interconnectées. La première tâche est axée sur la mise en œuvre de deux voies d’élaboration de ces nanocomposites. La chimie est au cœur de ces deux procédés. La tâche 2 consistera à mettre en forme ces nanocomposites en proposant trois stratégies complémentaires pour générer des pièces denses qui pourront être étudiées en tâches 3 et 4 pour l’application visée. La tâche 3 est dédiée à la caractérisation physico-chimique des nanocomposites à l'aide d'outils de caractérisation complémentaires et novateurs pour ces matériaux alors que leurs propriétés thermostructurales, mécaniques et thermiques seront plus particulièrement étudiées. La tâche 4 se consacre plus à l’étude des propriétés optiques des matériaux ainsi qu’à la stabilité de celles-ci après vieillissement. Enfin la tâche 5 sera tournée vers le développement et l’optimisation du procédé d’élaboration de ces nanocomposites à travers une approche de modélisation pour en améliorer leurs performances et la reproductibilité en termes d’élaboration et de propriétés. Au terme du projet, les résultats obtenus devrait conduire à des avancées significatives sur les matériaux céramiques comme absorbeurs solaires. Ils devraient alors intéresser le monde industriel et permettre à la France de se positionner sur cette thématique en pleine croissance à l’échelle mondiale.

Coordinateur du projet

CNRS-SPCTS (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Institut Européen des Membranes
Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface
PROcédés, Matériaux, Energie Solaire
CNRS/Laboratoire de Cristallographie, Résonance Magnétique et Modélisations
CNRS-SPCTS

Aide de l'ANR 714 866 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2016 - 48 Mois

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