Emetteur thermique passif fonctionnalisé à base de matériaux à transition de phase, métal-isolant. – PassiveHEAT

La gestion de la chaleur dissipée dans les solides est un enjeu majeur pour le développement de nombreuses technologies. Ce défi intervient dans de nombreux secteurs, allant de la microélectronique à l’habitat en passant par la gestion thermique des satellites. Plus de 60% de l'énergie utilisée dans ces industries est perdue sous cette forme, il est donc primordial de développer des solutions innovantes pour améliorer l’efficacité énergétique des systèmes.

Le projet PassiveHEAT propose le développement de nouveaux revêtements fonctionnels dont l’émission thermique peut être entièrement pilotée par leur température. Le but sera d’agir non seulement sur le spectre d’émission mais aussi sur la directivité et la géométrie de l’émission thermique de ces revêtements. Pour cela, la technologie développée dans ce projet utilise les propriétés de transition de phase du dioxyde vanadium (VO2) associées à la nanostructuration de ce matériau.
Les principaux objectifs du projet PassiveHEAT sont : 1. Mieux comprendre les mécanismes physiques à l’origine de ces comportements radiatifs ; 2. Concevoir de nouveaux émetteurs thermiques passifs et 3. Développer une nouvelle métrologie de caractérisation pour l’émission thermique.

Le VO2 est un « smart material » qui présente une transition de phase isolant-métal réversible à une température de transition (TC) qui se situe autour de 68°C. Les caractéristiques remarquables associées à la transition du VO2 combinées à un design spécifique obtenu par modélisation utilisant une approche par algorithme génétique, va permettre la conception de 3 types d’émetteurs thermiques :
a) des revêtements à émissivité thermique différentielle négative ou positive (c’est-à-dire dont l’émission thermique diminue ou augmente avec la température autour de TC)
b) des interrupteurs thermiques radiatifs capables de fonctionner autour de TC
c) des antennes thermiques dont la direction d'émission peut être contrôlée par la température.
Ces revêtements fonctionnels pourraient ouvrir la voie à une nouvelle technologie pour le refroidissement passif de matériaux.

Le projet est organisé en quatre worpackages (WP): WP1 - design des émetteurs fonctionnalisés, WP2 - micro-nanofabrication des structures modélisées, WP3- caractérisation expérimentale de ces structures. Un workpackage dédié à la gestion et à la coordination du projet viendra compléter l’organisation du projet.
Ce projet propose de faire émerger un nouveau paradigme pour le contrôle de l'émission thermique de solide à l'aide de revêtements nanostructurés à base de matériaux à transition de phase. Pour cette raison, il se situe au carrefour de plusieurs domaines de la physique : la nanophotonique et la thermique qui sont nécessaires pour la description de l'émission thermique et la conception des structures ; les sciences des matériaux et la nanotechnologie pour la fabrication des émetteurs thermiques et la caractérisation des matériaux ; et enfin, la caractérisation expérimentale des performances radiatives des revêtements qui nécessitera une connaissance approfondie de la métrologie par spectroscopie IR. Le consortium rassemble des spécialistes dans chacun de ces domaines pour mener à bien le projet PassiveHEAT.