Synthèse et protection contre le vieillissment innovantes pour générateurs thermoélectriques améliorés à base de skutterudites – I-Hephaistos

Les générateurs thermoélectriques convertissent la chaleur en électricité et pourraient donc permettre de récupérer une partie des chaleurs perdues dans de nombreux procédés industriels ou bien d’alimenter en électricité des capteurs en conditions extrêmes. Leur utilisation à grande échelle est toutefois limitée par les faibles performances et/ou le coût élevé de ces dispositifs.
Dans ce contexte, le projet i-Hephaistos ambitionne de fabriquer des modules thermoélectriques à haute densité de puissance et bas coût à base de skutterudites, en synthétisant les matériaux par un procédé économe en énergie et/ou à partir de réactifs bon marché, en optimisant l’étape d’assemblage des modules, et en protégeant ces derniers contre l’oxydation par des techniques innovantes. L’étude du vieillissement de ces modules en conditions d’usage, et la détermination des mécanismes sous-jacents, permettra de proposer des solutions pour allonger significativement leur durée de vie.
Pour ceci, cinq axes de recherche seront développés :
- la synthèse à plus grande échelle de skutterudites de type n et p – assemblées électriquement en série et thermiquement en parallèle dans les modules - par un procédé récemment développé à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR-1) économe en énergie ;
- l’utilisation de réactifs à faible coût, notamment de plus faible pureté. L’étude de l’influence des impuretés, qui ne devront pas affecter négativement les propriétés thermoélectriques, sera effectuée par l’Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est (ICMPE);
- l’optimisation par simulation des performances thermoélectriques des modules puis la fabrication de ces derniers par un procédé innovant en une étape qui a récemment permis à l’équipe de l’Institut Jean Lamour (IJL) d’obtenir des densités spécifiques de puissance record pour des modules thermoélectriques à base de skutterudites ;
- la protection de ces modules à haute densité de puissance contre l’oxydation à haute température par l’application de revêtements novateurs développés à l’ISCR-2 ;
- l’étude de leur vieillissement à haute température et en cyclage thermique, reproduisant les conditions d’usage sur de longues durées sera entrepris par HotBlock On Board (HBOB), start-up française leader nationale dans le design et l’implémentation de modules thermoélectriques.
L’association de 5 partenaires complémentaires, l’ISCR-1 (Rennes) pour la synthèse des matériaux, l’ICMPE (Thiais) pour la caractérisation fine des propriétés thermoélectriques, l’IJL (Nancy) pour la modélisation et la fabrication des modules, l’ISCR-2 (Rennes) pour le dépôt de revêtement protecteur, et un industriel, HBOB, pour la réalisation des tests de vieillissement en conditions d’usage, permet de réunir toutes les connaissances et compétences nécessaires à l’aboutissement positif de ce projet ambitieux.
Le succès du projet i-Hephaistos aboutira à la fabrication de modules thermoélectriques à haute densité de puissance, à coût modéré et avec une durée de vie optimisée, dans le but de prouver leur applicabilité pour la récupération d’énergie ou l’alimentation de capteurs et de détecteurs en environnement extrême.