Surfaces micro-structurées obtenues par magnéto-électrodéposition pour l’amélioration des transferts de chaleur – SURFMET

L’objectif de SURFMET est l’optimisation de la structuration de surfaces d'alliages métalliques par des micro-motifs obtenus par magnéto-électrodéposition en vue d’améliorer les transferts de chaleur tout en conservant une bonne durabilité au cisaillement et à la corrosion en milieux aqueux.
Plus spécifiquement, nous nous intéressons à l’utilisation de dépôts structurées pour, à terme, contrôler un régime d’ébullition nucléée dans des canaux submillimétriques aux élancement importants. Les micro-motifs seront déposés sous forme de films sur des alliages de cuivre argent préparés par méthode de projection à froid sous hélium. Ces alliages aux performances mécaniques et électriques élevées sont utilisés au LNCMI comme matériau de base pour la fabrication des bobines pour la production de champs magnétiques intenses peuvent être considérées comme des archétypes d’échangeurs de chaleur compactes soumis à des flux thermiques extrêmes (jusqu'à 10 MW.m-2).
Dans ce projet nous utiliserons des champs électriques et magnétiques pour:
- le développement de surfaces texturées spécifiques (telles que des structures hybrides multi-échelles) sous des champs magnétiques intenses en explorant le caractère évolutif et unique du processus de dépôt.?
- la réalisation d’expériences de mouillage à l'échelle de la goutte ou de la bulle sous des champs magnétiques/électriques, uniformes ou non uniformes, intenses voire non intenses si le caractère non uniforme engendre des forces complémentaires significatives (di-electrophorétique ou di-magnétophorétique).
- la quantification de la fiabilité de ces dépôts dans des conditions critiques de changement de phase (ébullition nucléée), ces dépôts pouvant être in fine déposés sur les parties actives des bobinages pour production de champs intenses.
La magnéto-électrodéposition offre de nouvelles solutions hybrides multi-échelles en permettant d’agir continûment sur la croissance des branches cristallines sans modifier l’habitus cristallin, et ce sans additifs organiques. L’utilisation de champs magnétiques intenses ou non-uniformes permet d’envisager la mise en place d’un nouveau procédé associant macro-structuration et microporosité en une même étape. Ceci doit permettre de trouver un optimum d’intensification de transfert de chaleur par le biais notamment du contrôle des sites de nucléation en explorant le caractère modulable et monotope du processus de dépôt.
La description fondamentale de la magnéto-déposition (mécanismes de nucléation/croissance, relations procédé-structure-propriété étudiées par une approche multi-échelle et interdisciplinaire) sera particulièrement étudiée en considérant les flux électro- et magnéto-hydrodynamiques. Un dernier critère de choix des micro-motifs au regard de l'amélioration des transferts de chaleur pourra s’appuyer sur différents modèles systèmes consacrés à l'électro- et au magnéto-mouillage en condition d'ébullition nucléée.
Le choix d’une méthode électrochimique pour la réalisation de dépôts fonctionnels structurés permet, à terme, d’envisager sereinement le passage à l’échelle pour nombre d’applications industrielles. Dans ce projet nous réaliserons une preuve de principe de la possibilité d’un passage à l’échelle de ces procédés magnéto-électrochimiques. Ainsi nous réaliserons des dépôts, dont les procédés auront été optimisés dans la première partie du projet, sur les parois des bobinages des électroaimants pour la production de champs magnétiques intenses.
Le projet s’appuie sur les compétences complémentaires de trois laboratoires dans les domaines de l’électrochimie sous champs magnétiques, de la microfluidique, de l’électromagnétohydrodynamique, des propriétés de surface, des transferts de chaleur et de la production de champs magnétiques. Ce projet bénéficiera de l’expérience acquise lors de collaborations antérieures entre les présents partenaires (expérimentations sous champs intenses au LNCMI en magnetoélectrochimie et magnétohydrodynamique).