Défense de thèse de doctorat en sciences physiques : "absorbeurs solaires thermiques"

Étude de l’absorption optique sélective d’un substrat métallique texturé et d’un revêtement de type "couches minces", combinés afin d’augmenter les performances d’absorbeurs solaires thermiques.

Jury

Frédéric MIRABELLA (Browning Int., Herstal), David HORWAT (Université de Lorraine, Nancy), Pascal JACQUES (UCL), Luc HENRARD, président (UNamur), Olivier DEPARIS, promoteur (UNamur)

Résumé

A l’instar de nombreuses technologies, les performances des collecteurs thermiques solaires dépendent énormément du progrès réalisé sur les propriétés des matériaux. Tous les composants d’un collecteur sont étudiés et optimisés. De grands efforts sont notamment menés concernant l’optimisation des performances de la plaque absorbante, cœur du dispositif. Le matériau absorbeur des collecteurs thermiques solaires est le sujet principal de cette thèse. La plaque absorbante récolte la radiation solaire, la convertit en énergie thermique qui est ensuite transmise au fluide caloporteur. Afin de maximiser l’énergie utilisable par le système, la radiation solaire doit être absorbée au maximum par le matériau  et  les  pertes  thermiques (convectives  et  radiatives) doivent être réduites au maximum avant le transfert thermique.

La plupart des absorbeurs solaires sont réalisés à partir d’un substrat métallique (procurant une faible émissivité, minimisant donc les pertes thermiques radiatives, revêtu d’un matériau hautement absorbant dans le domaine du spectre solaire) maximisant ainsi l’absorbance. La combinaison  du substrat et du revêtement réalise un absorbeur solaire sélectif. Diverses voies ont été envisagées pour réaliser la sélectivité: l’utilisation de matériaux intrinsèquement absorbants, de matériaux à basse émissivité texturés ou de composites céramique/métal (également  appelés  cermets).  Les  cermets sont très absorbants dans le domaine du spectre  solaire et deviennent transparents avec l’augmentation de la longueur d’onde, typiquement dans  l’infrarouge. En déposant une couche mince de ce matériau sur un substrat très réfléchissant dans l’infrarouge, une bonne sélectivité peut donc être obtenue. Concernant la texturation du substrat à des fins de piégeage de la radiation solaire, elle est prometteuse mais très peu exploitée jusqu’à présent. Dans cette thèse, les deux voies précitées (composition et texturation) ont été étudiées parallèlement afin d’en tirer une synergie.

Cette thèse s’est focalisée sur le cermet nickel (Ni)-oxyde de chrome (CrO_x), pour ses performances reconnues. L’optimisation des conditions expérimentales du procédé de fabrication a permis l’amélioration des performances de multicouches pour les absorbeurs solaires. Afin de clairement identifier la structure interne du matériau absorbant, des caractérisations fines ont été réalisées sur le cermet Nickel-Oxyde de Chrome (NiCrO_x). Enfin, une étude théorique et expérimentale de la synergie entre texturation et revêtement absorbant a été réalisée.

La défense est publique.

Contact : olivier.deparis@unamur.be
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