Nouveaux alliages métalliques pour le stockage de l’énergie thermique à haute température « CSP »

Abstract

L'objectif principal de cette thèse est de développer de nouvelles classes de matériaux à haute conductivité thermique, les alliages métalliques, en tant que matériaux à changement de phase (MCP) pour les applications de stockage de l'énergie thermique (SET). Ce travail consiste à développer et à caractériser une série d'alliages métalliques binaires à base de magnésium et de cuivre, dont le but d'identifier de nouvelles compositions eutectiques avec des températures de fusion adéquates combinées à des propriétés thermophysiques appropriées pour leur utilisation comme média de stockage à haute température adapté aux procédés solaires thermodynamiques à concentration (CSP). La première partie de ce travail expérimental concerne le développement de deux alliages eutectiques binaires Mg84Cu16 et Mg59Cu41 (at.%) en utilisant différentes voies de préparation. Après les processus de synthèse, une analyse structurale complète est menée en combinant différentes techniques telles que la diffraction des rayons X (DRX) et la microscopie électronique à balayage (MEB) afin de confirmer ou de corriger les compositions théoriques des alliages métalliques synthétisés. La deuxième partie de ce travail consiste à évaluer les propriétés thermophysiques les plus pertinentes de ces matériaux dans ce domaine, telles que la température de fusion, la capacité thermique, la chaleur latente, la diffusivité et la conductivité thermiques. La troisième partie porte sur l’étude de la stabilité thermique du Mg84Cu16, le MCP le plus potentiel dans ce travail. La dernière partie de ce travail vise à étudier la compatibilité entre l'alliage Mg84Cu16 et différents matériaux de confinement, à savoir SS304, SS316 et INCONEL, en vue d'identifier les aciers inoxydables les plus appropriés qui peuvent être utilisés dans la construction d'une unité de stockage d'énergie thermique contenant l’alliage Mg84Cu16. Les résultats obtenus font des alliages à base de magnésium et cuivre l'un des matériaux les plus prometteurs pour les applications de stockage de l'énergie thermique en raison de leur conductivité thermique la plus élevée rapportée jusqu'à présent dans la plage de température de 400-550°C et de leur bonne stabilité thermique.