Mise au point de dispositifs de mesure de conductivités et de propriétés thermoélectriques d'alliages métalliques liquides en environnement sévère

Development of experimental designs of conductivities and thermelectric properties measurements for liquid alloys in severe environment

• Auteur / Autrice : Frédéric Sar
• Direction : Jean-Georges Gasser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMD - Laboratoire de Physique des Milieux Denses - EA 3469

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages liquides

Mots clés libres

Propriétés thermoélectriques

Conductivité thermique

Résistivité électrique

Alliages solides

Indium-étain

Effet Seebeck

Alliages liquides

Plomb-bismuth

Magnésium-zinc-gallium

Résumé

On se propose dans cette thèse de mettre au point des dispositifs de mesure capables de caractériser les propriétés thermoélectriques et les conductivités d'alliages dans des conditions sévères de température et de réactivité chimique. On ne connaît pas la conductivité thermique de l'alliage plomb/bismuth, qui pourrait être le liquide caloporteur et la source de neutrons par spallation des centrales nucléaires de quatrième génération. Nous avons mesuré la conductivité électrique et le pouvoir thermoélectrique de cet alliage sur une large gamme de température, à douze compositions différentes. On en a déduit la conductivité thermique d'après les relations entre les coefficients de transport. Par ailleurs, les quasicristaux ont des propriétés de transport électrique particulières. Une étude de ces alliages à l'état liquide serait intéressante. La principale difficulté expérimentale est liée à la composition chimique des quasicristaux qui sont formés d'au moins un métal très corrosif ou chimiquement très actif aux hautes températures des liquides (aluminium, manganèse, magnésium, terres rares,. . . ). Nous avons mis au point des nouvelles cellules de mesure en céramique (alumine, nitrue de bore) capables de résister aux conditions environnementales sévères. Ces cellules ont été testées dans le cadre d'une étude du ternaire Mg39. 5Ga20. 5-Zn40 qui est un quasicristal à l'état solide. Les valeurs expérimentales des différents types d'alliages ont été comparées à des valeurs calculées en utilisant le formalisme de Faber-Ziman et la théorie des pseudopotentiels.

The aim of this thesis is to develop measurement devices able to characterize the thermoelectric properties and conductivities of liquid alloys under severe conditions of temperature and chemical reactivity. One does not know the thermal conductivity of the alloy lead/bismuth, which could be the liquid coolant and the neutron spallatlon source of the nuclear thermal power readors of fourth generation. We measured electric conductivity and thermoelectric power of this alloy on a broad range of temperature, with twelve different compositions. One deduced from it thermal conductivity according to the relations between the transport coefficients. In addition, the quasicristals have particular eletronic transport properties. A study of these alloys in the liquid state would be interesting. The principal experirnental difficulty is related to the chernical composition of quasicristals which are made of at least a very corrosive orchemically very active metal at the high temperatures of the liquids (aluminium, manganese, magnesium, rare eafihs. . . ). We developed new ceramic measurernent cells (alumina, boron nitride) able to resist the severe environmental conditions. These cells were tested within the framework of a study of ternary Mg39. 5-Ga20. 5-Zn40 which is a quasicristal in the solid state. The experirnental values of the various types of alloys were compared with computed values by using the Faber -Ziman frimalisrn and the theory of pseudopotentials.