Optimisation des matériaux de collecteurs solaires

par Thibault Roy

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Yves Wouters et de Laurence Latu-romain.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (laboratoire) depuis le 23-03-2018 .


  • Résumé

    Le solaire thermique à concentration (ou solaire thermodynamique) apparaît aujourd'hui comme une véritable source d'énergie d'avenir dont on estime qu'elle pourrait subvenir à hauteur de 30% des besoins de la planète à l'horizon 2050. Le principe de cette technologie repose sur la transformation successive de l'énergie solaire en chaleur puis de la chaleur en énergie électrique injectable dans le réseau. Ses deux points forts correspondent à la puissance développée et l'assurance d'une production électrique continue par l'utilisation de sels fondus ou par le stockage de l'énergie via la production d'hydrogène. Les verrous technologiques demeurent cependant nombreux au titre desquels la durabilité en service du collecteur solaire. C'est à cet aspect que s'intéresse la présente thèse qui se focalisera sur les alliages métalliques chrominoformeurs et sur leur capacité à former un film d'oxyde qui soit à la fois protecteur et qui garantisse un taux de conversion optimum de l'énergie radiative en énergie thermique. Les alliages chrominoformeurs développés par APERAM seront étudiés du point de vue de leur tenue à haute température par les techniques thermogravimétriques en atmosphères contrôlées. Les films d'oxydation formés dans ces conditions seront largement étudiés par les techniques de caractérisation classiques de microscopies électroniques, diffraction des RX et spectroscopie Raman. En outre, les techniques photoélectrochimiques seront utilisées pour caractériser les propriétés semi-conductrices des films d'oxydation et leur propriétés d'absorption du spectre solaire. Le principal résultat escompté correspond en un classement des meilleurs alliages et l'établissement des paramètres d'optimisation pour leur utilisation comme matériaux de collecteurs dans les centrales solaires. Nous publierons nos résultats dans les journaux de références et présenterons les faits marquants dans les conférences internationales du domaine sans oublier le possible développement de brevets.

  • Titre traduit

    Optimization of the materials of solar receivers


  • Résumé

    Today, concentrated solar power seems to be a future energy source and could provide up to 30% of the needs of the world around 2050. The principle of this technology is to convert the energy of the solar radiation into heat and then into electric energy. Two of the great strengths of this technique are the power generated and an uninterrupted energy generation by using molten salt or by storage of the energy in producing hydrogen. However, the durability of solar collectors is the main problem of this technology. Then, this thesis will focus on chromiaformer metallic alloys and their capacity to form an oxide scale protective and with the best conversion rate of radiation energy into thermal energy. Different stainless steels, developed by APERAM, will be studied at high temperature by thermogravimetric techniques in controlled atmospheres. The oxide layers formed in these conditions will be analyzed by classical characterization techniques like electron microscopy, X-Ray Diffraction and Raman spectroscopy. Moreover, photoelectrochemical techniques will be used to characterize semiconducting properties of oxide scales and their absorption properties of the solar spectrum. The main result expected is a classification of best alloys and which parameters could be optimized to be used as solar receiver materials in solar tower plants. Results will be published in reference newspapers and will be presented in international conferences without forget the possibility of development of patents.