Étude expérimentale et thermodynamique de systèmes métal-hydrogène

par Maxime Dottor

Projet de thèse en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Jean-Marc Joubert et de Jean-Claude Crivello.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec ICMPE - Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est (laboratoire) et de Chimie Métallurgique des Terres Rares (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Les systèmes métal-hydrogène offrent un nombre important d'applications parmi lesquelles le stockage d'hydrogène est une des plus importantes. La plus grande partie des propriétés d'usage comme les propriétés de stockage (capacité, pression et température d'absorption et de désorption) sont liées aux propriétés thermodynamiques des systèmes. Les investigations expérimentales sur ces systèmes ont toujours besoin d'être complétées. D'autre part, les mesures ont besoin d'être rationalisées par un effort de modélisation. Le sujet de thèse comportera un volet expérimental important concernant la mesure des propriétés d'absorption dans différents systèmes binaires ou ternaires. Dans une seconde étape, les systèmes étudiés expérimentalement seront modélisés en utilisant la méthode Calphad avec l'appui de calculs DFT. Cela contribuera à la constitution d'une base de données thermodynamique centrée sur les systèmes métal-hydrogène. Enfin, la modélisation permettra, en combinant les systèmes simples, de prédire les propriétés de stockage dans les systèmes multi-constituants. Les systèmes d'intérêt seront : - des systèmes cubiques centrés permettant à terme la prédiction des propriétés d'absorption dans les solutions solides cubiques centrées utilisées pour le stockage d'hydrogène (Cr-H, V-H, Nb-H...) - des systèmes binaires et ternaires à base de zirconium dans le cadre de l'application de ces matériaux comme combustible nucléaire (Zr-Nb-H, Zr-O-H...) - d'autres systèmes relativement méconnus expérimentalement ou thermodynamiquement dans le cadre d'études plus fondamentales (étude de l'effet isotopique, systèmes à base de terres rares, synthèse et modélisation à haute pression)

  • Titre traduit

    Experimental and thermodynamic study of metal-hydrogen systems


  • Résumé

    Metal-hydrogen systems offer a large number of applications among which hydrogen storage is the main one. Most of the properties of use such as storage properties (capacity, pressure and temperature of absorption and desorption) are related to the thermodynamic properties of the systems. Experimental investigations on these systems need to be completed. On the other hand, the measurements need to be rationalized using the modelisation. This PhD thesis will include an important experimental part concerning the measurements of the absorption properties of different binary or ternary systems. In a second step, the systems studied experimentally will be modeled using the Calphad method with DFT calculations. This will contribute to the constitution of a thermodynamic database centered on metal-hydrogen systems. Finally,combining simple systems, the modeling will predict the storage properties of multi-component systems. The systems of interest will be: - centered cubic systems ultimately allowing the prediction of absorption properties in centered cubic solid solutions used for the storage of hydrogen (Cr-H, V-H, Nb-H, etc.). - zirconium-based binary and ternary systems used in the nuclear industry (Zr-Nb-H, Zr-O-H, etc.). - other systems relatively unknown experimentally or thermodynamically for more fundamental studies (study of the isotopic effect, rare-earth systems, synthesis and modeling at high pressure).