Identification, optimisation et mise en forme de matériaux intermétalliques pour la conversion thermomagnétique de la chaleur

par Alexy Dianoux

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux. Ingénierie des matériaux

Sous la direction de Thomas Mazet.

Le président du jury était Yannick Fagot-Revurat.

Le jury était composé de Martino Lo Bue, Céline Schott-Darie, Valérie Paul-Boncour.

Les rapporteurs étaient Martino Lo Bue, Céline Schott-Darie.


  • Résumé

    Ce travail de thèse avait pour but de sélectionner et de mettre en forme des matériaux pour la récupération thermomagnétique de la chaleur fatale de basse énergie (T ≤ 232 °C). L’effet thermomagnétique s’explique par la variation de l’aimantation d’un matériau en fonction du champ magnétique appliqué et aussi de sa température. Cet effet permet, au travers de matériaux spécifiques, de convertir l’énergie thermique en énergie magnétique. Ce travail retient quatre types de composés intermétalliques avec des températures de Curie dans la gamme 50-150 °C. Les composés dérivés du ternaire LaFe13-χSiχ et trois séries de composés pseudobinaires Y2Fe17-xCoχ, Fe5-xMnχSn3 et Fe5-xMnχSi3. Les résultats de la littérature montrent que, pour le type LaFe13-χSiχ, la substitution du fer par le cobalt et l’hydruration du composé permettent d’élever la TC jusqu’à la gamme ciblée. Trois nuances ont été commandées au près d’Erasteel, et mises en forme par coulage en bande après mélange avec un polymère. Les autres composés ont été synthétisés au laboratoire. Les propriétés magnétiques et thermomagnétiques des composés ayant une TC dans la gamme ciblée ont été mesurées. Trois nuances de la série Y2Fe17-xCoχ ont été synthétisées en grande quantité et mises en forme par frittage naturel et par SPS. En parallèle des travaux sur les matériaux, un démonstrateur reposant sur le principe de la roue de Curie a été fabriqué. Des simulations thermiques et magnétiques complètent ce travail. Cette dernière partie montre l’importance de la thermique dans les systèmes de récupération thermomagnétique de la chaleur

  • Titre traduit

    Identification, optimisation en shaping of intermetallics materials for thermomagnetic heat conversion


  • Résumé

    This PhD work aimed to select and shape suitable materials for thermomagnetic recovery of low energy fatal heat (T ≤ 232 °C). Thermomagnetic effect is explained as a consequence of the magnetic field and temperature dependence of the magnetization. This effect enables specific materials to convert heat into magnetic energy. This work laid emphasis on four types of intermetallic compounds with TC in 50-150 °C range. Derivatives compounds of LaFe13-χSiχ ternary alloy and three pseudo-binaries series Y2Fe17-xCoχ, Fe5-xMnχSn3 and Fe5-xMnχSi3. Publications show that, for LaFe13-χSiχ type, substitution of iron by cobalt and hydruration make the TC rise to the targeted range of temperature. Three nuances have been ordered to Erasteel and shaped by tape casting. All of the other compounds have been synthesized by ourself.Magnetic and thermomagnetic properties of compounds matching the targeted temperature range were measured. We synthesised large quantity of three nuances of Y2Fe17-xCoχ and they were sintered by thermal treatment following cold compression forming or SPS direct method. A thermomagnetic heat recovery demonstrator, relying on the Curie wheel principle, was made in the laboratory. We carried out thermal and magnetic simulations of the thermomagnetic heat recovery system. We enlightened the paramount importance of thermal engineering for the design of thermomagnetic heat recovery systems


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