Thèse soutenue

Etude des propriétés optiques de revêtements thermochromes nanostructurés à base de dioxyde de vanadium
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Auteur / Autrice : Cindy Peralle
Direction : Jenny Faucheu
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
Date : Soutenance le 03/12/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
Laboratoire : Centre Science des Matériaux et des Structures / SMS-ENSMSE
Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Chenal
Examinateurs / Examinatrices : Jenny Faucheu, Jean-Marc Chenal, Catherine Schwob, Manuel Flury, Renée Charrière
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Schwob, Manuel Flury

Résumé

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Le dioxyde de vanadium (VO2) subit une transition de phase de semi-conducteur vers métallique à une certaine température de transition. Ceci se traduit par des changements de ses propriétés physiques, en particulier optiques, faisant de lui un matériau prometteur pour des applications comme revêtement pour les vitres, bâtiments et satellites, à fort rendement énergétique, ainsi que pour du camouflage. Le comportement optique d’une opale contenant des nanoparticules de VO2 est étudié à travers un modèle optique basé sur la méthode modale de Fourier (FMM) adaptée aux cristaux photoniques 3D. La périodicité introduite génère un pic de réflectance lié à une bande interdite photonique (PBG) qui dépend de différents paramètres tels que l’indice de réfraction des matériaux, la taille des sphères de l’opale et la concentration de VO2. Pour répondre aux différentes applications ciblées, les propriétés optiques du matériau sont étudiées du visible au mid-infrarouge, afin de calculer les transmittances lumineuse et solaire d’une part, et l’émissivité d’autre part. L’impact de la structure est limité par la condition de transparence liée à l’application vitres. Un plus fort effet de PBG est observé dans le cas de matériaux opaques, principalement à faibles températures. Il permet une diminution de 27% de la différence d’émissivité entre les cas chaud et froid, ce qui se traduit par une hausse de 3°C de la température de surface du matériau dans le cas froid, résultat intéressant pour les applications bâtiments et satellites. Enfin, afin de mieux modéliser le comportement de matériaux réels, du désordre dans la structure est apportée au modèle.