Afin de répondre aux nouvelles exigences liées au développement durable, des entreprises telles que Saint- Gobain sont amenées à développer de nouveaux produits en vue de réduire les coûts de fonctionnement de leurs systèmes de fabrication de verre ainsi que les rejets de gaz à effet de serre. Une façon d’atteindre ces objectifs est d’améliorer l’isolation thermique des fours verriers par un accroissement des propriétés émissives des matériaux réfractaires constituants ces fours tels que le Jargal M et la BP mullite. La piste choisie pour l’amélioration des performances radiatives est la fonctionnalisation des matériaux de base afin qu’ils atteignent des hauts niveaux d’émissivité à la température de fonctionnement des systèmes de production. Cette stratégie permet de conserver les propriétés de résistance pyroscopique des matériaux de base tout en améliorant leurs performances radiatives. Une optimisation de ces deux matériaux a été effectuée par dopage avec des oxydes d’éléments de transition connus pour induire des propriétés hautement émissives dans le domaine de transparence de milieux diélectriques. Diverses techniques d’élaboration ont été testées comme le dopage en masse ou par imprégnation, afin de proposer des solutions efficaces et viables industriellement. L’étude de ces matériaux dopés a été réalisée par spectroscopie d’émission infrarouge en température à l’aide d’un dispositif expérimental développé au laboratoire CEMHTI utilisant un chauffage par laser CO2. Des observations par microsonde et microscopie électronique à balayage ont permis de corréler l’amélioration des propriétés radiatives à la texture, phases en présence et répartition des éléments dopants au sein des matériaux. Une étape de modélisation a également permis de compléter la démarche expérimentale en mettant en évidence l’influence de la texture et de la composition sur les propriétés radiatives. Cette partie intègre diverses étapes allant du traitement d’images issues de μ-tomographie X, la production de matériaux numériques ayant des textures maitrisées et leur caractérisation par simulation numérique utilisant les lois de l’optique géométrique et la méthode de lancer de rayons. / Evolution of global economy and green policy leads companies, like Saint-Gobain, to develop new productsto reduce the cost of their glass making systems and greenhouse gas emissions from glass furnaces. It isnecessary to improve thermal insulation of furnaces by increasing emittance property of refractory materialslike Jargal M and BP mullite. A way to improve radiative properties is the functionalization of materials toreach high levels of emissivity at working temperature and to keep refracterity of base materials.Improvement of optical properties of materials was made by adding emissive elements like transition oxides,known to induce high emissivity property in the transparent region of dielectric material. Several dopingtechnics were tested, for example mass doping or elements diffusion, to propose efficient and usefulsolutions for industries. Optical characterization was performed with an infrared spectrometry devicedeveloped in the CEMHTI laboratory, allowing measurement at high temperature thanks to CO2 laserheating. Microsonde and scanning electron microscopy observations were also done to correlateimprovement of radiative behavior with texture, phases and localization of doping elements into materials. Asimulation step has also been developed to complete experimental measurements and to show texture andvolume influences on radiative properties. This numerical procedure mixed image treatment from μ-tomography X analysis, generation of numerical samples with controlled texture and their characterization bynumerical simulation using geometrical optic laws and rays tracing procedure.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2015ORLE2002 |
| Date | 25 February 2015 |
| Creators | Bouvry, Benjamin |
| Contributors | Orléans, Echegut, Patrick |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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