Réalisation de deux dispositifs automatiques à commandes numériques de mesure des paramètres électriques et thermiques des matériaux, et d'autre part à l'étude comparative des propriétés thermiques et électriques de quelques matériaux non métalliques. Dispositif capable de séparer les informations conductivités et permittivité [epsilon], conçu à partir d'un oscillateur à conductance négative. Nouveau dispositif utilisant la phase transitoire de la réponse à un échelon de flux thermique et permettant de mesurer rapidement l'effusivité des matériaux

Les matériaux diélectriques utilisés au sein des applications internes aux satellites sont soumis à des contraintes radiatives et thermiques extrêmes qui peuvent conduire à des perturbations sur l'instrumentation embarquée. Le rendement des applications électroniques diminue ainsi en raison des effets de charge et de dégradation des céramiques utilisées. Dans le but de comprendre et de prédire ces phénomènes, l'étude des mécanismes de transport de charges et de vieillissement électrique sur ces matériaux est primordiale. La démarche de cette étude a alors consisté à définir un protocole et une méthode expérimentale qui permettent d'étudier hors application, les comportements électriques et physico-chimiques sous irradiation électronique, du nitrure de bore brut et revêtu d'une couche mince d'alumine. Pour cela, une étude paramétrique a été réalisée dans l'enceinte d'irradiation CEDRE (ONERA Toulouse), afin d'évaluer l'influence de l'énergie incidente, du flux d'électrons primaires, de la température et de la dose, sur les cinétiques de charge, de relaxation et de vieillissement électrique des céramiques industrielles. Il a été démontré qu'il était possible de limiter fortement la charge de ces céramiques par l'application d'un dépôt d'alumine et par un traitement thermique adéquat. En effet, le rendement d'émission secondaire élevé de l'alumine et l'augmentation de la conductivité de surface, engendrée par le recuit, contribuent à la limitation du potentiel de surface du matériau. Des dépôts d'alumine ont ensuite été élaborés par PVD-RF puis caractérisés en chambre d'irradiation afin de cibler les paramètres d'élaboration qui permettent d'optimiser les propriétés électriques du système. Il a été montré que l'optimisation de la rugosité et de l'épaisseur des dépôts limite le potentiel de surface des matériaux. Une étude amont a été menée dans le cadre d'une collaboration internationale avec le Groupe de Physique des Matériaux de l'Université d'Etat de l'Utah (Logan, USA), afin d'étudier l'influence de la nature et de la population des pièges électroniques sur les propriétés électriques des différentes céramiques. La technique de cathodoluminescence a été utilisée et a ainsi permis d'expliquer la différence de conductivité apparente entre les matériaux bruts, revêtus et recuits. Une nouvelle méthode de mesure de potentiel de charge sous irradiation continue (méthode REPA) a été mise au point puis validée. Des mécanismes de décharge partielle ont été identifiés en surface des échantillons recuits grâce au dispositif optimisé qui a été développé. Une étude de dégradation accélérée des matériaux a ensuite été réalisée en laboratoire dans le but de reproduire la détérioration observée en orbite sur le long terme. Il a été déterminé que la charge des matériaux revêtus et recuits s'amorce après avoir reçu une dose ionisante critique. Des caractérisations physico-chimiques ont donc été effectuées au CIRIMAT afin d'étudier l'évolution des propriétés structurales et chimiques des céramiques. Cette évolution a été corrélée à celle des propriétés électriques après détérioration sous irradiation électronique critique. Les mécanismes de contamination et de détérioration des dépôts de céramiques, responsables de leur vieillissement électrique, ont été mis en évidence. Enfin, ces caractérisations expérimentales approfondies ont servi de base au développement d'un modèle physique qui rend compte des différents mécanismes mis en jeu sur les céramiques et dépôts irradiés.

La maîtrise de l’énergie dans le secteur industriel et la réduction de sa consommation dans les bâtiments seront des éléments clés de la transition énergétique. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire d’utiliser, dans le premier cas, des matériaux ayant des caractéristiques thermiques adaptées à leur utilisation et, dans le second cas, des matériaux isolants ou même superisolants. Dans les deux cas, leur utilisation optimale nécessite une parfaite connaissance de leurs propriétés thermiques. Cet ouvrage est accessible à tous ceux qui ont besoin de mesurer les propriétés thermiques d’un matériau. L’objectif est de leur permettre de choisir la méthode de mesure la mieux adaptée au matériau à caractériser et de leur transmettre toutes les informations permettant de la mettre en oeuvre avec le maximum de précision. Cette deuxième édition présente de nouvelles méthodes de caractérisation thermique en conditions extrêmes (forte anisotropie, très haute température, superisolants) ainsi que des méthodes de caractérisation du transfert de masse, de la porosité et de la perméabilité.

Les matériaux thermoélectriques sont des matériaux capables de convertir l'énergie thermique en énergie électrique en exploitant l'effet Seebeck et vice-versa, en exploitant l'effet Peltier. Grâce à ces deux effets, il est possible de récupérer l'énergie perdue sous forme de chaleur dans la plupart des activités humaines (industrie, automobile,...) ou bien de produire du froid de manière efficace et silencieuse. Pour une efficacité optimale, il faut se tourner vers des matériaux qui possèdent simultanément une faible résistivité électrique, (rhô), une faible conductivité thermique (lambda) et un fort pouvoir thermoélectrique (ou coefficient Seebeck alpha). En d'autre termes, on peut monter que le facteur a optimiser est le facteur de mérite ZT = alpha2.T/rhô.lambda (une valeur de ZT de 1 est considérée comme élevée). Les verres de chalcogénures, grâce à leurs structures désordonnées, présentent naturellement un lambda bas mais sont trop résistifs (à l'opposé des matériaux thermoélectriques classiques dont on cherche à diminuer la conductivité thermique). Dans ce travail, deux stratégies ont été mises en places afin d'abaisser la résistivité électrique et d'augmenter ainsi les performances thermoélectriques des verres de chalcogénures. En nous focalisant sur les verres de tellurures, nous avons d'abord cherché à modifier leur composition et ajouter des éléments métalliques tels que Cu. La substitution de Te par Se dans le système Cu-As-Te a également permis d'augmenter la stabilité en température. Finalement pour des matériaux vitreux, un ZT maximum de l'ordre de 0,1 a été obtenu à 375K, pour le composé Cu30As10Te54Se6.La seconde solution consiste en une vitrocéramisation de ces verres : en profitant du mélange de matériau vitreux et de matériau cristallin, il est possible de tirer parti des propriétés de chacun (respectivement une conductivité thermique basse et un résistivité électrique basse) et d'augmenter le facteur ZT. En optimisant les vitrocéramiques de la composition Cu15As30Te55, nous avons pu obtenir un ZT proche de 0,2 à 375K. L'évolution des propriétés en fonction de la fraction cristalline et de la microstructure n'est toutefois pas facile à prédire, ce qui nous a également mené à la mise en place d'un modèle de transport dans les composites biphasés, donnant quelques indications sur les directions à suivre pour finalement améliorer ces matériaux davantage.

APRES UNE ANALYSE DES PRINCIPALES METHODES MISES A LA DISPOSITION DE L'EXPERIMENTATEUR POUR MESURER LES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DES MATERIAUX SOLIDES, ON MET AU POINT UN APPAREILLAGE PERMETTANT DE MESURER SIMULTANEMENT LA CONDUCTIVITE ET LA DIFFUSIVITE DES MATERIAUX GRANULAIRES. LE DEPOUILLEMENT GRAPHIQUE DU THERMOGRAMME EXPERIMENTAL REPOSE SUR LA DETERMINATION DE QUATRE TEMPERATURES ET DES TEMPS CORRESPONDANTS. ELABORATION D'UN MONTAGE POUR L'ETUDE DE LA DIFFUSIVITE DES MATERIAUX COHERENTS DE CONSTRUCTION. ON APPLIQUE UN RAYONNEMENT THERMIQUE A DENSITE DE FLUX CONSTANTE SUR L'UNE DES FACES DE L'ECHANTILLON. L'ANALYSE MATHEMATIQUE DU MODELE PENDANT ET APRES L'EXCITATION THERMIQUE PERMET LA CONSTITUTION D'ABAQUES