Soutenance de Thèse : Hiba HAISSOUNE (Direction de thèse Laboratoire MATEIS)

"Etude de l'effet élastocalorique dans le caoutchouc naturel pour les systèmes de réfrigeration solides "

08/04/2022/2022 - 10h00 - Amphi AE2 - Bâtiment Gustave Ferrié de l’INSA Lyon  (possible Visioconférence)

Laboratoire INSA : LGEF

Ecole doctorale : ED34 Matériaux de Lyon
Résumé  

Le  caoutchouc  naturel  (NR)  est  un  matériau  élastocalorique  (eC)  dont  la  température  peut varier significativement sous l’effet d’une sollicitation mécanique dynamique à des élongations (λ) élevées. Son potentiel élastocalorique  important et sa résistance  à la fatigue en font un candidat idéal pour développer des systèmes de réfrigération solide. Deux phénomènes sont à l'origine  de  ses  performances  eC:  l’orientation/désorientation  des  macromolécules  et  la cristallisation/fusion, induites par l’élongation/rétraction du matériau. Pour mieux comprendre les paramètres qui régissent cette réponse eC du NR, il était primordial d'étudier d’abord sa cinétique de cristallisation sous  déformation (SIC) via des mesures thermiques, mécaniques et  par  WAXD  in-situ.  Le  couplage  de  ces  techniques  a  montré  que  la  chaleur  générée majoritairement  par  la  cristallisation  retarde  sa  propre  cinétique.  Ensuite,  afin  d’évaluer l’impact de cette SIC sur les réponses thermiques et mécaniques du NR dans des conditions proches  de  celles  du  fonctionnement  d’un  système  eC,  ce  matériau  a  subi  deux  types  de sollicitations  cycliques  (créneaux/triangulaires)  à  4≤λ≤6.  La  principale  différence  entre  ces dernières  est  qu’en  créneau,  la  cristallisation  a  lieu  majoritairement  après  la  charge adiabatique tandis qu’en triangulaire, elle se fait pendant la déformation. Pour f≤0.01Hz, cette différence  de  comportement  implique  l’apparition  d’une  hystérèse  mécanique  trois  fois  plus importante  en  créneau  qu’en  triangulaire  pour  une  même  quantité  de  chaleur  pouvant  être échangée  (Qtotale),  réduisant  ainsi  l’efficacité  eC  du  matériau.  Pour  0.01Hz≤f≤0.5Hz,  cette chaleur  est  certes  plus  faible  en  triangulaire,  cependant,  cette  sollicitation  reste  plus avantageuse d’un point de vue énergétique grâce à ses faibles pertes mécaniques. Enfin, une comparaison des performances eC (Qtotale et coefficient de performance COP) de différents échantillons de polyisoprène sous déformation triangulaire montre que le NR non-réticulé et le Caoutchouc Synthétique sont moins performants d’un point de vue eC. Le premier, à cause de sa grande déformation rémanente et le deuxième, car son Qtotale est très faible. L’échantillon NR  réticulé  au  soufre  avec  une  densité  de  chaînes  actives  proche  de  1.5x10-4mol/cm3 présente quant à lui l’effet eC le plus important (Qtotale≈11MJ/m3 et COP≈30).