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Conception de matériaux à propriétés radiatives optimales

par Nathalie ROBERT - 29 novembre 2011

La maitrise de la consommation énergétique dans les domaines civils et industriels requiert de mettre en oeuvre des dispositifs intégrant des matériaux aux fonctionnalités de plus en plus optimisées.

Pour faire face à ce défi, les physico‐chimistes des matériaux ont développé des textures multi‐échelles dont le rôle exact sur les propriétés radiatives demeure un verrou scientifique important, l’enjeu étant de maitriser la quantité d’énergie rayonnée tant sur l’aspect spectral que sur l’aspect directionnel.

Cette problématique située entre science des matériaux et science des transferts radiatifs revient sur le plan physique à bien appréhender l’interaction entre les ondes électromagnétiques et la matière. Dans ce domaine, de nouvelles approches portées par la communauté des radiatistes français, mais menées séparément, apportent des perspectives originales. Ainsi, l’émergence de l’imagerie 3D (μ‐tomographie X, tomographie , résonnance magnétique nucléaire) a permis de prédire numériquement les propriétés radiatives de matériaux dotés d’hétérogénéités de dimension bien plus grande que la longueur d’onde incidente (EM2C, CETHIL, CEMHTI : mousses métalliques et céramiques, verre de silice poreux ). Grace à cela, il est aujourd’hui possible de concevoir de manière réaliste des matériaux dotés de pores ayant des propriétés radiatives fixées.

Par ailleurs, dans le domaine des nano‐échelles, les développements théoriques intégrant les ondes de surfaces aboutissent aujourd’hui à la détermination précise des propriétés radiatives (Institut P’, LTN : composites multicouches). L’utilisation d’algorithmes génétiques permet alors de concevoir des structures ayant, elles‐aussi, des réponses optiques voulues. Entre développements conceptuels, progrès permanents des moyens informatiques, et caractérisation 3D des matériaux, ce thème a pour objectif de mieux cerner les mécanismes physiques qui pilotent l’émission du rayonnement thermique notamment pour les échelles de longueur intermédiaires (0,1 à 10 μm) peu explorées.

Une fois la compréhension multi‐échelle acquise, il sera alors possible d’intervenir auprès des élaborateurs pour concevoir des matériaux complexes devant répondre à un cahier es charges radiatif fixé.