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Lahiner, Guillaume. Etude théorique du vieillissement des nanolaminés Al/CuO

Lahiner, Guillaume (2021). Etude théorique du vieillissement des nanolaminés Al/CuO.

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Résumé en francais

Les thermites permettent, une fois initiées, de générer une grande quantité d'énergie chimique, stockée dans des structures métastables dans lesquelles coexistent des un oxydant (typiquement un oxyde métallique) et un réducteur (typiquement l'aluminium). Les thermites nanolaminés, empilements successifs de couches d'oxydant et de réducteur, offrent une architecture hautement contrôlable et ont été incorporées à une variété de dispositifs micro-pyrotechniques couramment utilisés dans les systèmes micro-electromécaniques (micro-electromechanical systems - MEMS) afin de produire des pyroMEMS. Au cours des deux dernières décennies, les nanolaminés Al/CuO ont particulièrement attiré l'attention en raison de leur réactivité élevée et de leur capacité à générer du gaz. Cependant, malgré les nombreux travaux dédiés aux nanothermites durant cette période, la littérature spécifiquement consacrée aux problèmes de vieillissement est rare et concerne exclusivement les nanothermites sous forme de poudres. Dans ce contexte, le LAAS-CNRS et le CEA ont étudiés le vieillissement des nanolaminés Al/CuO, et ce en réalisant des images in silico des modifications structurelles responsables des altérations de performances observées lorsque les nanolaminés sont sujets à un stockage sur le long terme à température ambiante et après recuit. Concrètement, dans cette thèse, différentes types structures nanolaminés Al/CuO sont considérées, et leur vieillissement analysé, particulièrement en termes d'évolution de l'épaisseur des interfaces et de consommation du réservoir énergétique. Cet effet du vieillissement (vieillissement thermique) sur le délai d'initiation et les performances de combustion de diverses structures est étudié. En complément des simulations, des nanolaminés Al/CuO ont été produits, et certains ont été recuits tels que prescrit par le modèle de vieillissement proposé afin de valider les prédictions théoriques. Ce travail a permis pour la première fois, d'éclaircir la cinétique de l'évolution des couches de réactifs et produits (incluant Al, CuO, Cu2O, Al2O3) de nanolaminés Al/CuO recuits à relativement basses températures (ambiante à 500 °C). Il s'agit d'un progrès important pour la communauté des thermites, non seulement grâce aux données collectées sur le vieillissement des nanolaminés Al/CuO, mais également car il propose une méthodologie pouvant être appliquée à d'autres types de thermites.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Estève, Alain
Rossi, Carole
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Nanothermite - Nanolaminés réactifs - Al/CuO - Modélisation de la combustion - Modélisation du vieillissement
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :31 Mar 2022 13:00