Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Revêtements à faible émissivité“

Dans le cadre du programme de recherche COCORACOPHA (COnduction COnvection Rayonnement COndensation Pour l’HAbitat), soutenu par le PIE2 du CNRS, une expérience de convection naturelle a été mise en place pour aider à la connaissance des écoulements et à la maîtrise des transferts thermiques aux grandes valeurs du nombre de Rayleigh, de l’ordre de 1,2 × 1011. Ceci doit se faire pour des écarts de température de l’ordre de la dizaine de degrés pour rester dans le cadre de l’hypothèse du fluide de Boussinesq et des applications aux habitacles. Il en résulte la réalisation d’une cavité remplie d’air (H = 3,84 m; L = 1m; l = 0,86 m). Deux parois verticales en vis-à-vis différentiellement chauffées sont maintenues à température constante grâce à des bains thermostatés, régulés avec précision. Les quatre autres faces sont constituées d’isolant thermique, pouvant être recouvert intérieurement d’un mince film de faible émissivité. La stratification thermique, dans le coeur notamment, est comparée à celles déjà obtenues dans des cavités de plus petites tailles et dans des cavités carrées (de rapport de forme vertical égal à 1). L’influence de l’émissivité des parois est examinée et une comparaison est effectuée avec les calculs numériques DNS-3D publiés par [Trias et al., 2010].

Dans le contexte industriel des revêtements à faible émissivité à base d'argent déposés par pulvérisation cathodique, ce travail visait à identifier, au travers de caractérisations structurales et topographiques, les contributions de la diffusion à l’interface et de la réflectivité aux joints de grain dans le transport électronique et la résistivité du film. En particulier, le rôle de la texture dans le plan, induite par la couche de nucléation de ZnO a été exploré dans des d'empilements modèles. Dans ce but, des revêtements polycristallins R&D caractérisés par un film d'argent seulement orienté préférentiellement le long de la direction hors plan (111) ont été comparés, avant et après recuit, à des films déposés sur des monocristaux de ZnO(0001) terminés Zn ou O (épitaxie hexagone/hexagone avec désaccord paramétrique de -11.5%), présentant une texture biaxiale claire avec des propriétés structurales et électriques exceptionnelles. Les caractérisations électriques ont été effectuées en température et analysées via des modèles de type Mayadas-Shatzkes. En accord avec les variations de leurs caractéristiques structurales et topographiques obtenues par XRD, AFM et TEM, les échantillons sur substrat de verre et monocristallins ont montré des propriétés de transport distinctes. L'amélioration de l'orientation des grains dans le plan et la diminution de leur densité ont permis de réduire la diffusion des électrons aux joints des grains, alors qu’aucune relation claire entre résistivité et rugosités d’interface n’a pu être établie. Cependant la contribution de résistivité de l'interface a pu être réduite par traitement thermique. Ainsi, des valeurs de résistivité record, jusqu'à 30% inférieures aux références industrielles, ont été atteintes
In the industrial context of sputtered low-emissive silver-based coatings, this work aimed at identifying, through structural and topographical characterizations, the contributions of interface scattering and grain boundary reflectivity in the electron transport and film resistivity. In particular, the impact of the in-plane texture induced by the ZnO seed layer was explored with simplified model stacks. For this purpose, R&D polycrystalline coatings, characterized by a silver film only preferentially oriented along the (111) out-of-plane direction, were compared, before and after annealing, to films in hexagon/hexagon epitaxy (lattice mismatch -11.5%) on ZnO(0001) single crystals (Zn- or O-terminated) presenting a clear biaxial-texture with outstanding structural and electrical properties. Resistivity characterizations were carried out in temperature and analyzed via models of Mayadas-Shatzkes type. In line with the variations of their structural and topographical characteristics, determined through XRD, AFM and TEM, glass-based and single crystal-based samples presented distinct transport properties. Improvements in the in-plane grain orientation and decrease of grain density proved to help reducing the electron-grain boundary scattering, while no clear-cut correlation between interface roughnesses and resistivity could be established whatever the analysis model. Nonetheless, interface contribution could be lowered through post-deposition thermal treatment. World record resistivities values, up to 30% lower than the industrial products, were reached for single crystal-based samples

Les nickelates de terres rares de formule générale Ln2NiO4+δ (Ln = La, Pr, ou Nd) suscitent un fort intérêt, aussi bien au niveau théorique qu’au niveau expérimental, en raison notamment de leur propriétés thermo-radiatives exceptionnelles de type corps noir. De nombreux industriels s’intéressent ainsi aux émetteurs thermiques par émission infrarouge, afin de remplacer le procédé de chauffage classique par convection. Le pouvoir émissif de ces matériaux est intimement lié à leurs propriétés intrinsèques et extrinsèques. Les propriétés intrinsèques d’un matériau correspondent à sa composition chimique, son épaisseur, et ses indices optiques, tandis que les propriétés extrinsèques dépendent plutôt de sa texture (rugosité, porosité, taille de grains et de pores, joints de grain, etc.), et la présence éventuelle d’impuretés. Des revêtements de Pr2NiO4+δ ont été déposés sur substrats polycristallins et monocristallins par pulvérisation cathodique magnétron radiofréquence, combiné avec un traitement thermique approprié à 1100◦C. L’analyse par diffraction des rayons X a révélé la composition biphasique des revêtements, avec la présence d’une surstoechiométrie en oxygène. La morphologie des surfaces a été étudiée par MEB, AFM et profilométrie, révélant l’aspect rugueux et poreux des couches déposées. Les propriétés thermo-radiatives ont été étudiées par spectroscopie infrarouge. L’émissivité spectrale normale a été mesurée de 300 K jusqu’à 1400 K, confirmant les fortes propriétés d’émissivité des revêtements de Pr2NiO4+δ , même pour une faible épaisseur de 1,5 μm. Dans le moyen infrarouge, une émissivité totale de 0,87 a été obtenue pour une épaisseur de 2,8 μm
Rare earth nickelate oxides Ln2NiO4+δ (Ln = La, Pr, and Nd) have attracted considerable interest for both theoretical and experimental studies especially due to their pseudo-high black body behavior. Advanced industry takes a particular interest in applications based on infrared radiation heater, which tend to replace the classical heating convection. Thermal radiative properties of materials are intimately related to their intrinsic and extrinsic characteristics. Intrinsic properties concern chemical composition, thickness layer and complex refractive index, while extrinsic properties refer to the texture (roughness, porosity, grain and pore sizes and grain boundaries) and the presence of impurities. Pr2NiO4+δ coatings have been obtained on both polycrystalline and monocrystalline substrates by combining RF magnetron co-sputtering with an appropriate heat treatment at 1100◦C. X-ray diffraction spectroscopy analysis revealed a biphasic Pr2NiO4+δ compound, with an oxygen over-stoichiometry. The surface analysis was probed by SEM, AFM and profilometry, and showed a rough and porous granular aspect for all the deposited layers. Thermal radiative properties were studied by infrared optical spectroscopy. The normal spectral emissivity from 300 K up to 1400 K confirmed the high emissive properties of the Pr2NiO4+δ coatings, even for thicknesses down to 1,5 μm. A total normal emissivity of 0,87 in the mid-infrared range is obtained for the 2,8 μm coating thickness

Une nouvelle méthode d'analyse par diffraction des rayons X (DRX) en incidence rasante, notée sin2ψ*, a été développée pour répondre à la demande d'analyse du niveau et la distribution des contraintes résiduelles (CR) dans un revêtement. La méthode est basée sur la technique de DRX en faible incidence et elle tient compte des orientations cristallines et de la géométrie de mesure (l'angle d'incidence, les angles ψ et de l'épaisseur de couche à analyser) afin de connaître la profondeur de pénétration exacte du faisceau incident. Par cette méthode, on peut non seulement évaluer le niveau moyen des CR dans le revêtement, mais également déterminer le gradient et la distribution en variant l'angle d'incidence pour différentes profondeurs de pénétration voulues. Les incertitudes de mesure ont été ensuite évaluées, et l'influence de la rugosité de surface a été étudiée avec des éprouvettes sous sollicitation mécanique connue. Un modèle analytique a été établi pour la correction de l'influence de la rugosité sur la détermination des CR. Par ailleurs, une éprouvette en alliage base nickel rectifiée avec un fort gradient de contrainte résiduelle a été étudiée en appliquant notre méthode sin2ψ* pour évaluer la sensibilité de la méthode développée. Deux séries d'échantillons de revêtements (Cuivre sur substrat Ni élaboré par le procédé PVD, et Tantale biphasé sur substrat Ti élaboré par le procédé CVD) ont été étudiées avec la nouvelle méthode d'étude afin d'analyser la distribution des CR. La comparaison des résultats avec deux autres méthodes a montré que cette nouvelle méthode d'évaluation par DRX en faible incidence est fiable et facile à utiliser pour déterminer le niveau et la distribution des CR
A new Pseudo-Grazing Incident X-Ray Diffraction (Pseudo-GIXRD) method for experimental stress analysis, noticed sin2ψ*, was developed to analyze the residual stress (RS) gradient in coatings. This method takes into account the crystalline orientations, the geometry of measurement (the incidence angle, the tilt angles ψ and the thickness of analyzed layer) in order to know the exact depth of penetration. By this method, we can not only evaluate the average level of the RS in coatings, but also determine the gradient and their distribution by varying the incident angles for various desired penetration depths. Uncertainties of measurement were then evaluated and the influence of the surface roughness was studied with some samples loaded by known mechanical traction. An analytical model was established for the correction of the roughness influence on RS determination. In addition, a machined sample of Nickel based alloy with strong RS gradient was studied by applying our sin2ψ* method to evaluate the sensitivity of this method. Two series of thin film (Cu on the substrate of Ni with a phase obtained by PVD and Tantalum on the substrate of Ti with two phases α and β obtained by CVD) were applied by the new method to study the distribution of RS in these near surface layers. The comparison of the results obtained with those by two other methods showed that this new Pseudo-GIXRD method is reliable and easy to be used to determine the level and the distribution of RS

Les revêtements économiques représentent des solutions avantageuses, principalement au niveau fonctionnel, pour les routes locales et les routes d’accès aux ressources. Cependant, il existe peu d’outils pour quantifier leurs effets afin d’appuyer les décisions techniques des gestionnaires. L'objectif du projet est de déterminer qualitativement et quantitativement l'avantage socio-économique de la pose d'un revêtement économique sur une chaussée non revêtue. Les chaussées en question sont les routes à faibles volumes, qui représentent plus des trois quarts du réseau routier canadien. Trois types de revêtements économiques sont étudiés : traitement de surface, enrobé coulé à chaux et microrevêtement. L’augmentation de la rigidité octroyée par l’imperméabilisation de la fondation ainsi que la cohésion de surface est déterminée à la suite de cette étude. La rigidité des fondations est mesurée grâce à des essais in situ réalisés avec le pénétromètre dynamique sous différentes conditions hydriques. Ainsi un allongement relatif de durée de vie est quantifié grâce à une modélisation des déformations par éléments finis avec le logiciel Géostudio couplée avec une méthode de prédiction analyste empirique d’endommagement. Une analyse de ces résultats permet de conclure que la mise en place d’un enrobé économique à base d’émulsion bitumineuse, de 20 millimètres d’épaisseur, permet la diminution de la teneur en eau dans la fondation d’au moins 30% et permet l’augmentation de la durée de vie de la chaussée de 58 % à 75 % selon le type de charge. Une comparaison des coûts de cycle de vie est alors réalisée entre une chaussée revêtue de traitement de surface(couche de granulats enrobéesd’émulsion bitumineuse) et une chaussée non revêtue en utilisant des scénarios d’entretien réalistes et cohérents avec le contexte québécois. En prenant en compte les coûts de construction, d’entretien et d’utilisation de ces chaussées : il est démontré que la mise en œuvre d’un revêtementse traduit par un gain financier. Ce gain dépend de beaucoup de paramètres qui sont détaillés. Dans ce contexted’une vaste province comme le Québec où les ressources sont éloignées, la course au développement impose des techniques efficaces et économiquement viablespour augmenter la mobilité des ressources humaines et matérielles. Cette étude montre que certains revêtements minces permettent d’assurer une rigidité structurelle aux chaussées, allongeant ainsi leur durée de vie tout en diminuant les coûts qui leur sont associés.
Economic pavements represent advantageous solutions, especially at the functional level, for local roads and access roads to resources. However, there are few tools to quantify their effects in order to support the technical decisions of managers.The project’s objective is to determine qualitatively and quantitatively the socio-economic advantages of laying an economic pavement on an unpaved roadway. Roads in question are low-volume roads, which represent more than three quarters of Canada’s road network. Three types of economic coatings are studied: chip seal, hot mix asphalt and microsurfacing. The increase of the rigidity granted by the waterproofing of the foundation as well as the surface cohesion is determined as a result of this study. The rigidity of the foundations is measured by in situ tests carried out with the dynamic cone penetrometer under different water conditions. Thus, a relative elongation of a lifetime is quantified by finite element deformation modelling with GeoStudio software coupled with an empirical prediction analyst of damage method. An analysis of these results makes it possible to conclude that the implementation of a bitumen emulsion based economic coating, 20 millimetres thick, allows the reduction of the water content in the foundation by at least 30% and increases the service life of the road from 58% to 75% depending on the type of load. A comparison of life-cycle costs is thus made between a pavement with a chip seal (layer of aggregates coated with bituminous emulsion) and an unpaved surface using realistic maintenance scenarios that are consistent with the Quebec context. Considering the construction’s costs, maintenance and use of these pavements: it is demonstrated that the implementation of a coating results in a financial gain. This gain depends on many parameters that are detailed. In this context of a large Quebec province where resources are far away, the race for development imposes effective and economically viable techniques to increase the mobility of human and material resources. This study shows that certainthin coatings make it possible to ensure structural stiffness of pavements, thus prolonging their service life while reducing the associated costs.

L'orniérage, dû aux déformations permanentes des matériaux non traités (assise en grave non traitée) est l'un des principaux modes de dégradations des chaussées souples. La méthode de dimensionnement des chaussées souples reste empirique. Cette méthode ne caractérise pas le comportement inélastique de ces matériaux (elle fixe implicitement un comportement élastique linéaire des couches constituant la chaussée), et ne prédit pas les déformations permanentes sous un grand nombre de cycles de chargements. Une méthode d'analyse limite pour la prédiction des déformations permanentes des graves non traitées soumises à un chargement cyclique a été développé et présenté dans le cadre de ce travail. Cette méthode, basée sur le concept de l'état limite (shakedown theory), est développée par Zarka (1979) pour les structures métalliques soumises à un chargement cyclique. L'état de contrainte initiale, la teneur en eau et l'anisotropie initiale des graves non traitées sont prises en compte dans la méthode proposée. Une procédure, basée sur les résultats d'essais triaxiaux à chargements répétés, a été développée pour la détermination des paramètres du modèle proposé. Les résultats de modélisation éléments finis du comportement à long terme d'une structure de chaussée obtenus avec le modèle sont présentés et comparés aux résultats issus de l'expérience du manège de fatigue au LCPC
Rutting, due to permanent deformations of unbound materials, is one of the principal damage modes for low traffic pavements. The flexible pavement design methods remain empirical. These mechanistic methods do not characterize the inelastic behaviour of these materials (only linear elasticity is used as mechanical model) and do not predict the rutting under large loading cycles number. A simplified method, based on the concept of the shakedown theory developed by Zarka for metallic structures under cyclic loadings, to estimate the permanent deformations of unbound granular materials (UGM) subjected to traffic loading has been developed and presented in the framework of this study. The mechanical initial states of granular layers are taken into account with an anisotropic hyperelastic model and the calculation of the rut depth evolution with time is carried out. Based on repeated loading triaxial tests, a general procedure has been developed for the determination of the material parameters of the constitutive model. The results of a finite elements modelling of the long-term behaviour of a flexible pavement with the simplified method are presented and compared with the results of the LCPC full scale pavement experiment

La production de l’huile de palme génère plusieurs déchets dont les coques de noix de palmistes (CNP). Face à l’épuisement des ressources naturelles, utilisables en technique routière, la valorisation des déchets agricoles comme les coques de noix de palmiste constitue une solution alternative d’avenir pour les pays producteurs du palmier à huile. Cette thèse étudie l’utilisation des coques de noix de palmiste comme agrégat grossier dans la formulation des composites, proposables comme matériaux de couches d’assises des chaussées à faible trafic. La première partie du manuscrit traite de l’élaboration des mélanges des coques de noix de palmiste et de la terre de barre (terre latéritique abondante dans le sud du Bénin) pour une utilisation en couche de fondation. Les proportions volumiques de chaque composite sont déterminées par la loi parabolique de Fuller-Thompson. Au laboratoire, les essais géotechniques sur le sol latéritique et sur les composites ont montré que l’ajout de 61% des CNP à la terre de barre augmente l’indice CBR de 76% à 95% de l’optimum Proctor Modifié. L’ajout de 15% de sable lagunaire dans la formulation a permis de réduire la plasticité de 29%. Ainsi, le composite (39 % de sol latéritique + 61 % de CNP) avec un indice CBR égal à 30 et le composite (45 % de sol latéritique, 40 % de CNP et 15 % de sable de lagune) avec un indice CBR égal à 41 sont utilisables en couche de fondation des routes à faible trafic. La deuxième partie est consacrée au remplacement dans un béton bitumineux semi grenu 0/10 utilisable en couche de roulement des gros granulats classiques par les coques de noix de palmiste. Les différentes compositions granulaires sont obtenues par le modèle d’empilement compressible de De Larrard. La tenue à l’eau, étudiée à travers l’essai de Duriez montre que les CNP peuvent remplacer les granulats grossiers dans les enrobés des chaussées à faible trafic. La valorisation des coques de noix de palmistes en technique routière, constitue une grosse solution technico- économique dans le désenclavement des milieux ruraux des pays tropicaux et surtout pour le transport des produits des zones de production vers celles de transformation et de consommation
The production of palm oil generates several wastes including palm kernel shells (PKS). Facing the depletion of natural resources that can be used in pavement construction, the recovery of agricultural waste such as palm kernel shells is an alternative solution for the future for oil palm producing countries. This thesis studies the use of palm kernel shells as coarse aggregate in the formulation of composites materials. The latter can be used as subbase course materials for low-traffic pavements. The first part of the manuscript deals with the production of mixtures of palm kernel shells and lateritic soil (lateritic soil abundant in the south of Benin) for use as a foundation layer. Parabolic law of Fuller-Thompson is utilized to determine the volume proportions of each composite. In the laboratory, geotechnical experiments on lateritic soil and on composites have shown that the addition of 61% PKS increases the CBR index from 76% to 95% of the Modified Proctor optimum. The addition of 15% lagoon sand in the formulation decreases the plasticity by 29%. Thus, the composites with a CBR index of 30 (39% lateritic soil + 61% PKS) and 41 (45% lateritic soil, 40% PKS and 15% lagoon sand) can be used in the foundation layer for low traffic roads. The second part focuses on the substitution of the traditional coarse aggregates by palm kernel shells in a semi-grained bituminous concrete 0/10. This type of asphalt is usable in surface wearing course. The different granular compositions are obtained by the compressible stacking model of De Larrard. The moisture resistance, studied through the Duriez test, shows that PKS can be a good alternative of coarse aggregates in lightly trafficked pavement mixes. The valorization of palm kernel shells in transportation technology is a major technical and economical solution to provide a better access to the rural areas in tropical countries. Especially, it can be useful for the transport of products from production areas to those of processing and consumption

Une nouvelle méthode d'analyse par diffraction des rayons X (DRX) en incidence rasante, notée sin2 *, a été développée pour répondre à la demande d'analyse du niveau et la distribution des contraintes résiduelles (CR) dans un revêtement. La méthode est basée sur la technique de DRX en faible incidence et elle tient compte des orientations cristallines et de la géométrie de mesure (l'angle d'incidence, les angles et de l'épaisseur de couche à analyser) afin de connaître la profondeur de pénétration exacte du faisceau incident. Par cette méthode, on peut non seulement évaluer le niveau moyen des CR dans le revêtement, mais également déterminer le gradient et la distribution en variant l'angle d'incidence pour différentes profondeurs de pénétration voulues. Les incertitudes de mesure ont été ensuite évaluées, et l'influence de la rugosité de surface a été étudiée avec des éprouvettes sous sollicitation mécanique connue. Un modèle analytique a été établi pour la correction de l'influence de la rugosité sur la détermination des CR. Par ailleurs, une éprouvette en alliage base nickel rectifiée avec un fort gradient de contrainte résiduelle a été étudiée en appliquant notre méthode sin2 * pour évaluer la sensibilité de la méthode développée. Deux séries d'échantillons de revêtements (Cuivre sur substrat Ni élaboré par le procédé PVD, et Tantale biphasé sur substrat Ti élaboré par le procédé CVD) ont été étudiées avec la nouvelle méthode d'étude afin d'analyser la distribution des CR. La comparaison des résultats avec deux autres méthodes a montré que cette nouvelle méthode d'évaluation par DRX en faible incidence est fiable et facile à utiliser pour déterminer le niveau et la distribution des CR.