Note publique d'information : L'Agence De l'Environnement Et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME) a financé cette
étude afin de déterminer les potentialités des nickelates de terres rares en tant
que matériaux thermochrome pour l'enveloppe du bâtiment. L'objectif est la filtration
du rayonnement infrarouge du spectre solaire pour la sauvegarde et la maîtrise de
l'énergie. Les systèmes verriers à propriétés variables offrent la possibilité de
gérer les apports solaires, de manière à limiter les antagonismes entre le confort
d'été (qui implique de limiter les apports solaires) et l'efficacité énergétique de
l'enveloppe en hiver (qui implique de favoriser les apports solaires). Les recherches
se cantonnent sur l'oxyde de vanadium dont les propriétés d'opacités sont performantes.
Cependant, sa température de transition métal-isolant (TMI) de 65ʿC est difficilement
modulable et reste trop élevée. C'est dans ce contexte que les nickelates de terre
rares RNiO3 à TMI variable représentent une alternative intéressante. Le travail
a porté sur l'étude de solutions solides de nickelates. A l'issue d'une étude bibliographique
et des travaux effectués au Laboratoire de Physique de l'Etat Condensé (thèse M. Zaghrioui),
nous avons choisi les compositions SmxNd1-xNiO3 et EuxNd1-xNiO3 dont les TMI peuvent
être ajustées à la température ambiante. Nous avons cherché à optimiser le procédé
de fabrication de ces solutions solides sous forme de couches minces déposées principalement
sur silicium. La synthèse de solutions solides Eu NdxNiO3, Sm1-xNdxNiO3 possédant
des facteurs de tolérances différents (mais identiques d'une solution solide à une
autre) a été réussi en reprenant les conditions de dépôt de NdNiO3 et après optimisation
du recuit. Les techniques de caractérisation telles que la diffraction X et la mesure
de résistivité 4 pointes ont permis de mettre en évidence la qualités des films. Les
propriétés électriques montrent une amplitude de 5 ordres de grandeur de la résistivité
et une modulation de la température de transition. Les compositions Sm0,38Nd0,62NiO3
et Eu0,3Nd0,7NiO3 transitent à température ambiante et on enregistre une diminution
voir une disparition de l'hystérésis pour de fort taux de substitution du néodyme.
Lors de la recherche de conditions de synthèses plus favorable à la formation du composé,
nous avons synthétisé des perovskites Sm1-xNdxNiO3 0<x<1 lors de la phase de pulvérisation.
Ces perovskites sont déficitaires en oxygène et ne possèdent pas de transitions métal-isolant.
Ces travaux, nous ont permis d'aborder les mesures en optiques. Celles-ci sont caractérisées
par l'absence d'effet thermochrome avant 2 mm. La modulation du rayonnement n'est
maximum qu'à partir de 8 mm. A 11 mm, on relève sur l'ensemble des solution solides
un contraste moyen en transmittance de 58,8 % et un contraste moyen de réflectance
de 24,3 %. A facteur de tolérance identique, le contraste semble indépendant des terres
rares et serait lié à la qualité de la synthèse. La modification de paramètres tels
que l'épaisseur des films et l'utilisation d'un substrat de mica ne fait qu'atténuer
le contraste optique. La substitution sur le site de la terre rare ne modifie pas
le spectre semiconducteur. L'absence d'effet thermochrome entre 0,78 et 2 mm est problématique
si on envisage de filtrer le spectre solaire. Pour générer un contraste optique en
fonction de la température dans le PIR, le site du nickel a été dopé avec du cobalt
et du fer. On obtient une transition à l'ambiante (TMI(ii)=20ʿC) pour la solution
solide Sm0,54Nd0,46Ni0,96Co0,04O3. Cependant, le dopage ne permet pas de déplacer
le gap optique vers 0,78 mm. L'effet conjugué de la substitution sur le site du nickel
et le site du néodyme entraîne une dégradation des propriétés optiques et une chute
du contraste optique. Une solution consisterait à substituer le terre rare par un
élément de valence 4, comme Th4+. Le dopage en électron pourrait déplacer la fréquence
plasma vers le visible et permettre un effet thermochrome dans le PIR. Quoi qu'il
en soit, l'application à l'enveloppe du bâtiment n'est pas envisageable mais les résultats
montrent un fort potentiel des nickelates de terres rares dans le domaine de la détection
infrarouge. La modulation des propriétés optiques autour de 10 mm et l'aisance avec
laquelle il est possible de fixer la température de transition permettent d'envisager
une application dans le domaine de la furtivité, notamment, l'adaptation des variations
thermiques d'une cible par rapport au fond ambiant.
paprika.idref.fr
data.idref.fr
Documentation
