Electrical Properties of a CeO 2

The electrical conduction of a series of polycristalline [(1−x)CeO2⋅x/2Bi2O3] samples has been analyzed using electrical impedance spectroscopy, in the temperature range 25 to 750∘C. Samples have been prepared via a coprecipitation route followed by a pyrolysis process at 600∘C. For compositions x≤0.20, Ce1−xBixO2−x/2 solid solutions, with fluorite cubic structure, are obtained. In the composition range 0.30≤x≤1, the system is biphasic with coexistence of cubic and tetragonal structures. To interpret the Nyquist representations of electrical analyses, various impedance models including constant phase elements and Warburg impedances have been used. In the biphasic range (0.30≤x≤0.7), the conductivity variation might be related to the increasing fraction of two tetragonal β′ and β-Bi2O3 phases. The stabilization of the tetragonal phase coexisting with substituted ceria close to composition x=0.7 is associated with a high conduction of the mix system CeO2-Bi2O3

Synthèse et caractérisation de matériaux composites à base de sulfate de calcium destinés à la protection incendie

La mise en place de nouvelles normes, de plus en plus contraignantes, est un défi pour l élaboration de nouveaux matériaux résistants à haute température. Le premier objectif de l étude est de mettre au point un panneau coupe-feu 2h à base de plâtre. Il devra présenter à la fois de bonnes qualités d isolant thermique et des propriétés mécaniques suffisantes pour maintenir l intégrité d un ouvrage d art. Le second objectif est de comprendre, d une part, l influence de divers paramètres sur le phénomène de prise du plâtre et d autre part, de déterminer les propriétés thermomécaniques du composite. Ce type de matériau est obtenu par l association d eau, d une matrice céramique composée essentiellement de sulfate de calcium dihydraté et de charges utilisées en tant que renforts thermiques et/ou mécaniques.Dans une première partie, l étude porte essentiellement sur la matrice pour laquelle une granulométrie permettant d optimiser les propriétés mécaniques est déterminée. La matrice est ensuite caractérisée chimiquement. Une étude par calorimétrie isotherme de la réaction d hydratation du sulfate de calcium semihydraté (plâtre) est réalisée afin de comprendre le mécanisme de prise du plâtre et de maîtriser les temps de prise. Pour cela, on étudie l influence de la taille des grains, de la quantité d eau, de la composition chimique du plâtre et de la présence ou non d adjuvants sur la cinétique d hydratation du plâtre.Dans une seconde partie, les renforts nécessaires à l élaboration du composite sont sélectionnés. Les relations entre les quantités de charges et les propriétés thermomécaniques (conductivité thermique, module d Young, dureté Shore C) du système sont étudiées. Ainsi, une modélisation du comportement du composite sous sollicitations thermique et mécanique est proposée. Cette étude a permis de définir une formulation de panneau présentant de très bonnes propriétés thermiques et des propriétés mécaniques suffisantes pour assurer l intégrité d un ouvrage d art en cas d incendie. La formulation mise au point a fait l objet d un dépôt de brevet (n BIP207506FR00 en décembre 2010). Cette formulation est actuellement commercialisée par la société EXTHA sous forme de plaques.The increase of prevention and the introduction of more and more restrictive standards are challenges for the development of new materials resistant to high temperatures. The aim of the study is to develop a fire panel with both good properties of thermal insulator (low thermal conductivity, fumes tightness) and mechanical properties sufficient to maintain a structure integrity in case of fire.That kind of material is composed of an inorganic matrix mainly composed of calcium sulfate dihydrate and of additives used as thermal and mechanical reinforcements. The first part of the study is focused on the matrix, especially on the determination of a particle size distribution for which the mechanical properties are optimized. Then, the matrix is chemically characterized. A study by isothermal calorimetry of the hydration reaction of the calcium sulfate hemihydrate (plaster) is conducted to understand the mechanism of hydration and to control setting times. For this, the influence of the grain size, of the quantity of water, of the chemical composition of plaster, of additives on the kinetics of hydration of the plaster is studied. The second part of this work resumes the different steps of the selection of additives. After that, the relation between the microstructure and thermo - mechanicals properties (thermal conductivity, Young modulus, Shore C hardness) of the system is studied.This study has permitted to establish a panel formulation having very good thermal and mechanical properties to ensure building integrity in case of fire. The formulation has been patented in December 2010 (No BIP207506FR00) and it is currently marketed as panels by Extha.TOULON-Bibliotheque electronique (830629901) / SudocSudocFranceF

Définition, modélisation et validation expérimentale d'une capacité de stockage thermique par chaleur latente adaptée à une centrale thermodynamique solaire à basse température

Ce travail est effectué dans le cadre d'une thèse Conventions Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE) entre l entreprise Sophia Antipolis Énergie Développement (SAED) à Valbonne et l'Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) CNRS Université du Sud Toulon-Var.L objectif de cette collaboration est l évaluation du potentiel technico-économique de divers matériaux pour le stockage de l énergie thermique par chaleur latente, adapté aux niveaux de température des capteurs solaires développés par SAED. En effet, le stockage de l énergie est un des principaux verrous technologiques reconnus pour les procédés ayant recours à des énergies renouvelables intermittentes et en particulier pour les centrales héliothermodynamiques.Après une introduction sur le potentiel et l intérêt des centrales solaires thermodynamiques à basse température, un bref état de l art des principaux types de stockage de l énergie est présenté. Le deuxième chapitre aborde plus en détail le principe du stockage thermique par chaleur latente et recense une centaine de matériaux sélectionnés dans la littérature pour leur changement de phase dans la gamme de température 70 - 140C. Les critères de sélection retenus y sont exposés.Des analyses thermiques par calorimétrie différentielle à balayage sont effectuées de façon systématique sur les différents Matériaux à Changement de Phase (MCP) sélectionnés. Les résultats de ces mesures, présentés dans le chapitre III, caractérisent avec précision le comportement de ces matériaux au chauffage. La transformation au refroidissement est étudiée au moyen d un dispositif conçu spécifiquement pour représenter au mieux les conditions imposées dans une enceinte industrielle. Cette étude, présentée dans le chapitre IV, permet d affiner la sélection des MCP pour ne garder que ceux dont la réversibilité du changement d état est compatible avec une utilisation industrielle en tant que milieu de stockage de l énergie thermique. Les chapitres V et VI permettent d étudier plus en détails les spécificités de deux types de MCP que sont les polyols et les mélanges eutectiques de nitrates.Le dernier chapitre est consacré à la modélisation des échanges thermiques au sein d une cuve de stockage contenant un MCP encapsulé. L objectif est de disposer d un outil de prédiction des performances d une unité de stockage par chaleur latente, afin d analyser l influence des différentes solutions envisagées sur le productible d une centrale thermodynamique solaire et leur impact sur le coût du kWh électrique produit.This work of thesis is done within the framework of industrial agreements research training, between the company Sophia Antipolis Energie Développement (SAED) in Valbonne, and the Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) CNRS University Sud Toulon-Var.The aim of this collaboration is to investigate the technical and economic potential of various materials for thermal energy storage by latent heat, suitable for temperature levels of the solar collectors developed by SAED. Indeed, energy storage is a major technological barrier to the process resorting to intermittent renewable energies and especially for thermodynamic solar power plants.After an introduction on the potential and interest of solar power plants working at low temperature, a brief state of art of the main types of energy storage is presented. The second chapter addresses in detail the principle of thermal storage by latent heat and identifies a hundred of selected materials from the literature for phase change in the temperature range 343 - 413 K. The selection criteria are exposed.Thermal analyses by differential scanning calorimetry are carried out systematically on the various selected Phase Change Materials (PCMs). The results of these measurements, presented in chapter III, accurately characterize the material behavior when heated. The transformation on cooling is studied using a device specifically designed in order to be more representative of conditions found in an industrial enclosure. This study, presented in chapter IV, allows refining the selection of PCMs retaining only those whose phase change reversibility is compatible with an industrial use as medium for thermal energy storage. Chapters V and VI are used to study in further detail the specifics of two types of MCP, respectively polyols and eutectic mixtures of nitrates.Final chapter deals with the modeling of heat transfer into a storage tank containing encapsulated PCM. The aim is to provide a tool for predicting the performance of a latent heat storage unit, in order to analyze the influence of different options on the solar power plant energy yield and their impact on the kWh cost.TOULON-Bibliotheque electronique (830629901) / SudocSudocFranceF

Phosphate sludge-based ceramics: Microstructure and effects of processing factors

International audienceThe potential use of clay amended phosphate sludge in lightweight aggregates manufacturing was assessed. For this purpose, the microstructure of heated blends was examined with X-ray diffraction, thermal analysis and scanning electron microscope and impedance spectroscopy, and their physical properties were followed as a function of heating temperature, soaking time and clay content. For the latter study, the full factorial design was used. The results showed that phase neoformation involved the breakdowns of the clay minerals and lime of carbonates. Moreover, the sintering process was significant as the clay content exceeded 5 wt% and 900< T< 1000 degrees C. In such a condition, the sintering was chiefly controlled by melt. The results of the full factorial design showed that the increase of one of the processing factors affected positively water absorption, density and compressive strength. These effects were mainly linked to the conjugate formations of calcaluminosilicate and viscous phase. The results also pointed out that the effects of the interactions between the factors on the measured properties were almost negligible. By using the full factorial design, the optimum values of the physical properties were evaluated

Phosphate Mine Tailing Recycling in Membrane Filter Manufacturing: Microstructure and Filtration Suitability

Ceramic membrane filters based on industrial by-products can be considered to be a valorization alternative of phosphate mine tailings, even more so if these ceramic membranes are used in the industrial wastewater treatment due to their good mechanical, chemical, and thermal resistance. The depollution of textile industry rejections with this method has not been studied in detail previously. In this work, ceramic membrane filters have been manufactured from natural clay and phosphate mine tailings (phosphate sludge). Blends of the abovementioned materials with a pore-forming agent (sawdust, up to 20 wt. %) were investigated in the range 900&#8722;1100 &#176;C using thermal analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and mercury porosimetry. Ceramic properties were measured as a function of firing temperature and sawdust addition. Filtration tests were carried out on samples with advantageous properties. The results showed that gehlenite together with diopside neoformed from lime decomposed carbonates and breakdown products of clay minerals, while calcium phosphate derived from partial decomposition of fluorapatite. Both quartz and fluorapatite resisted heating. The results of the experimental design showed that the variations of physical properties versus processing factors were well described by the polynomial model. Filtration results are quite interesting, allowing these membranes to be used in industrial effluent treatment