Caractérisation et localisation de l’endommagement dans les matériaux sous contrainte thermique : application de l’émission acoustique
Florian Bonzoms1, ⋆,
Olivier Faugeroux1, Stéphane
Thil1, Alain Proust2, Thierry Chotard3
⋆ : florian.bonzoms@promes.cnrs.fr
1 Laboratoire
PROMES
2 Mistras
Group
3 Laboratoire
IRCER
Mots clés : Solaire à concentration, récepteur solaire,
Émission acoustique, carbure de silicium, brasure SiC
Résumé :
Les centrales solaires à concentration représentent une solution
prometteuse dans la transition énergétique. Un grand nombre d’études
vise à améliorer leurs performances. Les aléas climatiques (passages
nuageux) produisent des variations brutales dans le flux solaire, ce qui
engendre de fortes contraintes thermiques et mécaniques sur le
récepteur. Les caractéristiques attendues pour un matériau constitutif
d’un récepteur de bonne qualité sont la tenue en température, à
l’oxydation, une bonne conductivité thermique et un faible coefficient
de dilatation thermique. Le carbure de silicium (SiC, semble donc être
un bon candidat. Son inconvénient majeur est sa faible capacité de
déformation engendrant un comportement mécanique fragile (rupture
soudaine et non prévisible). Une série de thèses a permis de développer
un banc d’essai pour matériau sous irradiation solaire concentrée : le
banc IMPACT (In-situ thermo-Mechanical Probe by ACoustic Tracking). Ce
système expérimental permet le suivi du comportement thermomécanique du
matériau grâce à l’émission acoustique (EA) et au suivi de la
température de l’échantillon. Ces échantillons sont des disques de 100
mm de diamètre pour une épaisseur de 4 à 5 mm. L’EA correspond à la
détection des ondes élastiques transitoires (appelées salves) générées
par l’endommagement du matériau soumis à une contrainte (mécanique ou
thermique). On fera l’hypothèse qu’un même type d’événement,
(microfissuration, corrosion, délamination...) dans un milieu de
propagation de même fonction de transfert, produira un même type de
salve. Chaque salve est ensuite caractérisée par une série de paramètres
appelés paramètres de forme, par exemple : amplitude, durée,
énergie...
Pour le système IMPACT, les salves sont détectées de manière simultanée
par six capteurs pour permettre une localisation par double
triangulation.
Le comportement du carbure de silicium (SiC) sous contraintes thermiques
sévères nécessite plus d’investigations, notamment dans le cadre de la
conception de système assemblés. En effet, lors du projet SicSol en
2013, un récepteur assemblé en SiC avait explosé suite à une variation
de flux solaire brutale. Le mécanisme de la rupture n’est à ce jour pas
connu. Afin de mieux comprendre les différents mécanismes mis en jeu,
des échantillons de SiC ont été testés sur le banc IMPACT. Certains
d’entre eux contiennent une singularité connue (brasure) afin d’évaluer
l’impact de ces discontinuités sur le comportement global de
l’échantillon. Un chargement thermique cyclique permet de générer un
champ de contrainte de même nature dans l’échantillon. Les données
brutes de l’EA sont enregistrées puis traitées afin de mieux
caractériser et localiser l’endommagement. Le comportement général
observé est que les brasures de plus fine épaisseur permettent une
meilleure tenue des échantillons. Les objectifs de ces expérimentations
sont de caractériser le comportement sous flux solaire concentré
d’échantillons en SiC.
Premièrement, dans cette communication, nous présenterons le principe de
l’EA. Puis, nous détaillerons le fonctionnement du dispositif
expérimental IMPACT ainsi que l’enjeu qu’il représente dans la
compréhension du comportement thermomécanique des assemblages en SiC.
Enfin, nous aborderons les résultats expérimentaux obtenus sur des
échantillons de SiC assemblés.
doi : https://doi.org/10.25855/SFT2022-041
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