Matériaux composites céramiques recyclés intégrant un MCP pour la récupération de chaleur fatale industrielle

En France, l’industrie représentait environ 18,4 % de la consommation nationale d’énergie finale en 2023 avec une forte dépendance aux combustibles fossiles et à l’électricité pour la production de chaleur alors qu’à l’échelle de l’Union Européenne, plus de 50% de la demande totale des industries métallurgique, chimique et céramique nécessite une production de chaleur à plus de 500degC. L’objectif de ces travaux est de développer un composite céramique - matériaux à changement de phase (MCP) destiné au stockage thermique haute température (500-800 degC). Ces composites sont des structures architecturées poreuses, imprimées en 3D à partir de matières premières recyclées, élaborées (IRCER) imprégnées de MCP inorganiques ou métalliques (LaTEP et LaSIE). Un composite eutectique Al-Si (88-12 % massique, température de fusion de 577 degC) - mélange céramique (andalousite, fumée de silice, SiC, ciment d’aluminates de calcium fourni par IMERYS) a été retenu (50 % massique chacun). Des échantillons sous forme de pastilles ont été formés par pressage uniaxial (100 MPa) puis ont subi un traitement thermique à 600 degC (air) pour oxyder l’AlSi et consolider la matrice. Les matériaux ont été caractérisés par MEB, Raman (détection de alpha-Al2O3) et DSC (40-600 degC, air et Ar). La microstructure révèle une matrice poreuse et une cohésion limitée, liées à une hydratation insuffisante du ciment. Les particules d’AlSi sont encapsulées dans une coquille d’alpha-alumine, assurant le confinement du MCP. Les mesures DSC montrent une fusion à 576-582 degC et une chaleur latente de 218 J/g, stable sur plusieurs cycles et sans fuite. Ces résultats sont prometteurs. En effet, La structure entièrement solide et la compatibilité chimique Al2O3/matrice facilitent l’intégration future en impression 3D et l’ajout de MCP complémentaires tout en assurant une stabilité chimique et thermique des matériaux

Article

PDF : download