Développement d’un dispositif expérimental pour la mesure de l’émissivité normale spectrale d’une céramique de CeO2 en conditions de thermochimie solaire

L’optimisation de la production d’hydrogène (H2) vert par thermochimie solaire passe par le design thermique d’architectures 3D poreuses à base d’oxyde de cérium (CeO2). En effet, l’apport anisotrope d’un flux solaire concentré au niveau de la structure poreuse entraîne un important gradient de température selon le sens de propagation du rayonnement incident. Cela limite la production d’H2 dans le volume réactionnel. Un des points clés pour conduire un design thermique précis homogénéisant l’absorption volumique du rayonnement par la structure est de connaître les émissivités spectrales directionnelles des constituants de base des architectures 3D de CeO2 aux conditions de production d’H2, i.e. 900 à 1500∘^{\circ}C, pO2 = 10-5 atm. Un banc de mesure de l’émissivité spectrale normale a été développé en ce sens. Il utilise un spectromètre FTIR Bruker 80v qui, via un miroir parabolique rotatif, collecte les flux émis par un four corps noir PYROX PY15 puis par une céramique de CeO2 (d=25 mm) chauffée par les 2 faces par un laser diode (0.98 μm). L’échantillon de CeO2 est placé dans une cellule étanche sous flux d’un mélange de gaz, permettant le contrôle de l’atmosphère environnante. La pO2 est mesurée en sortie par une sonde zircone. Un pyromètre bi-chromatique mesurant la température de surface de l’échantillon permet la régulation de la puissance laser. Après avoir vérifié les performances du banc sur des matériaux étalon, les émissivités mesurées sont comparées aux spectres obtenus par une modélisation multi-échelles qui combine le modèle à 2 flux modifié et le modèle de Drude Lorentz. Elle s’appuie sur les mesures préalables des conductivités électriques de la céramique de CeO2 de 900 à 1500∘^{\circ}C, pO2 de 10-18 à 1 atm, ainsi que ses propriétés optiques à condition ambiante. La confrontation des résultats permettra au final de mieux comprendre les liens existant entre propriétés de transport électrique et propriétés radiatives quand CeO2 est utilisé en thermochimie solaire.

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