Thèses

Mardi 3 Décembre 2019 à 14h00.

Etude des propriétés de transport électrique de fibre de nanotubes de carbone par des procédés mécaniques : densification et traction

''Le développement de la technologie dans tous les domaines de notre vie quotidienne exige une énorme quantité d’énergie et un réseau de distribution efficace de l’électricité. De plus, la limitation en ressource des matériaux conducteurs usuels, tels que le cuivre et l’aluminium, et les faibles progrès réalisés dans le domaine de raffinage de ces métaux conduisent à la recherche de matériaux performants pour la distribution et le stockage de l’énergie. Depuis la découverte des nanotubes de carbone (NTC) et de leur propriétés exceptionnelles, la fabrication de fibres de nanotubes de carbone constitue une perspective prometteuse pour la fabrication de câbles électriques ultralégers, résistants à la corrosion et à bas coûts. Cependant, jusqu’à présent, les performances électriques obtenues sont bien inférieures à celles obtenues pour les fils de cuivre et il est encore difficile de comprendre si les facteurs limitants de la conductivité sont liés aux enchevêtrements entre les tubes, à la présence d’impuretés, de défauts dans la structure des tubes et/ou à la porosité.
Cette thèse porte sur l’étude expérimentale de fibres de NTC élaborées à partir de tapis verticaux de NTC produits par dépôt chimique en phase vapeur assistée par filament chaud (HF-CVD). Dans l'optique de comprendre et d'améliorer les caractéristiques de ces fibres de NTC, nous en avons étudié les propriétés électriques, mécaniques et électro-mécaniques par des approches expérimentales diverses.
Dans un premier temps, nous avons cherché à améliorer la conductivité des fibres par des méthodes de densification mécanique qui permettent d’appliquer des pressions beaucoup plus importantes (jusqu’à 3 GPa) que celles mises en jeu dans les méthodes de densification liquide. Du fait des dimensions et de la géométrie des fibres, plusieurs dispositifs de compression ont dû être adaptés afin de conserver une pression la plus isostatique possible. La conductivité des fibres de NTC densifiées à 0,36 GPa a ainsi pu être augmentée de 25%. A plus haute pression, jusqu’à 3 GPa, les forces de cisaillement et de friction mènent à une détérioration de la fibre et ainsi à une baisse drastique de la conductivité. Les résultats obtenus suggèrent une pression maximale de 1 GPa à appliquer pour améliorer le contact des faisceaux entre eux sans détérioration de la qualité des fibres.
Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux propriétés mécaniques des fibres soumises à des sollicitations quasi-statiques et dynamiques. Un comportement de type visco-élastique des fibres a pu être relevé qui est en accord avec la théorie de Tobolsky et Eyring sur la relaxation des contraintes dans les polymères. Nous avons ensuite étudié les propriétés de transport électrique des fibres sous l’effet d’une déformation uni-axiale à l’aide d’un dispositif développé à cet effet. Nous avons observé une augmentation de la résistance de la fibre qui ne peut être expliqué par un simple effet géométrique. Enfin, nous avons exploré l’effet d’une injection de courant continu et pulsé sur les propriétés électriques de la fibre de NTC et observé une diminution de la résistance.

Directeur de thèse : Madame Vittoria Pischedda (Energie - ILM)
Co-directeurs : Hélène Le Poche (CEA Liten - Grenoble) et Stéphane Pailhès (Energie - ILM)

Membres du jury : Mmes Brigitte Vigolo, Catherine Journet, Vittoria Pischedda et MM. Jean-Louis Bantignies, Pierre Dumont, Mathieu Pinault.

Membres invités du jury : Mmes Aude Demessence et Hélène Le Poche et MM Jean Dijon et Stéphane Pailhès

''