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Thermoélectricité : des principes aux applications

Article de référence | Réf : K733 v1

Matériaux magnétocaloriques

Auteur(s) : Charlotte MAYER, Salvatore MIRAGLIA, Stéphane GORSSE

Date de publication : 10 mai 2017

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Matériaux électrocaloriques

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RÉSUMÉ

Cet article donne une vision actualisée des matériaux magnétocaloriques les plus performants et des applications envisagées. Les procédés de fabrication sont présentés ainsi que les innovations significatives. Les principales applications sont abordées. Les indices de performances des matériaux sont discutés. Les diagrammes de propriétés permettent de dégager les 3 familles de matériaux les plus prometteuses : manganites, La(Fe,Si)13 et les pnictures Mn2 xFex(P1 ySiy). On présente les procédés de fabrication des matériaux de type La(Fe, Si)13 et MnFe(P, Si). Sont discutés l’apport du refroidissement rapide et du frittage réactif. Le procédé « epoxy binding » qui permet de maximiser la surface d’échange entre le matériau magnétocalorique et le fluide calorifique est présenté.

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ABSTRACT

Magnetocaloric Materials

This article provides an up-to-date view of the best-performing magnetocaloric materials and their applications. Their manufacturing processes are presented, and their main applications are considered. Key performance indicators that drive the choice of a given material are discussed. Ashby plots of relevant properties point to three promising families of compounds: the manganites, the La(Fe, Si)13 - type compounds and the Mn2 xFex(P1 ySiy) pnictides. The last part concerns the manufacturing processes for La(Fe, Si)13 and MnFe(P, Si)-type materials. The beneficial input from rapid cooling and reactive sintering is discussed. The “epoxy binding” process, which enhances heat transfer between the material and the exchange fluid is presented.

Auteur(s)

Charlotte MAYER : Ingénieur recherche et développement - Erasteel, Paris, France
Salvatore MIRAGLIA : Chercheur CNRS - Équipe de recherche Matériaux, Rayonnements, Structure - Institut Néel, Grenoble, France
Stéphane GORSSE : Maître de conférences - École Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP) - Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP) - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMB-CNRS), Pessac, France

INTRODUCTION

L’effet magnétocalorique décrit le changement de température d’une substance magnétique en réponse à l’application ou à la suppression d’un champ magnétique. Sa découverte est attribuée à Warburg en 1881. Pour certains matériaux cet effet est suffisamment grand pour être exploité dans les systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante. Dans ce cas, le cycle thermodynamique de compression/détente du gaz frigorigène utilisé dans les systèmes conventionnels est remplacé par un cycle thermomagnétique d’aimantation/désaimantation d’un matériau à effet magnétocalorique qui joue le rôle de réfrigérant. Depuis quelques années la réfrigération magnétique suscite un intérêt croissant car elle représente une alternative plus efficace et moins polluante aux technologies classiques de production de froid. Avec les récents progrès réalisés au niveau de la performance des matériaux, la réfrigération magnétique atteint un niveau de maturité permettant d’envisager l’intégration de cette technologie dans un système opérationnel.

Cet article fait la synthèse de l’état de l’art dans le but de fournir une vision actualisée et focalisée sur les matériaux magnétocaloriques les plus performants et les plus proches des applications, avec une analyse globale des procédés et performances industrielles que l’on peut attendre aujourd’hui.

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MOTS-CLÉS

procédé de fabrication | refroidissement rapide | frittage réactif | matériaux magnétocaloriques performants

KEYWORDS

manufacturing process | rapid cooling | reactive sintering | performant magnetocaloric materials

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - CAMUS (P.) et al - Cryogenics. - 52 (10) 471 (2012).
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(5) - PECHARSKY (V.K.), GSCHNEIDNER Jr. (K.A.) - J. Magn. Magn. Mater. - 200 44 (1999).
(6) - KITANOVSKI (A.) et al. - Magnetocaloric Energy Conversion – From Theory to Application, - Green Energy and Technology, Ed. Springer (2015).
...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Brevets

Article for magnetic heat exchange and method of manufacturing the same WO2008/099234

Method for manufacturing a magnetocaloric element, and magnetocaloric element thus obtained WO2013/135908

High porosity particulate beds structurally stabilized by epoxy WO 2015038355 A1.

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Laboratoires ayant une activité de recherche dans le domaine des matériaux magnétocaloriques :

Université de Ljubljana, Slovénie
The Blackett Laboratory, Imperial College Londres, Royaume Uni
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Turin, Italie
IMEM-CNR, Parme Italie
Université de Gênes, Italie
IFW Dresden, Dresde Allemagne
Technische Universität Darmstadt Allemagne
TU Delft, Fundamental Aspects of Materials and Energy, Delft, Pays Bas
KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Suède
Technical University of Denmark Roskilde, Danemark
Institut de Chimie et des Matériaux de Paris Est, CNRS Thiais, France
Femto-ST, CNRS Belfort, France
Univ. Paris Saclay, SATIE, Cachan, France
CRISMAT, CNRS ENSICAEN Caen, France
G2Elab, Univ. Grenoble Alpes – CNRS, Grenoble France
Institut Jean Lamour, CNRS Vandoeuvre-lès-Nancy, France
LGeCo, INSA Strasbourg France
Institut Néel CNRS, Univ. Grenoble Alpes, Grenoble, France
Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, France
HEIG-VD (Haute École d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud), Yverdon les Bains, Suisse
ICMA, Université...

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