Etude structurale et magnétique en vue de la mise en oeuvre de nouveaux matériaux à effet magnétocalorique géant - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Structural and Magnetic study of new magnetocaloric materials in view of their application

Etude structurale et magnétique en vue de la mise en oeuvre de nouveaux matériaux à effet magnétocalorique géant

Mohamed Balli
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 955349

Résumé

Magnetic refrigeration is a promising alternative technology for cooling and gas liquefaction. This technology takes advantage on the magnetocaloric effect. This intrinsic property of some magnetic materials is the consequence of magneto-thermal coupling between the lattice entropy and the magnetic entropy. When a magnetic field is applied to the magnetic material (ferromagnet), the magnetic moments of its atoms become aligned making the material more ordered. Consequently, in adiabatic conditions the decrease of the magnetic entropy is compensated by an increase of the lattice entropy and accordingly of the temperature. Conversely, when the magnetic field is removed, the magnetic moments return to their random directions, magnetic entropy increase and the material is forced to cool down. Thus, with materials presenting a giant magnetocaloric effect we can manufacture efficient and ecological cooling systems with a theoretical efficiency from 20 to 30% better than the traditional refrigeration. Currently, pure gadolinium (Gd) is the only material used in the magnetic refrigeration prototypes. The use of gadolinium as active refrigerant brings several disadvantages, first Gd is too much expensive (≈ 4000$/kg), secondly the refrigeration is limited to temperatures near room temperature where the magnetocaloric effect is very important because of its Curie temperature (TC = 294 K). Finally, gadolinium oxidizes easily, which on long terms results in degradation of the performance of the refrigerator. Aiming to replace gadolinium metal in magnetic refrigeration systems, my work consists to investigate new materials or to develop and optimize the existing magnetocaloric compounds for magnetic refrigeration as rare earth, R-Co2 (R: rare earth), La(Fe1-xSix)13, pnictides ...etc based compounds.
La société moderne compte beaucoup sur les moyens de refroidissement et de climatisation. Les demandes augmentent jour après jour et les phénomènes comme le réchauffement climatique ou la canicule amplifient cette tendance. Les technologies de réfrigération utilisées actuellement sont trop nuisibles à l'environnement à cause des CFC et HCFC présents dans les systèmes de refroidissement classiques. Pour résoudre ce problème environnemental et économiser de l'énergie, la réfrigération magnétique semble être la meilleure alternative pour remplacer la réfrigération classique.Cette technologie est basée sur l'effet magnétocalorique, processus réversible d'échauffement et de refroidissement de certains matériaux magnétiques sous l'application ou la suppression d'un champ magnétique extérieur. Autour de la température ambiante, la réfrigération magnétique laisse entrevoir de nombreuses applications: réfrigération domestique ou industrielle, climatisation de bâtiment ou de véhicule, refroidissement de systèmes portable(électronique, médical,...). Les avantages économiques, écologiques, et environnementaux sont multiples: absence de polluants atmosphériques (CFC ou ses substituts HCFC et HFC), moins de bruits et de vibrations (par l'absence de compresseur) et surtout un rendement énergétique nettement supérieur de 20 à 30 % par rapport à la réfrigération classique basée sur la détente et la compression des gaz. Actuellement, le gadolinium (Gd) est le seul matériau utilisé dans la plupart des systèmes de refroidissement. Mais en dépit de ses bonnes propriétés magnétocaloriques, le gadolinium comme la plupart des terres rares s'oxyde facilement, il est trop cher et son application dans la réfrigération magnétique est limitée à la température ambiante. Ainsi, dans le but de remplacer le gadolinium dans les systèmes de refroidissement, ce travail consiste à étudier de nouveaux matériaux magnétocaloriques où développer et optimiser des matériaux à base de terres rares, R-C02 (R = terre rares), LaFe13-xSix et MM'X (X = P, As et M, M' sont des éléments de transition).
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Dates et versions

tel-00670519 , version 1 (15-02-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00670519 , version 1

Citer

Mohamed Balli. Etude structurale et magnétique en vue de la mise en oeuvre de nouveaux matériaux à effet magnétocalorique géant. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00670519⟩

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