Apports de l'approximation dipolaire discrète dans la détermination des propriétés radiatives de matrices nanoporeuses de silice

Sylvain Lallich (1) , Franck Enguehard (1) , Dominique Baillis (2)

1 CEA Le Ripault - CEA Le Ripault
2 CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon

Cette étude a pour but d'améliorer la compréhension du transfert radiatif dans les matrices nanoporeuses de silice. Pour ce faire, après avoir déterminé les propriétés radiatives de ces matrices à partir de mesures optiques combinées à une méthode inverse, on confronte les résultats obtenus à des données issues de calculs prédictifs (théorie de Mie) sur la base d'un modèle de sphères enrobées. Les propriétés radiatives ainsi obtenues ne sont pas satisfaisantes aux basses longueurs d'onde, c'est-à-dire lorsque les effets de structure commencent à se manifester. On choisit donc d'appliquer l'approximation dipolaire discrète sur des agrégats de nanoparticules jugés représentatifs des matrices. La comparaison des résultats obtenus avec cette méthode aux résultats expérimentaux et aux prédictions de la théorie de Mie montre que l'utilisation de l'approximation dipolaire discrète permet une bien meilleure prévision des propriétés radiatives aux faibles longueurs d'onde. Nomenclature a 1 1er terme de la série de Mie Indices et exposants : a longueur caractéristique de l'élément de abs grandeur relative à l'absorption volume discrétisé, m ext grandeur relative à l'extinction C section efficace, m 2 sca grandeur relative à la diffusion e épaisseur de l'échantillon, m λ grandeur monochromatique E champ électrique, V.m-1 i i complexe, (-1) 1/2 Symboles grecs : k vecteur d'onde, m-1 α polarisabilité, C.m 2 .V-1 m indice optique complexe ε permittivité diélectrique relative du matériau n indice de réfraction, Re(m) κ indice d'extinction, Im(m) N nombre de dipôles λ longueur d'onde, µm P moment dipolaire, C.m 1. Contexte de l'étude Les isolants thermiques nanoporeux, largement étudiés au Département Matériaux du CEA / Le Ripault, doivent leur succès à des propriétés d'isolation thermique exceptionnelles : leur conductivité thermique effective est de seulement quelques mW.m-1 .K-1 lorsqu'ils sont placés sous vide primaire d'air. Ces isolants sont essentiellement constitués d'une matrice nanoporeuse de silice amorphe, de fibres leur conférant quelque tenue mécanique et de particules de taille micrométrique apportant de l'opacité à l'ensemble. Le travail rapporté ici concerne l'étude du transfert radiatif au sein de ces isolants nanoporeux, et plus précisément au sein de matrices nanoporeuses seules (i.e. dépourvues de microparticules et de fibres). Ce travail fait suite à [1], article dans lequel nous avons présenté la méthode inverse qui nous permettait, à partir de caractérisations optiques (transmittance et réflectance directionnelles-hémisphériques) par spectrophotométrie sur la gamme [0,25 µm ; 20 µm], d'obtenir les propriétés radiatives de nos échantillons. Une fois ces propriétés radiatives obtenues, nous avons modélisé

Domaines: Thermique [physics.class-ph]

Sylvain Lallich, Franck Enguehard, Dominique Baillis. Apports de l'approximation dipolaire discrète dans la détermination des propriétés radiatives de matrices nanoporeuses de silice. Congrès Français de Thermique, Jun 2008, Toulouse, France. ⟨hal-01287546⟩