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Development of multifunctional Thermal Barrier Coatings and modelling tools for high temperature power generation with improved efficiency

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Améliorer les revêtements isolants thermiques

Les turbines à gaz fonctionnent à des températures très élevées, et des revêtements isolants thermiques sont nécessaires pour éviter la dégradation des composants et améliorer le rendement. De nouveaux revêtements promettent d'améliorer notablement les performances de ces turbines.

Technologies industrielles

La génération d'électricité à l'aide de turbines à gaz utilise la combustion du carburant et les gaz très chauds produits pour animer la turbine. Actuellement, les turbines à gaz font partie des technologies les plus utilisées pour générer de l'électricité, principalement à partir de gaz naturel, considéré comme ayant des avantages majeurs sur la combustion du charbon. On envisage de les alimenter avec de l'hydrogène ou du syngas (un gaz synthétique, mélange d'hydrogène, de monoxyde et de dioxyde de carbone). Les revêtements isolants thermiques protègent les composants de la turbine contre les températures élevées, et améliorent aussi le rendement de la génération d'électricité en réduisant les pertes de chaleur. Un grand consortium européen a lancé le projet THEBARCODE (Development of multifunctional thermal barrier coatings and modelling tools for high temperature power generation with improved efficiency) pour développer des revêtements isolants thermiques améliorés et plus économiques. L'équipe a étudié des formulations sèches et humides pour la couche de surface, ainsi que des couches d'accrochage à utiliser directement en dessous. Les chercheurs de THEBARCODE ont préparé plusieurs matériaux innovants via des techniques de synthèse respectueuses de l'environnement, ainsi qu'une nano-poudre résistant à la corrosion pour la couche d'accrochage. Ils ont étudié la modification de la surface de poudres commerciales pour pulvérisation thermique, comme méthode simple et économique pour réaliser des surfaces à gradient de fonctionnalité. Des méthodes d'application à faible coût ont été utilisées, comme la pulvérisation thermique et les technologies de pulvérisation plasma, ainsi que le dépôt par impulsions en phase vapeur. L'équipe a effectué des tests de micro-indentation pour mesurer la dureté des couches de surface à l'échelle microscopique. Les chercheurs ont également effectué des tests de flexion à trois points pour déterminer l'élasticité à la flexion entre les couches de surface et d'accrochage. L'équipe de recherche a étudié les propriétés mécaniques, l'effet de la procédure de recuit, le cycle thermique et le comportement face aux chocs thermiques des revêtements isolants thermiques développés. Ce travail a permis de sélectionner cinq formulations de revêtement prometteuses à déposer sur les parties réelles du moteur. De nouveaux modèles ont été développés pour l'analyse de propagation des fissures qui permet de prévoir les défaillances et la durée de vie des revêtements isolants thermiques. Par ailleurs, l'équipe a étudié différentes méthodes permettant d'obtenir un taux de dissipation de l'énergie de déformation comme fonction des cycles thermiques. Les chercheurs ont fourni une technologie de revêtement isolant thermique complète avec de nouveaux matériaux et des procédés rentables qui amélioreront de manière significative l'efficacité de la production d'électricité avec des turbines à gaz. C'est une technique importante de transition pour s'affranchir de la dépendance envers les combustibles fossiles. L'amélioration de son rendement renforcera son impact.

Mots‑clés

Revêtements isolants thermiques, turbines à gaz, production d'énergie, THEBARCODE, couches d'accrochage

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