# Paramètres optiques et texturaux gouvernant les propriétés radiatives de l'Al 6061 à T = 20°C

Chloe Le Roux, Benoit Rousseau, Steven Le Corre, Violaine Le Louët, Maxime Villière, Pascal Paillard, Ludovic Charpentier, Marianne J.H. Balat-Pichelin, Jose Gonzalez-Aguilar, Charles-Alexis Asselineau

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## To cite this version:

Chloe Le Roux, Benoit Rousseau, Steven Le Corre, Violaine Le Louët, Maxime Villière, et al. Paramètres optiques et texturaux gouvernant les propriétés radiatives de l'Al 6061 à T = 20°C. 4èmes Journées Annuelles du GDR TAMARYS, Jun 2022, Villeurbanne, France. . [hal-03879065](https://hal.science/hal-03879065)

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Submitted on 30 Nov 2022

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Distributed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License
Contexte : conversion de l'énergie à haute température
(600-1500°C)

(procédé d'élaboration) ↔ (composition chimique, texture)
↔ (dépendance thermo-spectro-directionnelles) ↔ propriétés radiatives :
quelles méthodologies?

propriétés Verrous scientifiques/ enjeux industriels :

* impact du vieillissement (corrosion chimique, endommagement mécanique) sous haut flux thermique (0,5-5 MW/m²) sur l'efficacité de conversion énergétique?

* impact sur les propriétés thermophysiques (mesures en conditions réelles)?

* paramètres « seuil » ↔ durabilité?

* Comment aborder la modélisation multi-échelle des propriétés radiatives?

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IMdea
energy

MSCA IF HEASeRS

• Partners:

- IMDEA Energía (Madrid, Spain): Hosting institution

- LTE Nantes (Nantes, France): Secondment Hosting institution.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>C.-A. Asselineau IMDEA Energy (2022-2023)
High-tTemperature Angular-Selective Radiant Surfaces</figcaption></figure>

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Composés métalliques réfractaires multi-élémentaires : oxydation complexe à HT

Thèse J. Colas « Etude du comportement de revêtements multicouches élémentaires » UPVD 2019
Un exemple : Kanthal APMT (alliage Fe-Cr-Al)

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 4.10 : Étude hétérogénérale spectrale à 300 K des échantillons de Kanthal APMT et oxydés</figcaption></figure>

Moyens experimentaux – LTE N

0,4-200 µm

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20°C

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$$
R_{dh}(\mathbf{i}) = \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{\pi/2} \cos(\theta_r) \cdot f_r(\mathbf{i}, \mathbf{r}) \cdot \sin(\theta_r) \cdot d\theta_r d\phi_r
$$

M. Bitterling et al., Solar Energy 209, 653–661 (2020)

JULES
VERNE

Platine gonio-photométrique tri-axe
SODA
20-600°C

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Surfaces opaques rugueuses mono-élémentaires :
Al 6061 (T<sub>f</sub> =585°C, λ~150-200 W.m<sup>-1</sup>.K<sup>-1</sup>)

Comparaison
banc SODA/A513 Bruker

(réglages optiques, anisotropie échantillon
cellule de détection)
taille échantillon : 20×20 mm² à 30×30 mm²

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polissage (800)

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extraction fichier.stl
(Mex Aicona)

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Simulation
numérique (Monte Carlo
Lancer de Rayon,
Maxwell)

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Utilisation du modèle analytique de Cook-Torrance ?

$f_{r,CT} = \frac{D(\theta_m, \alpha) \cdot F(\frac{\theta_i - \theta_r}{2}, n) \cdot G(\theta_i, \theta_r, \alpha)}{4 \cdot \cos\theta_i \cdot \cos\theta_r} + \frac{R_{dh,Lam}}{\pi}$
D, fonction de distribution des microfacettes
$\alpha$, écart-type des pentes ($\propto \sigma_{rms}/\tau$)
$F$, fonction de Fresnel

G, paramètre géométrique d'ombrage

Synthèse d'images

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Modélisation numérique
des propriétés radiatives ?

$\sigma_{rms}/\lambda \ll 1$ et $\sigma_{rms}/\tau < 0.1$ : théorie de Rayleigh-Rice

0.125 < σ<sub>rms</sub> cos θ<sub>i</sub>/λ < 0.2 et σ<sub>rms</sub>/τ < 0.3 : approximation de Kirchhoff

$\sigma_{rms} \cos \theta_i / \lambda > 0.2$ et $\sigma_{rms} / \tau < 4$ : approximation de l'optique géométrique

Propriétés radiatives :
fonctions optiques, effet de rugosité + microstructure

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Nombre d'onde (cm⁻¹)
A. D. Rakić, Appl. Opt. **34**, 4755-4767 (1995)

angle d'incidence (°)

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Conclusions & perspectives

* Développement d'un nouveau banc gonio-photométrique trix-axe (20-600°C ; 0,4-200 µm) : SODA

* Première comparaison prometteuse entre A513 Bruker/SODA à T = 20°C

* Caractérisation texturale à T = 20°C de surfaces d'Al 6061 à σ<sub>rms</sub>/τ graduel (0,005-0,05)→anisotropie prononcée à σ<sub>rms</sub>/τ élevé

* Diminution de σ<sub>rms</sub>/τ → augmentation de R<sub>NN</sub> et diminution de la diffusion de surface

* Détermination des performances du banc SODA à poursuivre (spectralon, alumine, silicium ; comparaison sphères intégrantes /SODA ; comparaison CEA CESTA, ICA?, ITHeMM ?)

* Détermination des indices optiques : impact de la microstructure (EBSD, IMN)

* Calcul des erreurs sur les mesures avec SODA et A513Bruker

* Modélisation des RNN, RNH, Rbidir, BRDF (HEASeRS) : quels descripteurs statistiques seuils?

* Comparaison numérique/analytique (Cook-Torrance, Beckmann–Spizzichino,...) : pont entre approche vectorielle et approche scalaire?

<footnote>*Elias, M., & Lafait, J. (2015). La couleur. Lumière, vision et matériaux: Lumière, vision et matériaux. Humensis.</footnote>