Modélisation expérimentale du transfert de masse en croissance cristalline par des méthodes électrochimiques en présence d'ultrasons - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Experimental modeling of mass transfer phenomena by electrochemical methods in the presence of acoustic streaming

Modélisation expérimentale du transfert de masse en croissance cristalline par des méthodes électrochimiques en présence d'ultrasons

Résumé

Acoustic streaming presents a promising stirring technology in order to improve photovoltaic silicon purification during the solidification process. In the present study, we focus on the characterization of the efficiency of acoustic stirring to enhance segregation phenomena. We present an original experimental approach based on water demonstrators of the phenomena occuring during solidification. This approach is based on an analogy between on the one side the solute diffusion of impurities through the boundary layer, near the solidification front during the crystal growth process in solidification furnaces, and on the other side the diffusion of ions in an electrochemical cell on the surface of the electrode. We used analytical electrochemistry methods (polarography) to accurately characterize the solute boundary layer in the vicinity of the electrodes. Furthermore, we report the evolution of mass transfer in the presence of an impacting jet generated by a continuous acoustic source within the fluid. The consistency of the experimental results with hydrodynamic simulations was also examined. In order to extend the results obtained in water to other fluids, notably metals in the liquid phase, we present, in the last part of this manuscript, the different parameters allowing a complete description of the experiment for a particular fluid : geometry, acoustics and hydrodynamics parameters. We will then present the particular case of an experimental device using galinstan.
Le brassage acoustique présente une alternative prometteuse pour l'amélioration des procédés de purification pendant la solidification du silicium photovoltaïque. Dans cette étude, on s'intéresse à la caractérisation de l'efficacité d'un brassage par acoustic streaming pour favoriser le phénomène de ségrégation. Nous avons ainsi développé une approche expérimentale originale basée sur des démonstrateurs en eau des phénomènes présents lors de la solidification. Cette démarche s'appuie sur une analogie entre d'une part la diffusion solutale des impuretés à travers la couche limite, au niveau du front de solidification, pendant le processus de croissance cristalline dans les fours de solidification, et d'autre part la diffusion des ions à travers la couche limite à la surface de l'électrode dans une cellule électrochimique. En effet, l'application des méthodes d'électrochimie analytique (polarographie), nous a permis de caractériser le transfert de masse au voisinage d'une paroi et de suivre son amélioration sous l'effet d'un jet impactant généré par une source acoustique continue au sein du fluide. La cohérence des résultats expérimentaux avec des simulations hydrodynamiques a été également examinée. En vue d'étendre les résultats obtenus dans l'eau à d'autres fluides notamment les métaux en phase liquide, on présente, dans la dernière partie de ce manuscrit, les différents paramètres de similitude permettant une description complète de l'expérience en fonction du fluide choisi : la géométrie, l'acoustique et l'hydrodynamique. Nous présenterons ensuite, le cas particulier d'un dispositif expérimental utilisant du galinstan.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03102915 , version 1 (07-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03102915 , version 1

Citer

Nouhayla El Ghani. Modélisation expérimentale du transfert de masse en croissance cristalline par des méthodes électrochimiques en présence d'ultrasons. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Lyon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LYSEI037⟩. ⟨tel-03102915⟩
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