Modélisation et impact des radiations spatiales sur les matériaux et cellules solaires

Les COMET ENV et MAT s'associent pour vous proposer un évènement sur la "Modélisation et impact des radiations spatiales sur les matériaux et cellules solaires" le jeudi 7 décembre 2023 à NOOUS Montaudran. 

Bien que les inscriptions soient gratuites, elles sont obligatoires afin de préparer au mieux l’évènement.

Voici les titres et résumés des présentations qui seront faites. D'autres présentations vont être ajoutées dans les prochains jours.

Campagnes d’essais sur cellules solaires et outils de modélisation (Présentateur : Soufian YJJOU - TRAD)
Les générateurs solaires des missions spatiales sont des équipements très exposés aux affronts de l'environnement spatial. Cet environnement mène à une perte progressive et inéluctable de performance électrique. Afin d’apporter à l'ingénieur des résultats de simulation aux incertitudes réduites, TRAD propose un nouvel outil de modélisation, le SADC. Cet outil, résultat d’une étude ESA ARTES, a été validé sur la base d’essais au sol sur des cellules 3G30 avec et sans coverglass. La campagne de test proposée couvre les hypothèses des modèles de dégradation et permet d’observer un bon agrément avec la théorie. Ces matrices de tests peuvent aussi être ajustées pour alimenter les modèles de dégradation à l’aide d’un jeu d’essais expérimentaux très réduit. Cette expertise permet d’obtenir un modèle de dégradation utilisable pour n’importe quel environnement et permettant l’inter-comparabilité avec d’autres technologies.
Le SADC est conçu pour que l’utilisateur puisse effectuer son calcul en utilisant son modèle de cellule. Ce faisant, le SADC se veut un outil polyvalent, capable de simuler une large gamme de technologies. Le calcul de dégradation et de sous-jonction limitante prend en compte la dégradation du coverglass. Par ailleurs, le SADC dispose d’un mode «post-flight » pour comparer le résultat de simulation avec des données vol. Ces derniers aspects sont inédits dans ce genre d’outil qui gagnerait en maturité en étant testé par la communauté.

Tests de matériaux aux radiations : Définition d’un profil de dose à l’aide d’outils d’ingénierie  (Présentateur : Marine AUBRY - TRAD)
L’espace est considéré comme un environnement sévère dont les stress subis par un satellite varient selon son orbite. Au même titre que pour les composants, l’interaction particule-matière n’est pas la même selon la nature de ces derniers: elle dépend de la géométrie, de la densité et de la composition chimique du matériau. Il est donc difficile de généraliser des tests radiations à une famille ou un groupe de matériaux.
Ainsi, pour chaque matériau et chaque mission, la matrice de test aux radiations associée est personnalisée à chaque cas. Afin de définir au mieux cette matrice, la première étape est de simuler l’environnement de la mission. Pour ce faire, nous utilisons le logiciel OMERE. A la suite de cela, nous utilisons le logiciel FASTRAD. Ce dernier nous permet de modéliser en 3D le matériau et de simuler la pénétration de faisceaux mono-énergétiques afin de couvrir la dose appliquée par l’environnement.

GREEN, un modèle pour spécifier l'environnement des ceintures de radiations terrestres, incluant les basses énergies pour le calcul de dose à proximité de la surface d'un matériau.  (Présentateur : Angélica SICARD - ONERA)
L'ONERA a développé un nouveau modèle global, GREEN, fournissant des flux en tout endroit entre les lignes du champ magnétique et pour toute énergie comprise entre 0,1 keV et 10 MeV pour les électrons et entre 0,1 keV et 800 MeV pour les protons.

Niveau de dose ionisante à la surface des matériaux spatiaux.  (Présentateur : Christophe INGUIMBERT - ONERA)
De nouveaux modèles d'environnement protons et électrons, valables jusqu'à quelques centaines d'eV, ont été utilisés pour estimer la dose à la surface du matériau. La contribution de particules de faible énergie (<keV) augmente la dose d'au moins un ordre de grandeur à la surface du matériau.

Modélisation Monte Carlo de la signature optique des revêtements satellites (Présentateur : Agnès LECADRE-SCOTTO - ONERA)
L'objectif de la thèse est de prédire le vieillissement des propriétés optiques des revêtements des satellites induit par l'environnement radiatif spatial. Le transport des photons dans la matière s'effectue grâce à la méthode Monte-Carlo. La simulation sera comparée à la réflectance et à la transmission de peintures d'origine et vieillies.

Etude de la « durée de vie » d’équipements polymères soumis à la thermo radio oxydation installés dans le bâtiment réacteur d’une centrale nucléaire à eau pressurisée du parc français (Présentateur :Marc KUNTZ - EDF R&D)
Dans le secteur nucléaire, les polymères sont largement présents, soit dès la construction, soit en remplacement partiel ou total de composants défaillants.
De plus, certains équipements comme le bâtiment réacteur ou les aéroréfrigérants, soumis à des évolutions structurelles de service, sont irremplaçables dans une centrale. L’utilisation des matériaux polymériques en renforcement peut également contribuer avantageusement à la sûreté et à l’accroissement de la longévité des installations et, de facto, à la maîtrise du coût de production de l’énergie.
En réponse à la catastrophe de Fukushuma, les référentiels accidentels se sont vus renforcés, imposant par là-même le développement de solutions polymères plus endurantes.
L’introduction de ces matériaux impose bien évidemment la mise en place d’études « durée de vie » afin d’appréhender leur vieillissement et de prévoir leur comportement en phase accidentelle lorsqu’ils sont installés dans le bâtiment réacteur.
A cette fin, EDF a développé une approche multi-échelle d’évaluation de la durée de vie. En effet, la caractérisation fine des mécanismes chimiques du vieillissement induit par les conditions de service permet à EDF de définir les conséquences sur les propriétés fonctionnelles et, ainsi de simuler certaines propriétés d’usage à long terme.
Nous développerons lors de la réunion du 7 décembre les cas des peintures époxydiques ainsi que des câbles nucléaires installés tous deux à l’intérieur du bâtiment réacteur des centrales nucléaires du parc français.

Discussion/table ronde autour de l’ECSS-Q-ST-70-06C : (Présentateur : Julien ECK - ESA)
L’objectif est d’initier l’identification des points d’amélioration pour créer une demande de révision de la norme.