Soutenance de thèse de Vincent Meslier

Influence de différents vieillissements sur la délamination des modules photovoltaïques

Vincent Meslier a réalisé sa recherche doctorale dans les équipes de recherche CSM et S&P sous la direction de Pierre-Olivier Bouchard et Jean-Luc Bouvard sur un projet avec le CEA. Il soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 9 décembre 2024 devant le jury suivant:

Mme Julie DIANI Ecole Polytechnique Rapporteure

M. Bruno FAYOLLE Arts et Métiers Paris Rapporteur

M. Etienne BARTHEL ESPCI Paris Examinateur

M. Matthieu DESPEISSE CSEM Examinateur

M. Bertrand CHAMBION CEA Grenoble INES Examinateur

M. Pierre-Olivier BOUCHARD Mines Paris PSL Examinateur

M. Jean-Luc BOUVARD Mines Paris PSL Examinateur

Résumé :

La délamination de modules photovoltaïques (PV) est considérée comme le phénomène de dégradation à long-terme le plus important. Dans le but de mieux comprendre et de caractériser ce problème, ces travaux de thèses s’intéressent à la tenue en vieillissement d’une polyoléfine thermoplastique (TPO) grâce à une approche couplée expérimentale et numérique. Ses propriétés visco-élastiques, hyper-élastiques, d’expansion thermique et son adhésion avec le verre sont suivies au cours de différents vieillissements. Ses changements de microstructure sont aussi surveillés afin de pouvoir expliquer les évolutions macroscopiques. Les vieillissements accélérés sont réalisés en environnement contrôlé dans une enceinte climatique. Ceci permet de proposer des modèles de dégradation des propriétés de cette TPO en fonction de l’humidité, la température et l’exposition UV. Ces vieillissements sont ensuite comparés à un vieillissement naturel effectué sur le site de l’INES au Bourget-du-Lac en France. En parallèle de cette campagne expérimentale, deux modèles de simulation par éléments finis sont réalisés sous Abaqus®. Le premier vise à reproduire le procédé de pelage à 180° servant à caractériser l’adhésion entre la TPO et le verre. Ce modèle utilise une loi matériau visco-hyper-élastique et permet d’identifier, par analyse inverse, les paramètres de l’interface TPO/verre grâce à une loi CZM (Cohesive Zone Model). Les propriétés de l’interface sont ensuite utilisées dans un autre modèle visant à décrire le comportement d’un module PV vieilli au cours de cycles thermiques. Les sites préférentiels de délamination des modules PV sont identifiés spatialement et temporellement au cours d’un cycle thermique. Les résultats obtenus donnent une solide base scientifique sur laquelle des recommandations techniques seront prodiguées afin d’accroître la fiabilité des futures générations de modules PV. Ce modèle de simulation est le premier, à notre connaissance, à prendre en compte le comportement vieilli de polymères au sein d’un module PV.

Mots-clés : photovoltaïque, fiabilité, mécanique des matériaux, polymères, simulation numérique, vieillissement