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International audience; Accurate numerical simulations of heat transfers in 3D liquid-gas flows are of first importance in multiple industrial applications such as droplet evaporation in combustion chambers, spray cooling or propellant behavior in cryogenic tanks. Liquid-gas flows are characterized by the discontinuity of properties (e.g. viscosity, thermal diffusivities, ...) and flow variables (e.g. pressure, energy, chemical composition) across the interface. Robust and accurate algorithms are then necessary to transport the flow variables consistently with the interface. This work presents an algebraic interface capturing method which enables a consistent transport of scalars with the interface. This two-fluid approach ensures conservation of the transported scalars while controlling accurately the flux at the interface. The interface represented by a hyperbolic tangent profile is transported and reinitialized without geometric reconstruction. The scalars are transported separately in each phase and a reinitialization step is performed in order to impose the correct flux at the interface. The method is implemented in the YALES2 low-Mach number flow solver and takes advantage of adaptive unstructured grids to handle complex geometries. It has been assessed on various test cases and compared to analytical solutions.

During this work, the thermophysical properties of the viscose strand as well as their evolution during carbonization have been studied. ATG and DSC thermal analyzes have made it possible to identify the apparent thermal capacity of the strand and the heat sources linked to transformations of the precursor. The comparison of the ATG analysis, measurements of the shrinkage and the evolution of the diameter of the fibers then made it possible to determine the evolution of the linear density and the density of the strand. The radiative properties of the viscose strand were also measured at different stages of carbonization. A device for measuring the effective longitudinal thermal conductivity of the strand has been developed, built and used to characterize the evolution of the thermal conductivity of the strand during carbonization. A finite element numerical model of the carbonization process has been developed, using the previously measured properties and the measurements carried out on the laboratory furnace: the velocity profile of the nitrogen flow in the furnace as well as the wall temperature profile. This model has been validated with temperature measurements made at the core of the strand during carbonization. Heat transfers during the carbonization of precursor fibers have been finally studied using the developed numerical model.; Au cours de ces travaux, les propriétés thermophysiques du toron de viscose ainsi que leurs évolutions pendant la carbonisation ont été étudiées. Des analyses thermiques ATG et DSC ont ainsi permis d’identifier la capacité thermique apparente du toron et les sources de chaleur liées aux transformations du précurseur. Le rapprochement de l’analyse ATG, mesures du retrait et de l’évolution du diamètre des fibres ont ensuite permis de déterminer l’évolution de la masse linéique et de la masse volumique du toron. Les propriétés radiatives du toron de viscose ont également été mesurées à différents stade de carbonisation. Un dispositif de mesure de conductivité thermique longitudinale effective de toron à été développé, réalisé et utilisé pour caractériser l’évolution de la conductivité thermique du toron au cours de la carbonisation. Un modèle numérique par éléments finis du procédé de carbonisation à été réalisé, en utilisant les propriétés précédemment mesurées et les mesures de vitesse de l’écoulement d’azote dans le four et du profil de température à la paroi réalisées sur le four de carbonisation de laboratoire. Ce modèle a été validé avec des mesures de températures réalisées au coeur du toron au cours de la carbonisation. Les transferts de chaleur lors de la carbonisation de fibres de précurseurs ont finalement été étudiés à l’aide du modèle numérique développé.

During this work, the thermophysical properties of the viscose strand as well as their evolution during carbonization have been studied. ATG and DSC thermal analyzes have made it possible to identify the apparent thermal capacity of the strand and the heat sources linked to transformations of the precursor. The comparison of the ATG analysis, measurements of the shrinkage and the evolution of the diameter of the fibers then made it possible to determine the evolution of the linear density and the density of the strand. The radiative properties of the viscose strand were also measured at different stages of carbonization. A device for measuring the effective longitudinal thermal conductivity of the strand has been developed, built and used to characterize the evolution of the thermal conductivity of the strand during carbonization. A finite element numerical model of the carbonization process has been developed, using the previously measured properties and the measurements carried out on the laboratory furnace: the velocity profile of the nitrogen flow in the furnace as well as the wall temperature profile. This model has been validated with temperature measurements made at the core of the strand during carbonization. Heat transfers during the carbonization of precursor fibers have been finally studied using the developed numerical model.; Au cours de ces travaux, les propriétés thermophysiques du toron de viscose ainsi que leurs évolutions pendant la carbonisation ont été étudiées. Des analyses thermiques ATG et DSC ont ainsi permis d’identifier la capacité thermique apparente du toron et les sources de chaleur liées aux transformations du précurseur. Le rapprochement de l’analyse ATG, mesures du retrait et de l’évolution du diamètre des fibres ont ensuite permis de déterminer l’évolution de la masse linéique et de la masse volumique du toron. Les propriétés radiatives du toron de viscose ont également été mesurées à différents stade de carbonisation. Un dispositif de mesure de conductivité thermique longitudinale effective de toron à été développé, réalisé et utilisé pour caractériser l’évolution de la conductivité thermique du toron au cours de la carbonisation. Un modèle numérique par éléments finis du procédé de carbonisation à été réalisé, en utilisant les propriétés précédemment mesurées et les mesures de vitesse de l’écoulement d’azote dans le four et du profil de température à la paroi réalisées sur le four de carbonisation de laboratoire. Ce modèle a été validé avec des mesures de températures réalisées au coeur du toron au cours de la carbonisation. Les transferts de chaleur lors de la carbonisation de fibres de précurseurs ont finalement été étudiés à l’aide du modèle numérique développé.

Microalgal culture in solar conditions raises several challenges, especially in the harsh desert areas of the Middle East where microalgal culture is a valuable candidate for biomass production on non-arable land. Here we investigate issues related to the temperature regimes involved in open culture systems used to cultivate microalgae in the State of Qatar. A generic thermal modeling approach is presented. The model produced takes into account all relevant heat exchanges involved in the process, including solar radiation absorption, water evaporation and convection with ambient air, and is proved valid for accurate prediction of temperature regimes. The model is then used to analyze heat exchanges and thermal behavior of the process for both summer and winter periods. Temperature regimes are then compared to the requirements of a heat-resistant and a temperate-climate microalgal strain. Finally, various simulations are run to identify how to set an optimized yearly microalgal culture in harsh desert conditions. This work was supported by University of Nantes and University of Qatar . Scopus

International audience; In the complex granular flow, the shear and flow of particles lead to increase in temperature that can enchain behavioral modifications. However, their thermo-mechanical and electrical behavior is of great interest for applications such as rail transport, grinding, and granular material reproduction systems. To study these behaviors, a numerical experiment is carried out on a rotating drum model. This device makes it possible to generate continuous and controlled free surface flows. Relying on the NSCD approach, the location of the hottest zone and the evolution of the temperature are correlated with the evolution of the velocity field.

Herein, the conversion times of biomass pyrolysis are measured at temperatures between 450 and 550 °C and particle size fractions between 0 and 400 μm using a cyclonic thermogravimetric analyzer (TGA) device. Beech, spruce, and ash wood are investigated, as well as torrefied samples. The conversion time decreases with the increasing temperature from 7 to less than 1 s. The influence of the type of biomass on the conversion time is limited and only significant for low temperatures, when kinetics dominates the conversion process. A clear influence of the torrefaction process on the pyrolysis conversion time is noted and can be explained by the modified porosity of the biomass particles during the torrefaction process. Kinetic data are extracted from the conversion times, and a model is developed for a better interpretation of the measured results. The model shows good comparison with the experimental data and may also be used for design purposes of fast pyrolysis reactors.

International audience; This paper presents the results of the validation of an experimental method for studying the thermal benefits of green façades. The main aim is to evaluate the impact of plants occultation on energy performance of a vertical wall in the temperate climate of the city of Lille in northern France. An experimental platform consisting of three identical prototypes (three boxes as thermal labs) has been designed and instrumented. Each prototype has been highly insulated from each face except from the vertical southern wall which was realized with a poor thermal conductivity material. The following measurements were taken: ambient temperature (outside and inside thermal labs), external and internal surface temperatures of southern walls, heat fluxes transferred through south verticals walls (reference and vegetalized walls), solar incident radiation and wind velocity variation under instantaneous real climatic conditions. This enabled the analysis of the variation of energy balance according to the presence or not of a shading effect on the south vertical walls as well as their coverage rate. Several tests were performed on the three experimental thermal labs by imposing a leaf coverage rate which differs during each measurement. The results have shown that masking reduces the outside temperature and enhances the interior thermal comfort especially during summer.

The present study conceives a numerical model for phase change materials following the apparent heat capacity method where the phase change occurs within a chosen temperature interval. A multiphysical modeling approach to satisfy the coupled momentum, energy and continuity conservation equations whilst avoiding numerical singularities is applied. By means of a 2D test-case geometry with variable boundary heating the influence of natural convection within the melted liquid zone is visualized. Corresponding non-dimensional governing equations are analysed to quantify the dominant contributing terms. It turns out that for sufficiently small Grashof number, or consequently small Rayleigh numbers the influence of natural convection can be neglected, thus simplyfing the problem substantially. The modeling approach has been adapted to a 2D-axisymmetric geometry within the scope of experimental validation. The simulation results and experimental data show reasonably good agreement. The model is numerically stable and suitable to facilitate design of latent heat storage systems.

Energy demand attributable to the operation of supermarkets on-site is thought to be responsible for 1% of UK greenhouse gas emissions. In use data show a performance gap approaching a factor of three for overall energy use, with a gap of a factor of six in energy demand for heating. This performance gap indicates significant faults in the conventional modelling route. Current building regulations in the UK require the “building related” energy use of new commercial buildings to comply with particular requirements. Supermarket buildings are therefore modelled according to these protocols to establish their predicted energy demand. The impact on this predicted energy demand of the exclusion of process energy (eg for refrigeration) from these protocols is explored by modelling a supermarket retail floor with heat transfers related to refrigerated cabinets, and comparing the sensitivities of such models with those of models compliant with regulatory protocols.Whereas models compliant with regulatory protocols indicate an advantage of limiting the level of insulation and airtightness, and allowing stratification, to facilitate heat loss through the store envelope; models that include heat transfers around the refrigerated cabinets are found to show that energy demand may be decreased by up to 40% by doubling both insulation and airtightness, and by destratification. This will, however, only apply if rates of air change in buildings in use match those modelled.This shows the importance of including heat transfers around refrigerated cabinets in design modelling, so that appropriate decisions may be taken with respect to building envelope parameters. Compliance modelling protocols should be changed to reflect this. In order to facilitate this change and enable modelling of refrigerated cabinets within a compliance model through a few simple inputs, a set of data and associated algorithms is derived and offered for inclusion in compliance modelling tools. Excel model of heat transfers in supermarket, comprises Appendix 2b

International audience; The paper focused on the modelling of the heat transfers during composting in a pilot-scale reactor under forced aeration. The model took into account the heat production and the transfers by evaporation, convection between material and gas crossing the material, conduction and surface convection between gas and material in bottom and upper parts of the reactor. The model was adjusted thanks to the measurements practised during fifteen composting experiments in which five organic wastes were, each, composted under three constant aeration rates. Heat production was considered proportional to oxygen consumption rate and the enthalpy per mole oxygen consumed was assumed constant. The convective heat transfer coefficients were determined on basis of the continuous measurements of the temperatures of both the lid and the bottom part of the reactor. The model allowed a satisfying prediction of the temperature of the composting material. In most cases, the mean absolute discard between the experimental and the simulated temperatures was inferior to 2.5 °C and the peaks of temperature occurred with less than 8 h delay. For the half of the experiments the temperature discard between the simulated peak and the experimental one was inferior to 5 °C. On basis of the calculation of a stoichiometric production of water through oxidation of the biodegradable organic matter, the simulation of water going out from material as vapour also allowed a rather satisfying prediction of the mass of water in final mixture. The influence of the aeration rate on every type of heat loss was characterized. Finally, the model was used to evaluate the impacts on material temperature caused by the change of the insulation thickness, the ambient temperature, take the lid away, the increase or the decrease of the mass of waste to compost.

This work deals with the modeling of near wall heat transfers in catalytic packed beds at the macroscopic scale. The main aims of the present work are the understanding and the modeling of physical mechanisms responsible for the heat transfers in the vicinity of the wall at the observation scale. Volume averaging concept is first extended to systems we consider. Thus, relevant physical mechanisms occurring in the near wall zone are unequivocally up-scaled from pore to bed scale. Then, the detailed analysis of the wall heat transfer coefficient, used in the popular two coefficient model λr - hw, brings to light each physical mechanism and its respective weighted contribution lumped in it. A model, based on the flow dynamic and describing the radial heat transfer, is finally derived at the reactor scale. It highlights that a channel effect occurs in the near wall zone, damping transfers by diffusion in the wall normal direction. It is hence showed that heat transfers mainly driven by mechanical dispersion are facing a convective thermal resistance near the wall. A wall law is also derived to model boundary layer/porous medium interactions, which ultimately connect the porous media model to the wall. Wall temperature is thus recovered with satisfaction.; Le travail réalisé porte sur la modélisation à l'échelle macroscopique des transferts thermiques dans les lits catalytiques et au voisinage de la paroi. L'objectif principal de ce travail est de comprendre et de modéliser les mécanismes physiques responsables des transferts thermiques dans cette région. La physique proche paroi est capturée à l'échelle macroscopique de façon univoque à l'aide du concept de changement d'échelle et la notion de prise de moyenne volumique est étendue aux types de systèmes que nous considérons. Le coefficient de transfert à la paroi du modèle à deux coefficients λr - hw est premièrement décortiqué afin de mettre en lumière les mécanismes physiques contenus dans cette notion ainsi que le poids de leur contribution respective. Un modèle, basé sur la dynamique de l'écoulement et décrivant le transport de la chaleur dans la direction radiale, est ensuite dérivé à l'échelle macroscopique. Il met notamment en évidence une zone proche paroi particulière, dominée par l'effet de canalisation, qui amortit les transferts diffusifs dans la direction normale à la paroi. On montre ainsi que les transferts thermiques pilotés essentiellement par des mécanismes de dispersion mécanique sont limités dans cette région par des effets de résistance thermique de type convective. Finalement, une loi de paroi décrivant une couche limite perturbée par la matrice solide est utilisée pour faire le raccord à la paroi, ce qui a permis de prédire avec satisfaction la température à la paroi.

This thesis consists of two relatively independent parts, the first part focuses on methods of temperature measurement using Multi-Spectral (passive optical pyrometry) methods, and the second on the Thermal Characterization by integral transforms at high temperature of orthotropic materials. In each of these two parts, methods / models developed were treated from a theoretical point of view, numerical and experimental.In the multi-spectral part, a method of temperature measurement to take into account a spectral variation of the overall measurement chain (including the emissivity) was introduced. Moreover, a method of determining the optimal wavelengths in the sense of minimizing the standard deviation of temperature, has been developed. Finally, it has also been shown that the optimal wavelengths for mono-spectral and bi-spectral measurements could be determined with similar laws to Wien's displacement law. In the Thermal Characterization part, different methods and models have been developed. The proposed methods perform the estimation of longitudinal and transverse diffusivities on all harmonics simultaneously. Furthermore, they allow overcoming the thermal coupling due to the presence of a sample holder, and / or making pseudo-local measurements of diffusivities. Finally, the concepts of correlation between parameters and duration of harmonics exploitability were also discussed., Ce mémoire est constitué de deux parties relativement indépendantes, dont la première porte sur les méthodes de mesure de température par méthodes Multi-Spectrales (pyrométrie optique passive), et la seconde sur la Caractérisation Thermique à haute température par transformations intégrales de matériaux orthotropes. Dans chacune de ces deux parties, les méthodes/modèles développés ont été traités du point de vue théorique, numérique, et expérimental. Dans la partie multi-spectrale, une méthode de mesure de température permettant de prendre en compte les variations spectrales de la chaine de mesure globale (incluant l’émissivité) a été présentée. De plus, une méthode de détermination des longueurs d’ondes optimales au sens de la minimisation de l’écart-type sur la température, a été développée. Enfin, il a également été montré que les longueurs d’ondes optimales pour les mesures mono-spectrales et bi-spectrales pouvaient être déterminées à l’aide de lois analogues à la loi de déplacement de Wien. Dans la partie Caractérisation Thermique, différentes méthodes et modèles ont été développés. Les méthodes proposées effectuent l’estimation des diffusivités longitudinales et transversales sur l’ensemble des harmoniques simultanément. De plus, ces méthodes permettent de s’affranchir du couplage thermique dû à la présence d’un porte-échantillon, et/ou d’effectuer des mesures de diffusivités pseudo-locales, en injectant comme conditions aux limites les informations expérimentales obtenues par caméra infrarouge. Enfin, les notions de corrélation entre les paramètres et de durée d’exploitabilité des harmoniques ont également été abordées.

This thesis consists of two relatively independent parts, the first part focuses on methods of temperature measurement using Multi-Spectral (passive optical pyrometry) methods, and the second on the Thermal Characterization by integral transforms at high temperature of orthotropic materials. In each of these two parts, methods / models developed were treated from a theoretical point of view, numerical and experimental.In the multi-spectral part, a method of temperature measurement to take into account a spectral variation of the overall measurement chain (including the emissivity) was introduced. Moreover, a method of determining the optimal wavelengths in the sense of minimizing the standard deviation of temperature, has been developed. Finally, it has also been shown that the optimal wavelengths for mono-spectral and bi-spectral measurements could be determined with similar laws to Wien's displacement law. In the Thermal Characterization part, different methods and models have been developed. The proposed methods perform the estimation of longitudinal and transverse diffusivities on all harmonics simultaneously. Furthermore, they allow overcoming the thermal coupling due to the presence of a sample holder, and / or making pseudo-local measurements of diffusivities. Finally, the concepts of correlation between parameters and duration of harmonics exploitability were also discussed.; Ce mémoire est constitué de deux parties relativement indépendantes, dont la première porte sur les méthodes de mesure de température par méthodes Multi-Spectrales (pyrométrie optique passive), et la seconde sur la Caractérisation Thermique à haute température par transformations intégrales de matériaux orthotropes. Dans chacune de ces deux parties, les méthodes/modèles développés ont été traités du point de vue théorique, numérique, et expérimental. Dans la partie multi-spectrale, une méthode de mesure de température permettant de prendre en compte les variations spectrales de la chaine de mesure globale (incluant l’émissivité) a été présentée. De plus, une méthode de détermination des longueurs d’ondes optimales au sens de la minimisation de l’écart-type sur la température, a été développée. Enfin, il a également été montré que les longueurs d’ondes optimales pour les mesures mono-spectrales et bi-spectrales pouvaient être déterminées à l’aide de lois analogues à la loi de déplacement de Wien. Dans la partie Caractérisation Thermique, différentes méthodes et modèles ont été développés. Les méthodes proposées effectuent l’estimation des diffusivités longitudinales et transversales sur l’ensemble des harmoniques simultanément. De plus, ces méthodes permettent de s’affranchir du couplage thermique dû à la présence d’un porte-échantillon, et/ou d’effectuer des mesures de diffusivités pseudo-locales, en injectant comme conditions aux limites les informations expérimentales obtenues par caméra infrarouge. Enfin, les notions de corrélation entre les paramètres et de durée d’exploitabilité des harmoniques ont également été abordées.

This PhD thesis is a contribution to the numerical simulation of the plasma sprayedcoating build-up by APS process (Atmospheric Plasma Spraying). This work focuses onthe build-up of a representative volume of the coat considering a great range of phenomenonappearing in APS process such as gas flow properties, kinetic (multiphase flow,wettability) and thermal (heat transfers, thermal contact resistance, solidification) duringthe impact and steaking of particles. An original numerical method, named VOF-SM(Volume Of Fluid - Sub Mesh) is developped. The simulation of the impact of an unsteadyand turbulent ArH2 plasma flow is carried out in order to define the gas flow closeto the wall and heat transferred to the substrate by the plasma. Specific phenomena of theimpact of particles were incorporated into the CFD code (Thétis) and validated independentlyby caparison with analytical solutions, then together combined by the comparisonto a millimeter size impact experimental data. Finally, a study of successive impacts ofYttria-Stabilized Zirconia particles onto a steel substrate was carried out by thermal andkinetic approach similarities to overcome the difficulty of resolving small scales., Cette thèse apporte une contribution à la simulation numérique de la construction de dépôts dans le cadre de la projection plasma type APS (Atmospheric Plasma Spraying). Ce travail est focalisé sur la construction d’un volume représentatif du revêtement en prenant en compte l’ensemble des phénomènes propres au procédé, tels que la nature de l’écoulement de gaz, la cinétique (multiphasique, mouillabilité) et la thermique (transferts thermiques, résistance thermique de contact, solidification) durant l’impact et l’empilement de particules. Une méthode numérique particulière, appelée VOF-SM (Volume Of Fluid - Sub Mesh), est développée. La simulation de l’impact d’un jet instationnaire et turbulent de plasma ArH2 sur un substrat a été réalisée pour définir la nature de l’écoulementen proche paroi et le transfert thermique entre cet écoulement et le substrat. Les phénomènes propres à l’impact de particules ont été intégrés au code de calcul Thétiset validés indépendamment par comparaison à des solutions analytiques et combinés par comparaison à un cas d’étude expérimentale millimétrique. Enfin, une étude d’impacts successifs de particules de Zircone Yttriée sur un substrat en acier a été menée, par une approche en similitudes thermique et cinétique pour pallier la difficulté de la résolution à petites échelles.

International audience; Underground Thermal Energy Storage appears to be an attractive solution for solar thermal energy storage. The SOLARGEOTHERM research project aimed to evaluate the energetic potential of borehole thermal energy storage by means of a full-scale experimental device and heat transfer models. Analysis of the experimental data showed that a single borehole is not efficient for storage. Models showed that the heat transfer fluid in the geothermal probe lost 15 per cent of its energy at a depth of 100 m and 25 per cent at 150 m. A relation was established that enables comparison of the storage characteristic time of any vertical BTES to an optimum one. Finally, guidelines are formulated to optimise the design of vertical borehole fields with an objective of inter-seasonal heat storage.

The goal of this thesis is the aero-thermal study and optimization of a starter-alternator used in hybrid cars. This kind of machines being more powerful than a regular alternator, their cooling is critical. The machine is modeled using lumped method in steady state which uses networks of thermal conductances. The inputs for the model are obtained using correlations from bibliography for the convective heat transfers and three dimensional CFD for the flow rates inside the machine. The numerical results are validated by experimental results with PIV for the fluid results and a machine fitted with thermocouples for the thermal part. In the second part, the thermal code is coupled with an optimization algorithm to obtain an optimal geometry of the machine from a thermal point of view. The method chosen is Particle Swarm Optimization (PSO). The parameters are the sizes of the end-windings, the positions of the fans and the cross section of the rotor channels. For different objectives, different optimal geometries are obtained. The last part of this work aims at the multi-objectives optimization of a heat sink located at the back of the machine. The heat sink has to be thermally efficient but should not affect the flow. Different shapes of fins are also studied.; Cette thèse porte sur l’étude et l’optimisation aérothermique d’un alterno-démarreur utilisé dans les véhicules hybrides. Ces machines produisant beaucoup plus de puissance qu’un alternateur classique, leur refroidissement est donc critique. La machine est modélisée en utilisant la méthode nodale en régime permanent qui utilise des réseaux de conductances thermiques. Pour alimenter le modèle, on utilise des corrélations issues de la littérature pour modéliser les transferts convectifs et on effectue des calculs CFD de la machine complète pour obtenir la répartition des débits. Les résultats obtenus numériquement sont ensuite validés expérimentalement à l’aide d’essais par Vélocimétrie par Images de Particules et d’essais thermiques par mesure thermocouples. Dans un deuxième temps, on couple un algorithme d’optimisation au code pour obtenir une géométrie de la machine optimale d’un point de vue thermique. La méthode retenue est l’Optimisation par Essaim Particulaire (PSO). L’optimisation se fait sur la taille des têtes de bobines, la position des ventilateurs et la section des canaux rotoriques. On obtient des géométries différentes selon les objectifs que l’on cherche à atteindre. La dernière partie de la thèse porte sur l’optimisation multi-objectifs d’un dissipateur située sur la partie électronique à l’arrière de l’alternateur : le dissipateur doit refroidir le plus possible l’électronique sans pour autant perturber l’écoulement. On étudie aussi plusieurs formes d’ailettes pour atteindre ces objectifs.

This master thesis presents results of energy performance for different ventilation strategies, where the results are attempted to be improved by implementing air flow windows to increase comfort and reduce energy consumption compared to more traditional ventilation types.

Simulation of real flows and heat transfers often implies obstacles or interfaces of complex shapes. Due to their lack of flexibility, structured grids are not initially adapted to deal with irregular interfaces as these latters do not match with the grids nodes. In ordre to simulate cases involving complex interfaces with accuracy, the fictitious domain approach is chosen. After a large study of the litteracy, the second part of the document deals with the management of the complex shapes which define the interfaces. The cases using curvilinear calculation grids are specifically treated with a new approach. The third part shows two new high-order fictitious domain methods : the sub-mesh penalty method and the algebraic immersed interface and boundary method. In a fourth part, the previous methods are used to simulate the fluid-structure coupling. A solid-solid simulator is presented too. The last part deals with industrial or environnemental cases and shows the performances and capabilities of the complete approach.; La simulation de cas réalistes d'écoulements ou de transferts thermiques implique souvent l'utilisation d'obstacles ou d'interfaces de forme complexe. De part leur manque de flexibilité, les maillages structurés ne sont pas initialement adaptés au traitement d'interfaces irrégulières, ces dernières coïncidant rarement avec les lignes du maillage. Afin de permettre à l'approche structurée de traiter des interfaces complexes avec précision, des méthodes dites de domaines fictifs sont nécessaires. La première contribution de cette thèse est une nouvelle méthode de travail sur maillage curviligne structuré qui permet de réutiliser de nombreuses méthodes fonctionnant initialement sur des maillages cartésiens sur maillages curvilignes. Nous avons ensuite mis au point deux nouvelles méthodes de domaines fictifs : la méthode de pénalisation de sous-maille (PSM) pour la gestion des frontières immergées pour les équations elliptiques et de Navier-Stokes et la méthode d'interface immergée algébrique (IIA) pour les problèmes d'interfaces immergées pour les équations elliptiques. L'un des intérêts de ces deux méthodes à l'ordre deux en espace est leur simplicité. Ces différents développements ont finalement été appliqués à des cas de couplage fluide-structure académiques et réalistes (sédimentation d'un cylindre, hydroplanage d'un pneu, écoulements dans une tête de forage et convection naturelle dans la grotte de Lascaux).

The use of non vaporizable fluids such as gas to quench steel bodies makes the simulation of all the coupled physical phenomena involved in this heat treatment possible thanks to current numerical simulation tools. It gives access to the prediction of thermal, metallurgical and mechanical behaviour of steel pieces during quenching operation. Several authors have tried and build such kind of models in order to promote gas quenching use either by trying to replace less environmental friendly oil treatments or by trying to control distortions during or after quenching. In our work a model describing the physical coupled phenomena, from gas flow to distortion has been built step by step by coupling both commercial numerical codes Fluent and Sysweld. Simulation results have then been compared to gas flow velocities measurements (by PIV), temperature measurements and in situ distortions measurements (contour's detection method). This confrontation revealed a very good agreement between calculated and experimental data despite some slight differences, which have been analysed in detail. This validated the calculation method used in the model. One of the perspectives of this work could be the validation of the model for higher quenching rate. However, some industrial applications (tridimensional more complex bodies quenching simulation, quenching of full loads, ) can be run from now on with confidence; L'utilisation de fluides non vaporisables tels que les gaz pour tremper différentes pièces d'acier rend possible, avec les outils numériques actuels, la simulation de l'ensemble des phénomènes physiques mis en jeu dans ce traitement thermique et ainsi de prédire les comportements thermique, métallurgique et mécanique des pièces. Plusieurs auteurs s'intéressent à la construction de ce type de modèles dont les enjeux sont de promouvoir l'utilisation de la trempe gazeuse haute pression, en cherchant à remplacer les trempes à l'huile plus polluantes et/ou à maîtriser les déformations pendant ou après la trempe. Lors de notre travail, un modèle décrivant ces phénomènes physiques, de l'écoulement gazeux aux déformations, et leurs couplages a été construit par étapes en couplant les deux codes de calcul commerciaux Fluent et Sysweld. Les résultats de simulations ont ensuite été confrontés à des mesures de vitesses d'écoulements de gaz (par PIV), de températures et de déformations in situ (détection de contours). Malgré quelques écarts dont les origines ont été analysées, la comparaison a révélé une très bonne concordance des résultats de calculs et expérimentaux, validant ainsi la démarche de calcul. Le modèle pourrait maintenant être testé pour des refroidissements plus rapides que ceux considérés mais son utilisation pour des applications industrielles (pièces de géométrie plus complexe, refroidissement de charges entières, ) peut d'ores et déjà être envisagée avec confiance

International audience; —This paper deals with an analytical thermal model for switched reluctance motors (SRM). This presented thermal model is a capitalization of knowledge concerning heat transfers for this type of electric machine and it has been built in an objected oriented environment. Generally, electric motors generate heat with their losses. These losses can be classified in three categories: electrical circuit losses, magnetic circuit losses and mechanical losses. A lumped thermal model has been created in an objected oriented environment, with calculated losses, thermal resistances and capacities, in order to predict heat transfers and temperature evolution in different parts for any switched reluctance machine topology. Analytical thermal relations for the conduction or convection heat transfer are implemented in object class methods. At the end, it has been obtained a complete thermal model that can give a transient temperature simulation for any topology of switched reluctance motors.

The use of non vaporizable fluids such as gas to quench steel bodies makes the simulation of all the coupled physical phenomena involved in this heat treatment possible thanks to current numerical simulation tools. It gives access to the prediction of thermal, metallurgical and mechanical behaviour of steel pieces during quenching operation. Several authors have tried and build such kind of models in order to promote gas quenching use either by trying to replace less environmental friendly oil treatments or by trying to control distortions during or after quenching. In our work a model describing the physical coupled phenomena, from gas flow to distortion has been built step by step by coupling both commercial numerical codes Fluent and Sysweld. Simulation results have then been compared to gas flow velocities measurements (by PIV), temperature measurements and in situ distortions measurements (contour's detection method). This confrontation revealed a very good agreement between calculated and experimental data despite some slight differences, which have been analysed in detail. This validated the calculation method used in the model. One of the perspectives of this work could be the validation of the model for higher quenching rate. However, some industrial applications (tridimensional more complex bodies quenching simulation, quenching of full loads, ) can be run from now on with confidence, L'utilisation de fluides non vaporisables tels que les gaz pour tremper différentes pièces d'acier rend possible, avec les outils numériques actuels, la simulation de l'ensemble des phénomènes physiques mis en jeu dans ce traitement thermique et ainsi de prédire les comportements thermique, métallurgique et mécanique des pièces. Plusieurs auteurs s'intéressent à la construction de ce type de modèles dont les enjeux sont de promouvoir l'utilisation de la trempe gazeuse haute pression, en cherchant à remplacer les trempes à l'huile plus polluantes et/ou à maîtriser les déformations pendant ou après la trempe. Lors de notre travail, un modèle décrivant ces phénomènes physiques, de l'écoulement gazeux aux déformations, et leurs couplages a été construit par étapes en couplant les deux codes de calcul commerciaux Fluent et Sysweld. Les résultats de simulations ont ensuite été confrontés à des mesures de vitesses d'écoulements de gaz (par PIV), de températures et de déformations in situ (détection de contours). Malgré quelques écarts dont les origines ont été analysées, la comparaison a révélé une très bonne concordance des résultats de calculs et expérimentaux, validant ainsi la démarche de calcul. Le modèle pourrait maintenant être testé pour des refroidissements plus rapides que ceux considérés mais son utilisation pour des applications industrielles (pièces de géométrie plus complexe, refroidissement de charges entières, ) peut d'ores et déjà être envisagée avec confiance

From production to consumption, throughout the so-called cold chain, food requires strict temperature control. Display cabinets play an essential role in food conservation as they are considered as one of the weakest links of this chain. Most of the refrigerated cabinets are forced-air open display cabinets. An air curtain separates frozen-food from the ambient air. Nevertheless, changes of the ambient conditions can cause dramatic differences on the temperature of the load. The temperature of the warmest products can be higher than the maximal authorised temperature by European standard. This study takes part of a project concerning the use of mist injection to improve performances of refrigerated display cabinets. In a first step, flow simulations give a global view of the flow inside the cabinet. Then, temperatures that can be reached in the products without injection of mist, are calculated solving the energy equation. The introduction of a discrete phase model enables the prediction of the droplets deposition rate along the products surface. Three different approaches are considered in order to take into account the heat transfer due to droplets evaporation on this surface. Mesures realized on a cabinet permit, on the one hand, to draw a velocity map of the air curtain, and, on the other hand, to estimate the heat transfer coefficient evolution along the products surface.

Forecasting the quantity of leachate is a major issue in short and long term management of solid waste landfill cells, for environment protection as well as for financial aspects. We tried to assess the water budget at the scale of a landfill cell in order to estimate the water fluxes inside wantes and at atmospheric interface (rainfall, runoff, evaporation or evapotranpiration when the cell is covered with earth and vegetation). A cell was equipped for the monitoring of different tenus of the water budget, in a quite comprehensive manner. Time domain reflectometry probes were used for soil and waste moi sture measurement. Temperatures were also monitored in order to assess their influence on flows. This experimental approach produced new results about thermal behaviour of solid waste and values oftemperature gradients. The monitoring enabled to quantify the infiltration through the cover. In spite of some sensors ill operating, we obtained a fairly good qualitative representation of the water content variations at the botttom of the cell. A method for estimation of evaporation from solid waste exposed to atmosphere was proposed. Modelling of water and heat fluxes within solid waste was developped. The coupled model was able to simulate properly the water content variations of the cover, and the leachate height variations at the bottom. The interpretation of model results shows the influence of temperature, and the existence of a thermic « banier » limiting the updown water fluxes., La prévision des volumes de lixiviat produits par les casiers de stockage de déchets ménagers (CSD) constitue un enjeu important dans la gestion à court terme et à long terme d'un CSD (dimensionnement, gestion du risque pour l'environnement, gestion du coût financier). Nous nous sommes intéressés au bilan hydrique à l'échelle d'un casier de stockage de déchets ménagers pour tenter de quantifier les flux d'eau entre le casier et l'extérieur (pluviométrie, ruissellement et évaporation) et à l'intérieur des déchets. Un casier de décharge a été instrumenté pour suivre l'évolution des termes du bilan hydrique. Cette étude a pour intérêt de présenter une approche relativement complète du cycle de l'eau et d'utiliser la technologie TDR dans les déchets. Les températures ont aussi été mesurées afin d'étudier leur impact sur les écoulements. Cette approche expérimentale a fourni des résultats originaux concernant le comportement thermique des déchets et des gradients de température observés. L'instrumentation en place a permis une quantification de l'infiltration à travers la couverture. Malgré les difficultés de comportement de certaines sondes, plusieurs capteurs TDR ont permis un bon suivi qualitatif des variations de teneur en eau en fond de casier. Une approche, pour calculer l'évaporation des déchets en contact avec l'atmosphère, a été proposée. Une modélisation des transferts couplés d'humidité et de chaleur au sein des centres de stockage de déchets ménagers a donc été développée. Le comportement du modèle thermique s'est révélé très satisfaisant par rapport aux mesures sur site. Le modèle couplé, quant à lui, a permis de reproduire avec fidélité les variations de stock en eau dans la couverture ainsi que la hauteur de lixiviat en fond de puits. L'analyse du modèle a montré l'influence des températures avec notamment l'apparition de barrières thermiques ralentissant le transfert de l'eau vers le fond.