Search

The aim of this thesis is to develop the modelling and simulation of heating operations in the manufacturing process of prepregs using slurry impregnation. In the first part of the manuscript, the study of the IR oven is carried out. An experimental campaign was conducted in order to understand the operation of the IR oven and the influence of process parameters on its functioning. Then the ovens radiation source: IR lamps equipped with a ceramic reflector was studied and modelled using an inverse identification approach. Using these results, a more complete modelling of the IR oven could be established and the numerical results compared with the experimental tests carried out in the first chapter. In the second part of the manuscript, the study of the prepreg during heating was carried out. An experimental campaign was used to obtain experimental data concerning the manufacturing process parameters and the temperature of the product during heating. The characterization of the optical properties of the material, the calculation of the heating rate and the observation of the microstructure were carried out. Then the thermo-physical properties were modelled from the experimental observations. Finally, all of the information obtained made it possible to establish a preliminary model of the heating of the prepreg.; Cette thèse a pour but de développer la modélisation et la simulation des opérations de chauffage dans le procédé de fabrication de pré-imprégnés en voie aqueuse. Dans la première partie du manuscrit, l’étude du four IR est menée. Une campagne expérimentale a été menée afin de comprendre le fonctionnement du four IR et l’influence des paramètres procédé sur son fonctionnement. Ensuite, la source de rayonnement du four : des lampes IR dotées d’un réflecteur céramique, a été étudiée et modélisée en utilisant une approche d’identification inverse. A l’aide de ces résultats une modélisation plus complète du four IR a pu être établie et les résultats numériques confrontés aux essais expérimentaux effectués dans le premier chapitre. Dans la seconde partie du manuscrit, l’étude du pré-imprégné au cours du chauffage a été menée. Une campagne expérimentale a permis d’obtenir des données expérimentales concernant les paramètres procédés de fabrication et la température du produit au cours du chauffage. La caractérisation des propriétés optiques des matériaux, le calcul de la vitesse de chauffage et l’observation de la microstructure ont été réalisés. Ensuite les propriétés thermo-physiques ont été modélisées à partir des observations expérimentales. Enfin, l’ensemble des informations obtenues ont permis d’établir un modèle préliminaire du chauffage du pré-imprégné.

Avec la miniaturisation des composants électroniques et la puissance toujours croissante demandée à ces derniers, le contrôle thermique des équipements électronique est un enjeu crucial dans tous les domaines industriels. Parmi les solutions disponibles pour assurer ce contrôle thermique celles sur lesquelles se penche notre étude sont les Loop Heat Pipe (LHP). Bien que le spatial soit de loin le domaine dans lesquels ces dispositifs sont les plus utilisés, ces derniers voient leur domaine d’application s’ouvrir aux applications terrestres. Les LHPs sont composées d’un évaporateur connecté à un condenseur par une ligne vapeur et d’un réservoir accolé à l’évaporateur et qui est relié au condenseur par une ligne liquide. Parmi ces éléments notre étude se focalise sur l’évaporateur qui a la charge d’évacuer le flux thermique et de servir de pompe en vaporisant le fluide. La première partie de la thèse est consacrée à la conception et l’exploitation d’un banc d’essai innovant qui vise à observer des phénomènes intervenants dans les LHPs et difficile à capturer via les simulations numériques. Plus précisément, il s’agit d’observer la vidange des rainures au démarrage de l’évaporateur lorsque celui-ci est rempli de liquide et ce pour différentes orientations dans le champ gravitaire. Ces expériences effectuées pour deux matériaux différents ont pu mettre en évidence des régimes d’écoulement jusqu’ici peu ou pas envisagés. Afin de contribuer au développement d’un outil numérique permettant de calculer le comportement de l’ensemble de la boucle de manière détaillé, la seconde partie de la thèse est dédiée aux aspects simulations. Afin d’effectuer un changement d’échelle au niveau de l’évaporateur, différentes hypothèses et parti pris de modélisation sont étudiés pour les cas où les rainures sont construites dans la culasse ou dans la mèche poreuse. Après un rappel sur le modèle d’évaporateur basé sur une approche de type réseau de pore mixte, le premier aspect de modélisation étudié est celui de la prise en compte de la zone entre la mèche et le réservoir. Cette zone d’abord considérée comme une paroi solide qui échange avec le réservoir apparait comme améliorant la conductance locale, retardant l’apparition de la zone diphasique dans la mèche et diminuant le débit vaporisé au début de l’évaporateur. Ceci implique une zone plus froide en début d’évaporateur qui pointe ainsi l’importance d’un bon positionnement des thermocouples lors de test. Bien que l’influence de cette zone se limite avec une longueur d’évaporateur croissante, sa modélisation semble impérative pour prendre en compte le flux de chaleur vers le réservoir dans le cadre de modèles plus détaillés. Autre source possible d’hétérogénéités au sein du modèle le comportement de l’écoulement vapeur au sein des rainures est étudié. Un modèle éléments finis, alimenté par les résultats du modèle réseau de pore, résout les transferts de chaleurs et l’écoulement au sein d’une rainure vapeur. Les résultats ont montré des différences significatives avec les hypothèses usuelles entre les deux géométries. Alors que l’hypothèse d’une température de vapeur constante dans le canal et proche de la température de saturation s’avère acceptable dans le cas de canaux construits dans la mèche celle-ci est erronée dans le cas des canaux construits dans la culasse. L’étude des variations de pression dans le canal appuie l’utilisation d’une température de saturation constante dans ces canaux. En contraste avec l’augmentation constante de la vitesse dans ces canaux, les coefficients d’échanges convectifs n’évoluent que peu alors que les corrélations indiquent une augmentation de ces coefficients avec le nombre de Reynolds. Ces résultats appliqués aux modèles réseau de pores ont confirmé la faible influence des conditions dans les canaux sur le comportement de l’évaporateur hormis pour le cas où les canaux sont usinés dans la culasse et ou une augmentation de la température et du débit a été observé.

Thin wavy liquid films are used in many industrial applications as heat and mass transfer promoters, for example they are used in plate heat exchanger or in cooling columns of nuclear power plants. However, the mechanisms of transfer intensification related to the instabilities are still poorly understood and models do not allow to account for all physical phenomena and their coupling. The aim of this work is to study experimentally the intensification of heat transfers between a heated flat inclined wall and the liquid film, when it is traversed by 2D waves on its surface. For this purpose, an experiment has been developed, allowing to impose perturbations on a water film flowing on a thin titanium sheet, heated by Joule effect. Two non-intrusive measurement techniques, based on the laser-induced fluorescence (LIF) technique with two dyes and two colors (2c2d-LIF) were performed to characterize heat transfer. The temporal evolutions of the local average temperature and thickness of the film were measured at one point using a point LIF measurement. A continuous laser radiation, with a wavelength of 532 nm, is used to excite the fluorescence of the seeded liquid by a couple of fluorescent tracers. The intensity of the fluorescence is detected on two different spectral bands: the ratio of the two intensities makes it possible to determine the average temperature of the volume of the probed film, while the intensity measurement makes it possible to obtain the thickness of the film. The use of a pulsed laser allows to freeze the dynamics of the film. Thus, the simultaneous use of two CCD cameras allows to apply the 2c2d-LIF technique in order to obtain an image of the instantaneous temperature field inside the wavy liquid film. The use of a fluorescence intensity ratio on two spectral bands allows to get rid of poorly controlled parameters related to the fluorescence intensity such as the variation of the laser intensity in the film, induced by the deformation of the free surface of the film. A reconstruction algorithm provides the spatio-temporal evolution of the temperature field over the period relative to a wave. The association of these techniques with the measurement of the wall temperature by thermocouples allows to correlate the presence of surface waves to the intensification of heat transfers. The results obtained allow to highlight the influence of convective mixtures induced by surface waves on heat transfers, as a function of parameters such as the frequency of waves and the volume flow rate of the liquid.; Les films liquide minces à instabilités de surface sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles comme promoteurs des transferts de chaleur et de masse, dans les échangeurs à plaques ou dans les colonnes de refroidissement de centrales nucléaires par exemple. Cependant, les mécanismes de l’intensification des transferts liés aux instabilités sont encore mal compris et les modèles ne permettent pas de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques et de leurs couplages. Le but de ces travaux est d’étudier expérimentalement l’intensification des transferts de chaleur entre une paroi chauffée plane inclinée et le film liquide lorsqu’il est parcouru de vagues 2D à sa surface. Pour cela un dispositif expérimental a été développé, permettant d’imposer des perturbations à un film d’eau s’écoulant sur une feuille mince de titane, chauffée par effet Joule. Deux techniques de mesure non-intrusives, basées sur la technique de fluorescence induite par laser (LIF) à deux colorants et deux couleurs (2c2d-LIF) ont été effectuées pour caractériser les transferts de chaleurs. Les évolutions temporelles de l’épaisseur et de la température moyennes locales du film ont été mesurées en un point à l’aide d’une mesure par LIF ponctuelle. Un rayonnement laser continu, de longueur d’onde 532 nm, est utilisé afin d’exciter la fluorescence du liquide ensemencé par un couple de traceurs fluorescents. L’intensité de la fluorescence est détectée sur deux bandes spectrales différentes : le rapport des deux intensités permet de déterminer la température moyenne du volume du film sondé, alors que la mesure d’intensité permet d’obtenir l’épaisseur du film. L’utilisation d’un laser impulsionnel permet de figer la dynamique du film. Ainsi, l’utilisation simultanée de deux caméras CCD permet d’appliquer la technique 2c2d-LIF afin d’obtenir une image du champ de température instantané à l’intérieur du liquide, au passage des vagues. L’utilisation d’un rapport d’intensité de fluorescence sur deux bandes spectrales permet de s’affranchir de paramètres mal maîtrisés, liés à l’intensité de fluorescence comme la variation de l’intensité du laser dans le film, induite par la déformation de la surface libre du film. Un algorithme de reconstruction permet de disposer de l’évolution spatio-temporelle du champ de température sur la période relative à une vague. L’association de ces techniques avec la mesure de température de paroi par des thermocouples permet de corréler la présence de vagues de surface à l’intensification des transferts de chaleur. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence l’influence de mélanges convectifs induits par les vagues de surface sur les transferts de chaleur, ceci en fonction de paramètre tels que la fréquence des vagues et le débit volumique du liquide.

Thin wavy liquid films are used in many industrial applications as heat and mass transfer promoters, for example they are used in plate heat exchanger or in cooling columns of nuclear power plants. However, the mechanisms of transfer intensification related to the instabilities are still poorly understood and models do not allow to account for all physical phenomena and their coupling. The aim of this work is to study experimentally the intensification of heat transfers between a heated flat inclined wall and the liquid film, when it is traversed by 2D waves on its surface. For this purpose, an experiment has been developed, allowing to impose perturbations on a water film flowing on a thin titanium sheet, heated by Joule effect. Two non-intrusive measurement techniques, based on the laser-induced fluorescence (LIF) technique with two dyes and two colors (2c2d-LIF) were performed to characterize heat transfer. The temporal evolutions of the local average temperature and thickness of the film were measured at one point using a point LIF measurement. A continuous laser radiation, with a wavelength of 532 nm, is used to excite the fluorescence of the seeded liquid by a couple of fluorescent tracers. The intensity of the fluorescence is detected on two different spectral bands: the ratio of the two intensities makes it possible to determine the average temperature of the volume of the probed film, while the intensity measurement makes it possible to obtain the thickness of the film. The use of a pulsed laser allows to freeze the dynamics of the film. Thus, the simultaneous use of two CCD cameras allows to apply the 2c2d-LIF technique in order to obtain an image of the instantaneous temperature field inside the wavy liquid film. The use of a fluorescence intensity ratio on two spectral bands allows to get rid of poorly controlled parameters related to the fluorescence intensity such as the variation of the laser intensity in the film, induced by the deformation of the free surface of the film. A reconstruction algorithm provides the spatio-temporal evolution of the temperature field over the period relative to a wave. The association of these techniques with the measurement of the wall temperature by thermocouples allows to correlate the presence of surface waves to the intensification of heat transfers. The results obtained allow to highlight the influence of convective mixtures induced by surface waves on heat transfers, as a function of parameters such as the frequency of waves and the volume flow rate of the liquid., Les films liquide minces à instabilités de surface sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles comme promoteurs des transferts de chaleur et de masse, dans les échangeurs à plaques ou dans les colonnes de refroidissement de centrales nucléaires par exemple. Cependant, les mécanismes de l’intensification des transferts liés aux instabilités sont encore mal compris et les modèles ne permettent pas de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques et de leurs couplages. Le but de ces travaux est d’étudier expérimentalement l’intensification des transferts de chaleur entre une paroi chauffée plane inclinée et le film liquide lorsqu’il est parcouru de vagues 2D à sa surface. Pour cela un dispositif expérimental a été développé, permettant d’imposer des perturbations à un film d’eau s’écoulant sur une feuille mince de titane, chauffée par effet Joule. Deux techniques de mesure non-intrusives, basées sur la technique de fluorescence induite par laser (LIF) à deux colorants et deux couleurs (2c2d-LIF) ont été effectuées pour caractériser les transferts de chaleurs. Les évolutions temporelles de l’épaisseur et de la température moyennes locales du film ont été mesurées en un point à l’aide d’une mesure par LIF ponctuelle. Un rayonnement laser continu, de longueur d’onde 532 nm, est utilisé afin d’exciter la fluorescence du liquide ensemencé par un couple de traceurs fluorescents. L’intensité de la fluorescence est détectée sur deux bandes spectrales différentes : le rapport des deux intensités permet de déterminer la température moyenne du volume du film sondé, alors que la mesure d’intensité permet d’obtenir l’épaisseur du film. L’utilisation d’un laser impulsionnel permet de figer la dynamique du film. Ainsi, l’utilisation simultanée de deux caméras CCD permet d’appliquer la technique 2c2d-LIF afin d’obtenir une image du champ de température instantané à l’intérieur du liquide, au passage des vagues. L’utilisation d’un rapport d’intensité de fluorescence sur deux bandes spectrales permet de s’affranchir de paramètres mal maîtrisés, liés à l’intensité de fluorescence comme la variation de l’intensité du laser dans le film, induite par la déformation de la surface libre du film. Un algorithme de reconstruction permet de disposer de l’évolution spatio-temporelle du champ de température sur la période relative à une vague. L’association de ces techniques avec la mesure de température de paroi par des thermocouples permet de corréler la présence de vagues de surface à l’intensification des transferts de chaleur. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence l’influence de mélanges convectifs induits par les vagues de surface sur les transferts de chaleur, ceci en fonction de paramètre tels que la fréquence des vagues et le débit volumique du liquide.

L’attention croissante portée aux conséquences de l’activité humaine sur l’état de notre environnement modifie les méthodes d’évaluation de performance et d’efficacité des machines inventées par l’homme. Dans une première partie, je présente comment l’approche thermodynamique classique, reposant sur l’analyse des bilans d’énergie, s’enrichit de bilans de masse supplémentaires nécessaires à l’évaluation environnementale. L’approche énergétique présente une analogie forte avec l’analyse en cycle de vie, méthode d’évaluation de la performance environnementale de machine et le premier chapitre dresse un tableau des points de convergences et des différences entre l’analyse en cycle de vie, et la thermodynamique classique. La seconde partie est plus spécifiquement dédiée à l’étude des bilans de matière pour le volet environnemental. Ces bilans de matières portent sur des écoulements diphasiques: de l’air, des composés gazeux condensables, des particules solides ou liquides, évaporables ou non. Je présente les phénomènes physiques qui régissent l’évolution de ces particules dans l’air puis j’aborde la question du couplage entre les phases du fait des transferts de masse et d’énergie. Dans la troisième partie, l’approche systémique est appliquée à diverses machines thermiques. Les travaux réalisés sur la caractérisation chimique et énergétique, des phases particulaire et gazeuse associées aux machines thermiques sont présentés. En sortie d’atomiseurs ou de moteurs, je montre comment des particules évoluent sous l’influence de leur environnement et des échanges entre phases. Dans une troisième partie, j’illustre à partir de travaux d’observation sur l’usage des machines les contributions apportées sur les questions de maîtrise de la consommation d’énergie. Je décline l'approche thermoéconomique sur la brumisation et discute de la mesure de performance pour les systèmes de refroidissement passif. Je présente les problèmes posés par le croisement des bilans matières et énergie et leur impact sur l'appréciation de rendement sur un exemple de valorisation de la biomasse. L’unification de approches énergétiques et environnementales comme outil d’optimisation de systèmes reste largement à approfondir et ce rapprochement constitue les perspectives de mes travaux de recherche à court et moyen terme.

This work is about radiative heat transfer in heterogeneous materials used in high temperature applications, such as fire safety in buildings, insulation of furnaces or thermal protection for aerospace vehicles. These semitransparent materials with heterogeneous structure absorb and scatter thermal radiation, and their radiative properties at high temperatures are generally unknown. In order to accurately model radiative transfer within these materials and to quantify the impact of radiation in the global heat transfer, it is necessary to determine absorption and scattering radiative properties. In this thesis, these properties are identified by inverse method from radiative models and spectrometric measurements. Experimental identification from spectrometric measurements provides radiative properties at temperature levels close to real operating conditions for the material of interest. To carry out the analysis of the inverse problem, we develop here a methodology based on Symbolic Monte Carlo (SMC) methods. These methods allow expressing radiative fluxes as a simple function of the so-called symbolic parameters. A single calculation expresses radiative fluxes overall the parameter space, which turns out to be very useful in an inversion approach. These methods are particularly suitable for expressing radiative quantities as a function of temperature, of absorption and scattering coefficients. In this thesis, we also propose a new symbolic method based on a series expansion of orthogonal polynomials, allowing the extension of SMC methods to other types of parameters (geometric, phase function, etc.). Expressions of radiative fluxes as functions of radiative properties obtained by SMC are employed to analyze if the inverse problem is well-posed and to efficiently identify the radiative properties, while taking into account the experimental and numerical uncertainties. On the other hand, if the inverse problem is ill-posed, this method can analyze the input of other types of measurements that may allow the identification. The methodology is applied in this work to the identification of radiative properties of a family of heterogeneous materials composed of Quartz fibers.; Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des transferts de chaleur par rayonnement dans des matériaux hétérogènes utilisés dans des applications haute température, comme la sécurité incendie dans le bâtiment, l’isolation de fours ou la protection thermique dans l’aérospatial. Ces matériaux hétérogènes en structure et/ou en composition s’avèrent être des milieux semi-transparents qui absorbent et qui diffusent le rayonnement thermique, et leurs propriétés radiatives à haute température sont souvent inconnues. Afin de modéliser avec précision le rayonnement au sein de ces matériaux et de quantifier la part du rayonnement par rapport aux autres modes de transferts de chaleur, il est nécessaire de déterminer leurs propriétés radiatives d’absorption et de diffusion. Dans le cadre de cette thèse, ces propriétés sont identifiées par méthode inverse à partir de modèles de rayonnement et de mesures spectrométriques. L’identification expérimentale permet d’accéder aux propriétés radiatives dans des conditions de température proches des conditions d’utilisation du matériau d’intérêt. Pour mener à bien l’analyse du problème inverse, nous proposons et développons ici une méthodologie se basant sur des méthodes Monte Carlo Symbolique (MCS). Celles-ci permettent d’exprimer les flux radiatifs sous la forme d’une fonction simple de paramètres dits symboliques. Un seul calcul permet ainsi d’exprimer les flux sur tout l’espace des paramètres, ce qui s’avère très utile dans une démarche d’inversion. Ces méthodes sont particulièrement adaptées pour exprimer des grandeurs radiatives en fonction de la température, du coefficient d’absorption et du coefficient de diffusion. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode symbolique basée sur un développement en séries de polynômes orthogonaux, permettant d’étendre la méthode MCS à d’autres types de paramètres (géométriques, fonction de phase, etc.). Les expressions de flux radiatif en fonction des propriétés radiatives obtenues par MCS permettent de déterminer si le problème inverse est bien-posé et d’identifier rapidement les propriétés radiatives, tout en prenant en compte les incertitudes expérimentales et numériques. D’autre part, dans le cas où le problème inverse est mal-posé, l’outil proposé permet d’analyser l’apport d’informations supplémentaires par d’autres modèles ou d’autres types de mesures pour l’identification. Dans cette thèse, nous appliquons cette méthodologie à l’identification des propriétés radiatives du Quartzel, famille de matériaux hétérogènes constitués de fibres de Quartz.

This work is about radiative heat transfer in heterogeneous materials used in high temperature applications, such as fire safety in buildings, insulation of furnaces or thermal protection for aerospace vehicles. These semitransparent materials with heterogeneous structure absorb and scatter thermal radiation, and their radiative properties at high temperatures are generally unknown. In order to accurately model radiative transfer within these materials and to quantify the impact of radiation in the global heat transfer, it is necessary to determine absorption and scattering radiative properties. In this thesis, these properties are identified by inverse method from radiative models and spectrometric measurements. Experimental identification from spectrometric measurements provides radiative properties at temperature levels close to real operating conditions for the material of interest. To carry out the analysis of the inverse problem, we develop here a methodology based on Symbolic Monte Carlo (SMC) methods. These methods allow expressing radiative fluxes as a simple function of the so-called symbolic parameters. A single calculation expresses radiative fluxes overall the parameter space, which turns out to be very useful in an inversion approach. These methods are particularly suitable for expressing radiative quantities as a function of temperature, of absorption and scattering coefficients. In this thesis, we also propose a new symbolic method based on a series expansion of orthogonal polynomials, allowing the extension of SMC methods to other types of parameters (geometric, phase function, etc.). Expressions of radiative fluxes as functions of radiative properties obtained by SMC are employed to analyze if the inverse problem is well-posed and to efficiently identify the radiative properties, while taking into account the experimental and numerical uncertainties. On the other hand, if the inverse problem is ill-posed, this method can analyze the input of other types of measurements that may allow the identification. The methodology is applied in this work to the identification of radiative properties of a family of heterogeneous materials composed of Quartz fibers., Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des transferts de chaleur par rayonnement dans des matériaux hétérogènes utilisés dans des applications haute température, comme la sécurité incendie dans le bâtiment, l’isolation de fours ou la protection thermique dans l’aérospatial. Ces matériaux hétérogènes en structure et/ou en composition s’avèrent être des milieux semi-transparents qui absorbent et qui diffusent le rayonnement thermique, et leurs propriétés radiatives à haute température sont souvent inconnues. Afin de modéliser avec précision le rayonnement au sein de ces matériaux et de quantifier la part du rayonnement par rapport aux autres modes de transferts de chaleur, il est nécessaire de déterminer leurs propriétés radiatives d’absorption et de diffusion. Dans le cadre de cette thèse, ces propriétés sont identifiées par méthode inverse à partir de modèles de rayonnement et de mesures spectrométriques. L’identification expérimentale permet d’accéder aux propriétés radiatives dans des conditions de température proches des conditions d’utilisation du matériau d’intérêt. Pour mener à bien l’analyse du problème inverse, nous proposons et développons ici une méthodologie se basant sur des méthodes Monte Carlo Symbolique (MCS). Celles-ci permettent d’exprimer les flux radiatifs sous la forme d’une fonction simple de paramètres dits symboliques. Un seul calcul permet ainsi d’exprimer les flux sur tout l’espace des paramètres, ce qui s’avère très utile dans une démarche d’inversion. Ces méthodes sont particulièrement adaptées pour exprimer des grandeurs radiatives en fonction de la température, du coefficient d’absorption et du coefficient de diffusion. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode symbolique basée sur un développement en séries de polynômes orthogonaux, permettant d’étendre la méthode MCS à d’autres types de paramètres (géométriques, fonction de phase, etc.). Les expressions de flux radiatif en fonction des propriétés radiatives obtenues par MCS permettent de déterminer si le problème inverse est bien-posé et d’identifier rapidement les propriétés radiatives, tout en prenant en compte les incertitudes expérimentales et numériques. D’autre part, dans le cas où le problème inverse est mal-posé, l’outil proposé permet d’analyser l’apport d’informations supplémentaires par d’autres modèles ou d’autres types de mesures pour l’identification. Dans cette thèse, nous appliquons cette méthodologie à l’identification des propriétés radiatives du Quartzel, famille de matériaux hétérogènes constitués de fibres de Quartz.

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.

International audience; An optical measurement technique has been developped to characterize the heat transfer in a falling liquid film with surface instabilities, which is flowing down an inclined plane. The waves traveling at the free surface are generated harmonically. The novel technique based on Laser Induced Fluorescence enables to provide simultaneously a measurement of the thickness and the temperature of the liquid film. The experimental results reveal the temporal evolution of the average temperature in the thickness of the film, when the film is travelled by waves of controlled frequency. MOTS-CLÉS. Transferts de chaleur, Fluorescence induite par laser, Film ruisselant mince, Instabilités de surface.; Une technique de mesure optique a été développée afin de caractériser les transferts de chaleur dans un film ruisselant mince tombant sur un plan incliné. Le film est perturbé par des vagues excitées harmoniquement et se propageant à sa surface libre. Une technique de Fluorescence Induite par Laser est spécialement développée afin de pouvoir mesurer de façon simultanée l'épaisseur et la température dans les vagues au cours du temps. Les mesures révèlent ainsi l'évolution de la température moyenne dans l'épaisseur du film au passage des vagues dont la fréquence peut être contrôlée

Le ruissellement de films liquides minces est rencontré dans une variété de procédés, notamment les condenseurs, les évaporateurs ou encore les colonnes d'absorption à film tombant. En général, les conditions rencontrées dans ces applications sont telles que la surface libre du film est instable et que des vagues s'y propagent. Depuis longtemps, la présence des vagues est utilisée pour intensifier les transferts de chaleur et de masse à travers le film liquide. Cependant, les mécanismes à l'origine de cette intensification ne sont pas toujours pas complètement élucidés, les couplages entre l'hydrodynamique et la thermique rendant la modélisation complexe. L'augmentation de la surface d'échange entre le liquide et le gaz, la formation de rouleaux dans la crête des vagues, l'amincissement du film devant le front de vague sont autant de phénomènes qui peuvent jouer un rôle important. Dans cette étude, le transfert de chaleur dans un film liquide mince qui s'écoule sur une paroi en titane chauffée uniformément par effet Joule est mesuré. La fluorescence induite par laser (LIF) permet de caractériser la température. Le liquide est préalablement ensemencé par deux colorants : la kiton red (KR) et la rhodamine 560 (R560). Un laser continu Nd:YAG à 532 nm est utilisé afin d'exciter la fluorescence dans le film ruisselant. L'émission des deux colorants étant décalés en longueur d'onde, les signaux émis par KR et R560 peuvent être détectés séparément au moyen de deux tubes photomultiplicateurs équipés de filtres chromatiques adéquats. Ces signaux varient différemment avec la température (le signal de KR diminue avec la température, tandis que celui de R560 augmente). Ces signaux varient avec l'épaisseur du film, en revanche, le rapport de leur intensité n'est pas affecté par l'épaisseur du film et les perturbations optiques. Ce rapport peut donc être utilisé pour mesurer la température. Une sonde optique a été spécialement développée afin de mettre en œuvre la technique, dans cette configuration où le seul accès optique est par le dessus du film. Les mesures permettent de reconstituer l'évolution temporelle de la température moyenne dans l'épaisseur du film lors du passage des vagues. L'épaisseur du film est évaluée au même endroit en utilisant la quasi-proportionnalité entre le signal de fluorescence et cette épaisseur. Parallèlement, la température de paroi est déterminée par des thermocouples fixés en dessous de la paroi. Une étude paramétrique met en évidence l'influence sur le transfert de chaleur dans le film, de la fréquence et de l'amplitudes des vagues, de l'angle d'inclinaison de la paroi, et du débit de liquide dans le film. Pour les différents cas étudiés, le nombre de Nusselt est comparé au film lisse (sans vague) équivalent pour lequel des modèles existent, ceci permet de quantifier l'intensification des transferts lié aux vagues.

International audience; An optical measurement technique has been developped to characterize the heat transfer in a falling liquid film with surface instabilities, which is flowing down an inclined plane. The waves traveling at the free surface are generated harmonically. The novel technique based on Laser Induced Fluorescence enables to provide simultaneously a measurement of the thickness and the temperature of the liquid film. The experimental results reveal the temporal evolution of the average temperature in the thickness of the film, when the film is travelled by waves of controlled frequency. MOTS-CLÉS. Transferts de chaleur, Fluorescence induite par laser, Film ruisselant mince, Instabilités de surface.; Une technique de mesure optique a été développée afin de caractériser les transferts de chaleur dans un film ruisselant mince tombant sur un plan incliné. Le film est perturbé par des vagues excitées harmoniquement et se propageant à sa surface libre. Une technique de Fluorescence Induite par Laser est spécialement développée afin de pouvoir mesurer de façon simultanée l'épaisseur et la température dans les vagues au cours du temps. Les mesures révèlent ainsi l'évolution de la température moyenne dans l'épaisseur du film au passage des vagues dont la fréquence peut être contrôlée

Given the "more electrical aircraft" industrial problematic, the thermal management of multiple and scattered dissipative components appears to be a crucial technological issue. In particular, the use of multiple evaporators, integrated into a unique cooling system, is frequently considered. However, actual control of the vaporization phenomenon occuring in an evaporator which is supplied in liquid by an external source (imposed by the complete cooling system) is still problematic. Considering that it is necessary to overcome this limit to optimize the associated thermal and hydraulic performances, a particular evaporator architecture has been considered. This architecture, based on the utilization of local capillary pumping, may indeed allow the expansion and evaporation of liquid films on a heated surface independantly from the liquid flow rate supplied to the device. To this end, a dedicated experimental system has been set up. It consists of an evaporator designed according to such an architecture and an associated test bench allowing the characterization of both the thermal and hydraulic behavior of the prototype. The experimental results allowed to describe the general operation of the device in terms of liquid and vapor phase repartition, whereas temperature and pressure measurements allowed to quantify the hydraulic equilibriums and heat transfer coefficients associated to this configuration. Simultaneously with this experimental approach, several modeling efforts have been conducted. First, an analytical model of the hydraulic equilibrium associated to the evaporator assembly permitted to quantify the mechanisms that cause the distinct operating modes observed as well as predicting their limits. Then, a numerical resolution of the liquid flow and heat transfer occuring on the heated surface has been developed to assess the influence of different physical parameters on the measured heat transfer coefficients. Finally, a first procedure allowing a geometric optimization of capillary structures adapted to this experimental configuration has been established in the objective of enhancing the evaporative heat transfer and/or extending the operating range of the device., Dans le contexte de l'aéronef plus électrique, la gestion thermique de multiples composants dissipatifs au sein d'un unique système de refroidissement apparait être une problématique critique. En particulier, l'utilisation de multiples évaporateurs intégrés à un système fluidique unique, permettant d'extraire localement la chaleur dissipée via la vaporisation du fluide caloporteur, est couramment envisagée. Toutefois, il apparait à l'heure actuelle difficile de maitriser les phénomènes associés à la vaporisation du fluide au sein d'un évaporateur alimenté en liquide par une source de pompage indépendante, imposée par le système de refroidissement complet. Ce contrôle des phénomènes apparaissant nécessaire à l'optimisation des performances thermiques et hydrauliques associées, l'étude d'une architecture particulière d'évaporateur a été menée. Celle-ci, via la mise en œuvre locale du pompage capillaire, doit en effet permettre l'extension et l'évaporation de films de liquide sur une surface chauffée indépendamment de l'écoulement de liquide fourni à l'évaporateur. Un dispositif expérimental a alors été mis en place, celui-ci étant constitué d'un prototype d'évaporateur basé sur cette architecture ainsi que d'un système de caractérisation thermique et hydraulique associé. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de décrire le fonctionnement général de l'évaporateur, notamment en matière de répartition des phases liquide et vapeur, tandis que les mesures de température et de pression mises en œuvre ont permis de quantifier les équilibres hydrauliques et les coefficients de transferts associés à cette configuration. Parallèlement à ce travail expérimental, différentes approches de modélisation de l'évaporateur ont été menées. Tout d'abord, une modélisation analytique de l'équilibre hydraulique global de l'évaporateur a permis de quantifier les mécanismes à l'origine des différents modes de fonctionnement observés et de prédire les limites expérimentales de ceux-ci. Par la suite, une modélisation numérique des écoulements et des transferts au niveau de la paroi chauffée a été développée afin de mettre en évidence les différents facteurs influençant les coefficients de transferts thermique mesurés dans notre configuration. Enfin, une première approche théorique d'optimisation géométrique de structure capillaire adaptée à cette configuration a été développée, celle-ci devant permettre, à terme, d'intensifier les échanges et/ou de repousser les limites de fonctionnement associées à l'évaporation du liquide.

Given the "more electrical aircraft" industrial problematic, the thermal management of multiple and scattered dissipative components appears to be a crucial technological issue. In particular, the use of multiple evaporators, integrated into a unique cooling system, is frequently considered. However, actual control of the vaporization phenomenon occuring in an evaporator which is supplied in liquid by an external source (imposed by the complete cooling system) is still problematic. Considering that it is necessary to overcome this limit to optimize the associated thermal and hydraulic performances, a particular evaporator architecture has been considered. This architecture, based on the utilization of local capillary pumping, may indeed allow the expansion and evaporation of liquid films on a heated surface independantly from the liquid flow rate supplied to the device. To this end, a dedicated experimental system has been set up. It consists of an evaporator designed according to such an architecture and an associated test bench allowing the characterization of both the thermal and hydraulic behavior of the prototype. The experimental results allowed to describe the general operation of the device in terms of liquid and vapor phase repartition, whereas temperature and pressure measurements allowed to quantify the hydraulic equilibriums and heat transfer coefficients associated to this configuration. Simultaneously with this experimental approach, several modeling efforts have been conducted. First, an analytical model of the hydraulic equilibrium associated to the evaporator assembly permitted to quantify the mechanisms that cause the distinct operating modes observed as well as predicting their limits. Then, a numerical resolution of the liquid flow and heat transfer occuring on the heated surface has been developed to assess the influence of different physical parameters on the measured heat transfer coefficients. Finally, a first procedure allowing a geometric optimization of capillary structures adapted to this experimental configuration has been established in the objective of enhancing the evaporative heat transfer and/or extending the operating range of the device.; Dans le contexte de l'aéronef plus électrique, la gestion thermique de multiples composants dissipatifs au sein d'un unique système de refroidissement apparait être une problématique critique. En particulier, l'utilisation de multiples évaporateurs intégrés à un système fluidique unique, permettant d'extraire localement la chaleur dissipée via la vaporisation du fluide caloporteur, est couramment envisagée. Toutefois, il apparait à l'heure actuelle difficile de maitriser les phénomènes associés à la vaporisation du fluide au sein d'un évaporateur alimenté en liquide par une source de pompage indépendante, imposée par le système de refroidissement complet. Ce contrôle des phénomènes apparaissant nécessaire à l'optimisation des performances thermiques et hydrauliques associées, l'étude d'une architecture particulière d'évaporateur a été menée. Celle-ci, via la mise en œuvre locale du pompage capillaire, doit en effet permettre l'extension et l'évaporation de films de liquide sur une surface chauffée indépendamment de l'écoulement de liquide fourni à l'évaporateur. Un dispositif expérimental a alors été mis en place, celui-ci étant constitué d'un prototype d'évaporateur basé sur cette architecture ainsi que d'un système de caractérisation thermique et hydraulique associé. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de décrire le fonctionnement général de l'évaporateur, notamment en matière de répartition des phases liquide et vapeur, tandis que les mesures de température et de pression mises en œuvre ont permis de quantifier les équilibres hydrauliques et les coefficients de transferts associés à cette configuration. Parallèlement à ce travail expérimental, différentes approches de modélisation de l'évaporateur ont été menées. Tout d'abord, une modélisation analytique de l'équilibre hydraulique global de l'évaporateur a permis de quantifier les mécanismes à l'origine des différents modes de fonctionnement observés et de prédire les limites expérimentales de ceux-ci. Par la suite, une modélisation numérique des écoulements et des transferts au niveau de la paroi chauffée a été développée afin de mettre en évidence les différents facteurs influençant les coefficients de transferts thermique mesurés dans notre configuration. Enfin, une première approche théorique d'optimisation géométrique de structure capillaire adaptée à cette configuration a été développée, celle-ci devant permettre, à terme, d'intensifier les échanges et/ou de repousser les limites de fonctionnement associées à l'évaporation du liquide.

National audience; La condensation convective du HFE7000 est étudiée dans un tube en saphir possédant un diamètre interne de 3,4 mm pour des vitesses massiques comprises entre 8 et 50 kg.m-2.s-1. Un dispositif expérimental spécifique permet de mesurer simultanément le coefficient d’échange interne et l’évolution temporelle de l’épaisseur du film liquide avec une résolution submicrométrique. Le dispositif et les premiers résultats sont présentés et permettent de déduire des premiers effets dominant, la répartition des phases et leurs impacts sur les transferts.

The issue of MATTE project is to propose an innovative process using perfectly controlled technologies for the production of structural composites high speed high performance with continuous fibers and thermoplastic resins (composites TPFC) or thermoset. This system is one of the techniques known as Heat & Cool, well known in the field of plastic injection. The aim of this technology is to extend these techniques to the field of structural composites. Compared to existing resources, this process will integrate in production: new monitoring functions, reduce energy consumption by about 80%, peripheral investments by 30% and to pursue a complete cycle time of less than 3 minutes. The similar method in the existing composite is the RTM, however, it is high energy consumption technology and do not allow high production rate. It is therefore the reference to quantify the performance of the MATTE technology; L’enjeu du projet MATTE est de proposer à terme un mode de transformation novateur utilisant des technologies parfaitement maîtrisées, pour la production haute cadence de structures composites hautes performances à fibres continues et résines thermoplastiques (composites TPFC) ou thermodure. Ce système fait partie des techniques dites Heat&Cool, bien connues dans le domaine de l’injection plastique. Il s’agit ici d’étendre ces techniques au domaine des matériaux composites structuraux. Par rapport aux moyens existant, ce procédé permettra d’intégrer en production : de nouvelles fonctions de contrôle, de réduire les consommations énergétique de l’ordre de 80%, les investissements périphériques de 30% et de tendre vers un temps de cycle complet inférieur à 3 minutes. Le procédé similaire dans les composite déjà existant est le RTM lourd, cependant il est très énergivore et ne permet de faire que de la moyen cadence dû à des cycles de cuisson assez long. Il est donc la référence pour quantifier les performances de la technologie MATTE

The purpose of this study is to propose : (i) a new low thermal inertia mold concept for rapid manufacturing of high performance composite materials in order to meet industrial challenges, (ii) a new modeling approach for suitable thermomechanical optimizations based on the exploitation of an inexpensive finite element model. This approach relies on the three following tasks : (i) to develop a process for the convective coefficient estimation and for the thermoregulator modeling, both taking into account heating technological constrains (fluid nature, thermal power, thermal regulation, pump), (ii) to develop a thermomechanical optimization approach under stress, based on surrogate methods and optimization by genetic algorithm, (iii) to approve the whole approach using experimental campaigns allowing the comparison with numerical results., Ce travail a pour but de proposer : (i) un nouveau concept d’outillage à faible inertie thermique destiné à la transformation rapide des composites hautes performances visant à répondre aux enjeux industriels, (ii) une nouvelle approche du dimensionnement et de l’optimisation thermique de l’outillage basée sur l’exploitation d’un modèle éléments finis peu coûteux. La démarche s’appuie sur trois axes principaux : (i) mettre en place un processus permettant d’estimer le coefficient convectif et de modéliser le thermorégulateur avec la prise en compte des données technologiques du système de chauffe (fluide, puissance thermique, régulation, pompe),(ii) développer une démarche d’optimisation thermomécanique sous contrainte, reposant sur des méthodes de métamodélisation et d’optimisation par algorithme génétique, (iii) qualifier la démarche complète à l’aide de campagnes expérimentales permettant la confrontation aux résultats numériques.

The purpose of this study is to propose : (i) a new low thermal inertia mold concept for rapid manufacturing of high performance composite materials in order to meet industrial challenges, (ii) a new modeling approach for suitable thermomechanical optimizations based on the exploitation of an inexpensive finite element model. This approach relies on the three following tasks : (i) to develop a process for the convective coefficient estimation and for the thermoregulator modeling, both taking into account heating technological constrains (fluid nature, thermal power, thermal regulation, pump), (ii) to develop a thermomechanical optimization approach under stress, based on surrogate methods and optimization by genetic algorithm, (iii) to approve the whole approach using experimental campaigns allowing the comparison with numerical results.; Ce travail a pour but de proposer : (i) un nouveau concept d’outillage à faible inertie thermique destiné à la transformation rapide des composites hautes performances visant à répondre aux enjeux industriels, (ii) une nouvelle approche du dimensionnement et de l’optimisation thermique de l’outillage basée sur l’exploitation d’un modèle éléments finis peu coûteux. La démarche s’appuie sur trois axes principaux : (i) mettre en place un processus permettant d’estimer le coefficient convectif et de modéliser le thermorégulateur avec la prise en compte des données technologiques du système de chauffe (fluide, puissance thermique, régulation, pompe),(ii) développer une démarche d’optimisation thermomécanique sous contrainte, reposant sur des méthodes de métamodélisation et d’optimisation par algorithme génétique, (iii) qualifier la démarche complète à l’aide de campagnes expérimentales permettant la confrontation aux résultats numériques.

Vocabulaire contrôlé bilingue (français-anglais) utilisé pour l’indexation des références bibliographiques de la base de données PASCAL (1972 à 2015)

The issue of MATTE project is to propose an innovative process using perfectly controlled technologies for the production of structural composites high speed high performance with continuous fibers and thermoplastic resins (composites TPFC) or thermoset. This system is one of the techniques known as Heat & Cool, well known in the field of plastic injection. The aim of this technology is to extend these techniques to the field of structural composites. Compared to existing resources, this process will integrate in production: new monitoring functions, reduce energy consumption by about 80%, peripheral investments by 30% and to pursue a complete cycle time of less than 3 minutes. The similar method in the existing composite is the RTM, however, it is high energy consumption technology and do not allow high production rate. It is therefore the reference to quantify the performance of the MATTE technology, L’enjeu du projet MATTE est de proposer à terme un mode de transformation novateur utilisant des technologies parfaitement maîtrisées, pour la production haute cadence de structures composites hautes performances à fibres continues et résines thermoplastiques (composites TPFC) ou thermodure. Ce système fait partie des techniques dites Heat&Cool, bien connues dans le domaine de l’injection plastique. Il s’agit ici d’étendre ces techniques au domaine des matériaux composites structuraux. Par rapport aux moyens existant, ce procédé permettra d’intégrer en production : de nouvelles fonctions de contrôle, de réduire les consommations énergétique de l’ordre de 80%, les investissements périphériques de 30% et de tendre vers un temps de cycle complet inférieur à 3 minutes. Le procédé similaire dans les composite déjà existant est le RTM lourd, cependant il est très énergivore et ne permet de faire que de la moyen cadence dû à des cycles de cuisson assez long. Il est donc la référence pour quantifier les performances de la technologie MATTE

The characterization of thermo-convective circulations in natural environments is particularly studied especially for geothermal applications. This characterization corresponds to two issues related to (i) the detection of the hydrothermal flows(ii) the quantification of the energy discharged by the active system. The methodology proposed by this thesis thus comprises two parts. The first component aims at locating active systems with geophysical methods. The prospecting techniques used are electrical resistivity tomography (ERT), in situ temperature measurement and self potential (SP) measurements. The object studied in this thesis is the hydrothermal system located at the upper limit of the Rina Grande sector collapse, at the top of the Stromboli volcano. The sub-surface geophysical approach includes spatial (metric) mapping in ERT, SP and temperature, and monitoring of SP and thermal signals. Spatial mapping informs us about the spatial extension of the hydrothermal system (ERT) and the active character of the circulations (SP and temperature). The model of electrical resistivity has been improved taking into account the topography, resulting from a Digital Elevation Model generated by photogrammetry. The treatment of the monitoring data shows that a linear relationship links the thermal and the PS signals, a relationship that can not be entirely due to thermoelectric effect. The temporal dataset focuses on the dynamics of the convective system and in particular the probable dependence of the vigor of the convective system on seasonal variations in atmospheric temperature.The second part aims at quantifying the energy released by thermo-convective systemsusing a numerical approach. The geophysical approach highlights the fact that damaged areas such as structural boundaries favor the circulation of hydrothermal fluids. This is due to the fact that fractures, open faults, alteration zones, etc. change the permeability of the medium on a small scale. The numerical approach is therefore dedicated to the 3D simulation of the flow and heat transfer in fractured porous media. The work is based on a pre-existing code in fracturing porous media, able to solve the flow problem. This code has been adapted to solve the thermal problem also. The theoretical study aims to quantify the influence of fracture network parameters on the released energy. The influence of fracture density, fracture transmissivity and fracture network anisotropy are evaluated. The study also compares the heat fluxes generated by models where the fractures are discretely inserted with homogeneous models with the same macroscopic properties (effective approach). The results show that the validity of the effective approach is highly dependent on the parameters of the fracture network.; La caractérisation des circulations thermo-convectives dans les milieux naturels est particulièrement étudiée pour ses applications industrielles, notamment en géothermie. Cette caractérisation correspond à deux enjeux liés à (i) la détection des remontées hydrothermales et (ii) la quantification de l'énergie évacuée par le système actif. La méthodologie proposée par cette thèse comporte ainsi deux volets. Le premier volet vise la localisation des systèmes actifs par caractérisation géophysique de sub-surface. Les techniques de prospection mises en œuvre sont la tomographie de résistivité électrique (TRE), la mesure in situ de température et la mesure de polarisation spontanée (PS). L'objet étudié dans cette thèse est la remontée hydrothermale située au niveau de la limite supérieure de l'effondrement de Rina Grande, au sommet du volcan Stromboli. L'approche géophysique de sub-surface comprend une cartographie spatiale (à l’échelle métrique) en TRE, PS et température et un suivi temporel des signaux PS et thermique. La cartographie spatiale nous renseigne sur l'extension spatiale du système hydrothermal (TRE) et le caractère actif des circulations (PS et température). Le modèle de résistivité électrique a été amélioré en tenant compte de la topographie, issue d'un Modèle Numérique de Terrain généré par photogrammétrie. Le traitement des données de surveillance montre qu'une relation linéaire lie le signal thermique et le signal PS, une relation qui ne peut être purement thermo-électrique. Le jeu de données temporel met l'accent sur la dynamique du système convectif et notamment la probable dépendance de la vigueur du système convectif avec les variations saisonnières de température atmosphérique. Le second volet vise à quantifier l'énergie évacuée par des systèmes thermo-convectifs à l'aide d'une approche numérique. L'approche géophysique met en évidence le fait que les zones endommagées telles que des limites structurales favorisent la circulation des fluides hydrothermaux. Ceci s'explique par le fait que fractures, failles ouvertes, zones d'altération etc. changent à petite échelle la perméabilité du milieu. L'approche numérique est donc vouée à la simulation 3D de l'écoulement et du transfert de chaleur dans des milieux poreux fracturés. Le travail s'est basé sur un code d'écoulement en milieux poreux fracturé pré-existant. Ce code a été adapté afin de résoudre le problème thermique. L'étude théorique vise à quantifier l'influence des paramètres du réseau de fractures sur l'énergie dissipée. L'influence de la densité de fractures, de la transmissivité de fractures et l'anisotropie du réseau de fractures sont évaluées. L'étude compare également les flux de chaleur dégagés par des modèles où les fractures sont insérées de manière discrète avec des modèles homogènes et de même propriétés macroscopiques (approche effective). Les résultats montrent que la validité de l'approche effective est fortement dépendante des paramètres du réseau de fracture.

Les différents régimes de l’ébullition en vase et de l’ébullition convective. Modèles pour la prédiction des coefficients d’échange.

The 60-GHz frequency band has been identified recently as attractive for body centric wireless communication development. Indeed, this band has several key advantages compared to lower frequency bands as high data rates above 7 Gbit/s, low risks of interference with neighboring wireless networks and compact devices. With the development of the future 5th generation of mobile networks in the millimeter-wave band, the number of BAN applications at 60 GHz should increase. To avoid health effects and protect user against an electromagnetic exposure of BAN devices at 60 GHz, the reduction of the coupling between human body and antennas, as well as the evaluation and quantification of exposure are main research aspect of the thesis. The main thesis contributions are divided in three parts: a quantification of antenna design effects on the interactions between human body and antennas; a study of tools and methods used to assess thermal effects due to 60 GHz exposure on a skin-equivalent phantom; and a new dosimetric and thermal approach to evaluate interaction between human body and BAN antennas at 60 GHz.; Récemment la bande 60 GHz a été mise en avant pour le développement des réseaux de communication sans fil centrés sur le corps humain. Cet intérêt de la bande 60 GHz pour les applications BAN (Body Area Network) s'explique par les avantages clefs qu'elle procure par rapport aux bandes de fréquence plus basses (possibilité de débits de données supérieurs à 7 Gbit/s, réduction des interférences avec les réseaux voisin, compacité des dispositifs, etc). Le nombre d'application de communication BAN est amené à croître dans les années à venir avec le déploiement de la 5ème génération de réseaux de télécommunications mobiles. Afin de protéger efficacement les utilisateurs des expositions générées par ces applications BAN à 60 GHz, il est nécessaire de se pencher sur les problématiques de réduction du couplage corps/antennes, mais également sur l'évaluation et la quantification du niveau d'exposition du corps à 60 GHz. Pour cela, les travaux de thèse ont été organisés suivant trois axes de recherche : le premier consiste à mettre en évidence et à quantifier l'impact de certains choix de conception en matière d'antennes sur le couplage avec le corps humain ; le second porte sur les outils et les méthodes utilisés pour estimer l'impact thermique d'une exposition électromagnétique 60 GHz sur le fantôme équivalent de la peau ; et le troisième propose une nouvelle approche à la fois dosimétrique et thermique pour évaluer et analyser le couplage corps/antennes en bande millimétrique.

Plantain-based foods are widely consumed in southern countries. Plantain is well known for its high resistant starch content. Controlling the digestibility of cooked plantain starch involves managing its physicochemical properties. These vary depending on the cooking conditions and are a consequence of transport processes (energy, water), transformation and reactions. This research work aims to further our understanding of the different processes. To achieve this, the combined effect of temperature (T) and water content (X) on the degree of starch gelatinization (α) was measured by DSC. The proportions of Rapidly Digestible Starch (RDS) and Resistant Starch (RS) were measured using an in vitro enzymatic method and studied using a model food (flour + water) based on Dominico Harton and Harton varieties. Both starch state diagrams where represented using a Weibull model. The combined effects of T and X upon RDS or RS can be summarized by α, irrespective of the thermohydric history. Thus, two dimensionless relations were proposed to predict RDS and RS as a function of α. The difference in the starch behaviour (gelatinization and digestibility) between the model and a piece of plantain were measured and determined as structural effects. The digestibility prediction model was coupled with a 2D model that predicts the energy and water transfer during the cooking of the plantain cylinders. The model provides satisfactory simulations for temperature, degree of gelatinization and water gain profiles. A capillary-type diffusion was observed at the start of cooking at 50 °C, whereas at higher temperatures (75 – 100 °C), water transport is controlled by molecular diffusion. Digestibility is essentially driven by energy transfers. Thus, for ready-to-eat plantain, the freedom to modulate RDS and RS is limited. However, for pre-gelatinized products, products with a low glycemic impact could be obtained at intermediate cooking temperatures (75 – 80 °C). Prior selection of the plantain variety is certainly the easiest way to control product digestibility.Key words: plantain, starch, gelatinization, digestibility, model.; Les aliments à base de plantain, connu comme riche en amidon résistant, sont largement consommés dans les pays du sud. Le contrôle de la digestibilité de l'amidon du plantain cuit implique la maîtrise de ses propriétés physicochimiques qui varient en fonction des conditions de cuisson et qui résultent de processus de transport (énergie, eau), de transformations et de réactions. Ces travaux de recherche ont pour but de mieux comprendre ces processus. Pour y parvenir, l'effet combiné de la température (T) et de la teneur en eau (X) sur le degré de gélatinisation (α) a été mesuré par DSC. Les proportions d'amidon rapidement digestible (RDS) et résistant (RS) mesurées par une méthode enzymatique in vitro, ont été étudiées sur un aliment modèle (farine + eau) à partir des variétés Dominico Harton et Harton. Les deux diagrammes d'état de l'amidon ont été représentés par un modèle de Weibull. Les effets combinés de T et X sur RDS ou RS peuvent être regroupés dans α; quel que soit l'historique thermohydrique de l'amidon. Ainsi, deux relations adimensionnées sont proposées pour prévoir le RDS et le RS en fonction uniquement d'α. Les écarts de comportement (gélatinisation et digestibilité) de l'amidon de l'aliment modèle et d'un morceau de plantain ont été mesurés et attribués aux effets de structures. Le modèle de prédiction de la digestibilité a été couplé à un modèle 2D traduisant les transferts d'énergie et d'eau durant la cuisson de cylindres de plantain. Le modèle simule bien les profils de température, de taux de gélatinisation et de gain en eau. Une diffusion de type capillaire a été observée en début de cuisson à 50 °C alors qu'au-delà (75 – 100 °C), le transport d'eau s'opère par diffusion moléculaire. La digestibilité est essentiellement pilotée par les transferts d'énergie. Ainsi pour du plantain prêt à être consommé, les degrés de liberté pour moduler le RDS et le RS sont limités ; en revanche, pour des produits pré-gélatinisés, des cuissons à températures intermédiaires (75 – 80 °C) permettraient d'obtenir des produits à faible impact glycémique. Toutefois, la sélection variétale du type de plantain est certainement le moyen en amont le plus souple pour contrôler la digestibilité des produits.Mots clés : plantain, amidon, gélatinisation, digestibilité, modélisation.

Dans les études de sûreté des centrales nucléaires, la modélisation du “renoyage” occupe une place importante. Lors d’un accident de perte prolongée de refroidissement primaire, la dégradation des matériaux d’un cœur de réacteur nucléaire peut conduire à la formation d’un lit de débris radioactifs que l’on cherche à refroidir en y injectant de l’eau, dans une opération appelée renoyage. La compréhension des phénomènes en jeu nécessite de s’intéresser à l’ébullition intense dans un milieu poreux surchauffé. Le travail présenté ici est une étude expérimentale visant à caractériser les phénomènes d’ébullition à l’échelle du pore, afin d’affiner l’évaluation de paramètres effectifs du modèle utilisé par l’IRSN pour simuler le renoyage. Le dispositif expérimental réalisé permet de visualiser les écoulements à l’échelle du pore et d’effectuer des mesures thermiques locales dans un milieu poreux modèle bidimensionnel chauffé en masse. La section d’essai est formée de 392 cylindres de 2 mm de diamètre disposés transversalement entre deux plaques parallèles de céramique espacées de 3 mm, dont l’une transparente permet la visualisation des écoulements. Les cylindres sont des sondes thermo-résistives Pt100 présentant une double fonction : elles sont utilisées à la fois comme éléments chauffants et comme capteurs de température. La section d’essai est disposée dans un plan vertical, le liquide y est injecté par le bas à débit, pression et température d’injection réglables. Deux configurations principales ont été étudiées. Dans la première, comparable à une situation de renoyage, le liquide est injecté dans le milieu sec initialement surchauffé. Les relevés thermiques ont permis de caractériser la dynamique du renoyage et les visualisations d’observer les principaux régimes d’écoulement. Dans la seconde configuration, le milieu est initialement saturé en liquide et une puissance thermique donnée est appliquée à l’ensemble des éléments chauffants. Un cylindre particulier est alors chauffé jusqu’à l’apparition des différents régimes d’ébullition (nucléé, intense, en film). Cela permet d’établir des courbes flux-température de type Nukiyama sur un élément plongé dans un milieu poreux chauffant. Les expériences menées ont montré l’influence du taux de vide local sur les valeurs du flux minimum et du flux critique.

Dans le domaine de la sûreté nucléaire, la compréhension des transferts de chaleur et de masse dans un écoulement diphasique avec changement de phase liquide-vapeur en milieu poreux est primordiale pour l'étude des effets d'un renvoi d'eau dans un cœur de réacteur endommagé, à la suite d'un accident de perte de refroidissement primaire. Le travail présenté ici est une étude expérimentale visant à mieux comprendre et caractériser les phénomènes d’ébullition à l’échelle du pore, afin d’affiner l’évaluation de paramètres effectifs dans les modèles utilisés par l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) pour simuler le renoyage. Dans cet objectif, un dispositif expérimental a été réalisé, permettant de visualiser les écoulements à l’échelle du pore et d’effectuer des mesures thermiques locales dans un milieu poreux modèle chauffant bidimensionnel. Ce dispositif a permis d’obtenir des courbes d’ébullition en milieu poreux, et de caractériser la phénoménologie du renoyage.

Transportation industries, especially aeronautics and automotive industries, are facing more than ever energy-saving issues, which imply weight reduction of structures. Within this context, composite materials appear to be appropriate candidates, due to their outstanding “strength to weight” ratio. Liquid Composite Molding (LCM) and particularly Resin Transfer Molding (RTM) are becoming increasingly important for a wide range of industrial applications involving complex structural parts. The quality of LCM products strongly depends on the impregnation of the fiber preform during the mold-filling stage. During this step, a partiallysaturated zone emerges in the flow, and induces consequently the formation of porosities, which drastically affect mechanical performances. This study presents an original approach in which heat transfers are used to quantify the saturation profile. In a first step, the effective thermal conductivity of a model composite material have been measured by several methods. A homogenization methodology based on asymptotic expansion has been performed at dual-scale in order to predict the thermal properties of the composite as a function of saturation. Several heat flux sensors and thermocouples were integrated in an experimental bench, which allows the injection of a model fluid into a textile preform. Finally, an alternative numerical approach is proposed bymodeling a multi-phase flow, proving the feasibility of identifying the relative permeabilities of each phase through thermal analysis.; Les industries du transport, en particulier les industries automobile et aéronautique, font face plus que jamais à une problématique d’économie d’énergie, qui passe nécessairement par un allègement des structures.Dans ce contexte, les matériaux composites semblent être des candidats idéaux, en raison de l’exceptionnel compromis masse/performance qu’ils présentent. Les procédés LCM (Liquid Composite Molding) et plus particulièrement RTM (Resin Transfer Molding) sont très utilisés pour produire des pièces structurelles complexes de hautes performances. La qualité des pièces ainsi produites dépend fortement de la phase d’imprégnation des renforts fibreux, durant laquelle l’écoulement de la résine induit la création d’une zone non-saturée, provoquant par conséquent la formation de porosités qui affectent les propriétés mécaniques. Les travaux présentés dans cette thèse s’attachent à détecter et à quantifier la saturation du renfort par le biais d’une analyse des transferts de chaleur. Dans un premier temps, le tenseur de conductivité thermique d’un matériau modèle a été caractérisé à l’aide d’un large panel de dispositifs expérimentaux. Une méthode d’homogénéisation a été mise en place afin de prédire les propriétés thermiques du composite en fonction de la nature des vides rencontrés. Par la suite, un banc expérimental doté d’une métrologie thermique adaptée est conçu, permettant l’imprégnation d’un renfort par un fluide modèle. L’identification de la saturation est rendue possible par un modèle simplifié d’écoulement. Enfin, une approche par modélisation diphasique est proposée, démontrant la faisabilité de l’identification des perméabilités relatives de chacune des phases par la thermique.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les écoulements tournants constituent une problématique récurrente dans le domaine industriel, notamment lorsqu’y est associée une finalité de refroidissement. Nous nous intéressons ici à un dispositif de Taylor-Couette avec flux axial forcé et gradients thermiques. Dans l’optique d’améliorer la compréhension des mécanismes de transferts de chaleur dans un tel système, nous avons adopté une démarche à la fois expérimentale et de simulation numérique. Un banc d’essais a été réalisé à l’IRPHE et permet des mesures de coefficients d’échange pariétal entre un rotor chauffé à flux constant et un écoulement axial forcé. Parallèlement à cela, des simulations numériques avec des codes de recherche et des logiciels commerciaux ont été effectuées au M2P2, sur un cas bien documenté, puis ensuite sur une géométrie similaire à celle de l’expérience. Le rotor est un cylindre en cuivre (16 cm de diamètre, 50 cm de long), équipé de 4 sondes PT100. Un fil chauffant placé à l’intérieur permet de générer un flux de chaleur de 1500 W. Un second cylindre, placé dans une enceinte thermalisée, est positionné concentriquement. On définit ainsi une cavité de rapport d’aspect 50 et de rapport des rayons 8/9 dans laquelle un écoulement d’eau circule à débit constant. Les nombres de Reynolds axiaux se situent entre 5000 et 11000. Les taux de rotation correspondent à des nombres de Taylor allant jusqu’à 70 millions. La température de l’eau est mesurée en entrée et sortie de la cavité à l’aide de sondes PT 100. Nous reportons l’évolution du nombre de Nusselt pariétal en fonction des nombres de Reynolds axial, de Taylor et de Prandtl. Des mesures par LDV (2C), puis par PIV (2D 3C) ont mis en évidence la structure de l’écoulement et notamment la présence de structures organisées le long du rotor, ce qui est confirmé par les calculs DNS.

Vacuum insulation panels (VIPs) are composed of an evacuated nanoporous core material, and a barrier envelope to atmospheric gases. Their apparent thermal conductivity after manufacturing is approximately 5 mW/(m.K), five to eight times lower than that of conventional insulation materials. Compared to conventional insulation materials, the most important issue remains in the duality performance / durability. The answer lies in the understanding and modeling of heat and mass transfer in VIPs. Many experimental and numerical studies about heat transfer led to a semi-empirical model for the apparent thermal conductivity of a VIP, taking into account the different transfer modes in the panel. This model highlights the main mechanism of VIPs aging: due to gas permeation through the envelope, pressure and humidity in the panel increase gradually over time, which causes an increase of the apparent thermal conductivity. The study of mass transfer through the gas barrier envelope is particularly difficult for three main reasons. First, the permeation modeling of VIPs envelopes (multilayer membranes with metalized polymer films) has to take into account micro-defects in the metallic layers, which play a key role in the total permeation rate. Second, the permeances to be measured are too low for many conventional methods, especially for dry air. Third, a literature analysis shows that the classical model for mass transfer through barrier envelopes does not take into account the combined influence of temperature and relative humidity, which is a great lacuna. From experimental data available in the literature, the role of relative humidity on the barrier properties of the VIPs envelopes is highlighted. The existence of a coupling phenomenon between the mass flows of the various gases is hypothesized to start the establishment of a new gas permeation model, which takes into account partial pressure and total pressure, and thus the molar concentration of each gas in the mixture. The predictions of this model are compared with predictions based on the classical model for gas permeation, and the differences between the two models are analyzed. Two experimental campaign are then implemented to measure envelope permeance, through whole VIPs aging in climatic boxes and through direct measurement of the permeance on membrane samples (manometric method). These measurements are carried out at fixed temperature and relative humidity (T = 48 °C, φ = 65 % HR), but with a total pressure ranging from 80 mbar to 1 bar. This exploratory measurement campaign shows no significant influence of the total pressure on the apparent permeability to water vapor. These results are used to draw first conclusions on the respective roles of the partial pressure and the total pressure, and suggest some outlooks to the experimental approach initiated in this study., Les panneaux d'isolation sous vide (PIV) sont constitués d'un matériau de coeur nanoporeux en dépression, et d'une enveloppe barrière aux gaz atmosphériques. Leur conductivité thermique initiale est de l'ordre de 5 mW/(m.K), cinq à huit fois inférieure à celle des isolants conventionnels. Au regard des isolants classiques, le questionnement le plus important concerne le couple performance / durabilité. La réponse passe par la compréhension et la modélisation des transferts thermiques et massiques dans les PIV. De nombreuses études expérimentales et numériques ont conduit à un modèle semi-empirique pour la conductivité thermique apparente d'un PIV, prenant en compte les différents modes de transfert dans le panneau. Ce modèle met en lumière le principal mécanisme de vieillissement : du fait de la perméation gazeuse à travers l'enveloppe, pression et humidité dans le panneau remontent au cours du temps, ce qui engendre une augmentation de la conductivité thermique. L'étude des transferts massiques à travers l'enveloppe est particulièrement délicate. Premièrement, la modélisation de la perméabilité des enveloppes utilisées (membranes multicouches de films polymères métallisés) repose sur la prise en compte des micro-défauts dans les couches métallisées, qui gouvernent le débit total de perméation. Deuxièmement, les valeurs des perméabilités à mesurer sont trop basses pour beaucoup de techniques conventionnelles. Troisièmement, une analyse de la littérature montre une lacune de taille en ce qui concerne la prise en compte de l'influence conjointe de la température et de l'humidité relative dans le modèle classique de perméation gazeuse. En se basant sur des données expérimentales existantes, le rôle de l'humidité relative sur les propriétés barrières des enveloppes des PIV est mis en lumière. L'existence d'un couplage entre les flux des différents gaz est posé comme hypothèse de départ à la mise en place d'un nouveau modèle de perméation gazeuse, prenant en compte pression partielle et pression totale, et donc la concentration molaire de chaque gaz dans le mélange. Les prédictions de ce modèle sont comparées à celles issues du modèle classique de perméation gazeuse, et les différences de comportement entre les deux modèles sont mises en avant. Deux séries de mesure de perméance sont ensuite mises en place, par vieillissement de PIV en enceintes climatiques et par mesure directe de perméance sur échantillons de membrane (méthode manométrique). Ces mesures sont menées à température et humidité relative fixées (T = 48 °C, φ = 65 % HR), mais avec une pression totale variant de 80 mbar à 1 bar. Cette campagne de mesure exploratoire ne montre pas d'influence notable de la pression totale sur la perméabilité à la vapeur d'eau. Ces résultats permettent de dresser les premières conclusions sur le rôle respectif de la pression partielle et de la pression totale, et de proposer une suite à la démarche expérimentale initiée dans cette étude.

In this thesis work we investigate the heat transfer through the electrical insulation of superconducting cables cooled by superfluid helium. The cable insulation constitutes the most severe barrier for heat extraction from the superconducting magnets of the CERN Large Hadron Collider (LHC). We performed an experimental analysis, a theoretical modeling and a fundamental research to characterize the present LHC insulation and to develop new ideas of thermally enhanced insulations. The outcome of these studies allowed to determine the thermal stability of the magnets for the LHC and its future upgrades. An innovative measurement technique was developed to experimentally analyze the heat transfer between the cables and the superfluid helium bath. It allowed to describe the LHC coil behavior using the real cable structure, an appropriate thermometry and controlling the applied pressure. We developed a new thermally enhanced insulation scheme based on an increased porosity to superfluid helium. It aims at withstanding large heat loads, as needed for the High Luminosity LHC upgrade (HL-LHC). Experimental measurements of the new insulation showed a major improvement of heat extraction compared to the present state-of-the-art used in the LHC. We developed a theoretical heat transfer model quantitatively explaining the experimental results of the LHC and HL-LHC insulations. We identified the heat extraction mechanisms, mainly occurring through superfluid helium micro-channels. The average micro-channels dimensions were estimated to vary between few and dozens of micrometers, depending on the insulation scheme. In the model we considered the known laws describing the dynamic regimes of superfluid helium. However such laws were never demonstrated to be valid in the narrow channels typical of the cable insulation. We developed a new experimental device to investigate heat transport through microchannels. Micro-fabrication techniques were used to etch the channels down to a depth of 16 micrometers. We measured the classical laminar and turbulent regimes, thus demonstrating the validity of such heat transport laws independently from the channel geometrical shape and size down to these dimensions. To conclude, we used the obtained experimental and theoretical heat transfer results to determine the LHC and HL-LHC magnets stability. We estimated their quench margin and compared it to the beam induced heat deposit. The resulting difference allows a safe operation of the magnets.

We are interested in studying a heat transfer problem which modeling a welding process. The approach that we consider deals only with the solid part of the plate. It consists in solving a free boundary problem. For this, we propose a shape optimization formulation. The state problem governed by an operator which for some data is not coercif. This complicates the study of the continuity of the state problem. We overcome this difficulty using the topological degree of Leray-Schauder and we show the existence of an optimal domain. Next, we consider a discretization of this problem based on linear finite elements. We prove that the approximate problem is solvable and we show that a subsequence of the solution of this approximate problem converges to the solution of the continuous problem. Finally, we present numerical results achieved by two methods : the deterministic method based on the gradient-likes method and genetic algorithms combined with fuzzy logic and parallel computing. A comparative study of two methods for qualitative and quantitative levels was presented.; Nous nous intéressons à l'étude d'un problème d'analyse des transferts de chaleur qui modélise une opération de soudage. L'approche que nous considérons ne s'occupe que de la partie solide de la plaque. Elle consiste à résoudre un problème à frontière libre. Pour cela, nous proposons une formulation en optimisation de forme. Le problème d'état est gouverné par un opérateur qui, pour certaines données, n'est pas coercif. Cela complique l'étude de la continuité du problème d'état. Nous surmontons cette difficulté en utilisant le degré topologique de Leray-Shauder, ainsi nous montrons l'existence d'un domaine optimal. Ensuite, nous considérons une discrétisation de ce problème basée sur les éléments finis linéaires. Nous prouvons alors que le problème discret admet une solution et nous montrons qu'une sous-suite des solutions de ce problème convergence vers la solution du problème continu. Enfin, nous présentons des résultats numériques réalisés par deux méthodes : la méthode déterministe basée sur le calcul du gradient de forme, et les algorithmes génétiques combinés avec la logique floue et le calcul parallèle. Ainsi une étude comparative de ces deux méthodes aux niveaux qualitatif et quantitatif a été présentée.

Le solaire thermique est une énergie gratuite, nous présentons dans cette travail une application de cette énergie. Notre étude consiste à maître en présence l’influence du flux solaire Sur la température de sortie du fluide caloporteur et le la température de la plaque d'absorbeur d’un capteur solaire plan incliné. On découper le capteur en tranches fictives dans le sens de l’écoulement du fluide caloporteur et à établir les bilans des échanges qui interviennent aux niveaux des noeuds considérés : l’extérieure de la vitre, l’intérieur de la vitre, l’absorbeur, dans le fluide colporteur ainsi que l’intérieure et l’extérieur de l’isolant. Il est commode pour cela d’utiliser l’analogie qui existe entre les transferts de chaleur et les lois électrique, les profils des températures au niveau des noeuds principaux résultats commentés. Le programme élaboré a été validé par l’étude comparative des résultats théoriques et expérimentaux pris dans les mêmes conditions.

This report presents a synthesis of works carried out in order to solve the water management problematic in a PEM fuel cell system. An analysis of the different components of the system air line, and more specifically the membrane humidifier, is realized in order to determine the architecture allowing the optimal moisture content of air upstream the fuel cell whatever the operating conditions. This study involves the description and the understanding of coupled heat and mass transfers within the humidifier, through numerical and experimental approaches. The numerical section contains a model of coupled transfer through a Nafion membrane. Associated with a thermodynamic analysis of the humidifier, it allows to define two parameters characterizing respectively the mass exchanges and the heat transfers, according to the inlet conditions of the fluids or as well as to the exchanger geometry. These parameters turn out to be useful design tools. The experimental section allows to estimate the interactions between a fuel cell, the humidifier and the other air line components. Besides the analysis of components response to a current intensity variation, the investigations allowed to demonstrate that the operating conditions of the system is compatible with the chosen humidification technology., Ce mémoire présente une synthèse des travaux dont l'objectif est de résoudre la problématique de la gestion de l'eau dans un système Pile à Combustible de type PEM en utilisant un humidificateur externe. Une analyse des différents organes de la ligne d'air du système, et plus spécifiquement de l'humidificateur membranaire, est réalisée afin d'en déterminer l'architecture la mieux adaptée aux conditions opératoires. Cette étude passe par la description et la compréhension des transferts de matière et de chaleur au sein de l'humidificateur, à travers des approches aussi bien numériques qu'expérimentales. Le volet numérique comporte un modèle fin de transferts couplés à travers une membrane en Nafion. Associé à une analyse thermodynamique du système d'humidification, il permet de définir deux paramètres caractérisant respectivement les échanges de matière et de chaleur aussi bien en fonction des conditions d'entrée des fluides qu'en fonction des caractéristiques géométriques de l'échangeur. Ces paramètres s'avèrent être des outils de dimensionnement intéressants. Le volet expérimental permet d'évaluer les interactions entre une pile à combustible, l'humidificateur membranaire et les autres organes de la ligne d'air. Outre l'analyse de la réponse de chaque composant à une variation du courant délivré par la pile, les investigations ont permis de vérifier que les conditions opératoires du système sont compatibles avec la technologie d'humidification choisie.

Microwave technology is a process which knows many applications within food process industry. However this process is still badly known because of complex interactions between the microwaves and the matter. Within the framework of this numerical and experimental thesis, the study focuses on the microwave thawing process of a model product, the tylose gel. The heat generation due to microwaves is modelled by using the numerical resolution of the Maxwell's equations via a finite element method. The simulated temperatures are compared with experimental measurements and semi analytical solutions available in the literature. First of all, the frozen phase (low dielectric) and the defrosted phase (high dielectric) are studied separately. The results highlight the resonance phenomena with variable locations of the hot spots within the frozen product. The influence of the dielectric properties is also highlighted by using a reverse technique intended for their estimation. In the defrosted phase, the numerical and semi analytical solutions are in good agreement with the experimental data. The study is then extended to the microwave thawing process. The model sensitivity is characterised with the temperature dependent dielectric properties during the phase transition. Lastly, several recommendations are proposed for predictive control of temperature profiles during the microwave heating process.; La technologie micro-onde est un procédé qui connaît de nombreuses applications en industrie agroalimentaire. Toutefois ce procédé reste encore mal maîtrisé en raison de complexes interactions entre les micro-ondes et la matière. Dans le cadre de cette thèse à la fois numérique et expérimentale, on s’intéresse au procédé de décongélation micro-onde d’un produit modèle, la tylose. La génération de chaleur par micro-ondes est modélisée à partir de la résolution numérique des équations de Maxwell par l’intermédiaire de la méthode des éléments finis. Les températures simulées sont comparées à des mesures expérimentales et à des solutions semi analytiques disponibles dans la littérature. Tout d’abord, les phases congelée (faible diélectrique) et décongelée (fort diélectrique) sont traitées séparément. Les résultats mettent en relief les phénomènes de résonance avec une localisation variable des points chauds au sein du produit congelé. L’influence des propriétés diélectriques est aussi mise en évidence avec l’utilisation d’une méthode inverse destinée à l’estimation de ces paramètres. En phase décongelée, les solutions numérique et semi analytiques sont en accord avec les données expérimentales. L’étude est ensuite étendue au procédé de décongélation par micro-ondes. La sensibilité du modèle est caractérisée avec des propriétés diélectriques fortement dépendantes de la température au cours du changement de phase. Enfin, plusieurs recommandations sont proposées en perspective d’étude dans un objectif de commande prédictive de la température au cours du procédé de traitement par microondes.

Microwave technology is a process which knows many applications within food process industry. However this process is still badly known because of complex interactions between the microwaves and the matter. Within the framework of this numerical and experimental thesis, the study focuses on the microwave thawing process of a model product, the tylose gel. The heat generation due to microwaves is modelled by using the numerical resolution of the Maxwell's equations via a finite element method. The simulated temperatures are compared with experimental measurements and semi analytical solutions available in the literature. First of all, the frozen phase (low dielectric) and the defrosted phase (high dielectric) are studied separately. The results highlight the resonance phenomena with variable locations of the hot spots within the frozen product. The influence of the dielectric properties is also highlighted by using a reverse technique intended for their estimation. In the defrosted phase, the numerical and semi analytical solutions are in good agreement with the experimental data. The study is then extended to the microwave thawing process. The model sensitivity is characterised with the temperature dependent dielectric properties during the phase transition. Lastly, several recommendations are proposed for predictive control of temperature profiles during the microwave heating process.; La technologie micro-onde est un procédé qui connaît de nombreuses applications en industrie agroalimentaire. Toutefois ce procédé reste encore mal maîtrisé en raison de complexes interactions entre les micro-ondes et la matière. Dans le cadre de cette thèse à la fois numérique et expérimentale, on s’intéresse au procédé de décongélation micro-onde d’un produit modèle, la tylose. La génération de chaleur par micro-ondes est modélisée à partir de la résolution numérique des équations de Maxwell par l’intermédiaire de la méthode des éléments finis. Les températures simulées sont comparées à des mesures expérimentales et à des solutions semi analytiques disponibles dans la littérature. Tout d’abord, les phases congelée (faible diélectrique) et décongelée (fort diélectrique) sont traitées séparément. Les résultats mettent en relief les phénomènes de résonance avec une localisation variable des points chauds au sein du produit congelé. L’influence des propriétés diélectriques est aussi mise en évidence avec l’utilisation d’une méthode inverse destinée à l’estimation de ces paramètres. En phase décongelée, les solutions numérique et semi analytiques sont en accord avec les données expérimentales. L’étude est ensuite étendue au procédé de décongélation par micro-ondes. La sensibilité du modèle est caractérisée avec des propriétés diélectriques fortement dépendantes de la température au cours du changement de phase. Enfin, plusieurs recommandations sont proposées en perspective d’étude dans un objectif de commande prédictive de la température au cours du procédé de traitement par microondes.

Known as the European geothermal project, the Soultz-sous-Forêts complex presents now three deep wells (5 km) connected to a hydraulically stimulated reservoir. The power plant building implies the end of deep stimulation and measurements, making future reservoir information limited to numerical modelling results. With that in mind, a precise knowledge of the reservoir geometry and properties is unavoidable. The aim of this study is to complete the knowledge of the damage zone petrophysical properties, and also to understand the behaviour of this part of the fault zone during a geothermal exploitation.At different scales, physical properties (porosity, permeability, specific surface and thermal conductivity) were measured on samples showing various structures and alteration steps. Combination of these data and their integration into numerical models allows to describe the impact of the damage zone on heat and mass transfer, and also to understand part of the porosity development during alteration processes., Après une dernière phase de forage et de stimulation hydraulique, le site expérimental de Soultz-sous-Forêts comporte désormais trois puits connectés à un réservoir géothermique profond (5 km). A l'avenir, du fait de la mise en place d'une unité de production électrique, seule la modélisation numérique renseignera sur l'état du réservoir. Une compréhension poussée des propriétés géométriques de ce dernier est donc incontournable. C'est ce que propose ce travail, notamment en étudiant la prise en compte de la zone endommagée dans les modèles de faille.Au cours de cette étude, les propriétés physiques de la zone endommagée (porosité, perméabilité, surface spécifique, conductivité thermique) ont été mesurées à différentes échelles et sur des échantillons présentant des structures et des faciès d'altération variés. La combinaison de ces mesures, et leur intégration dans différents modèles numériques, a notamment permis de mettre en évidence l'impact de la zone endommagée sur les transferts de chaleur et de matière, ainsi qu'une évolution particulière de la géométrie du réseau poreux avec l'altération.

L'objectif de cette thèse est de réaliser l'analyse expérimentale des écoulements de convection naturelle et mixte générés par un obstacle à bords vifs placé dans une cavité. Le cas générique retenu est constitué d’un barreau chauffant de section carrée placé horizontalement dans une cavité de type parallélépipède. L'analyse de l'écoulement et des transferts de chaleur est basée sur l'utilisation de deux dispositifs expérimentaux (maquette à bas puis à haut nombre de Rayleigh) et de plusieurs méthodes de mesure (PlV, LDV et thermocouples). La première étude, menée sur un cas de convection naturelle laminaire stationnaire, permet d'évaluer l'influence du rapport de forme R[indice sc] sur l'écoulement et de valider le code de calcul CEDRE (ONERA). La suite de ces travaux est focalisée sur l'étude d'une configuration similaire mais en régime turbulent. Les résultats expérimentaux obtenus ont mis en évidence le comportement fortement instationnaire de l'écoulement et ont permis une première comparaison à des calculs DNS. Enfin, l'ajout de jets froids à l'intérieur de la cavité permet d’aborder les écoulements de convection mixte dans ce type de configuration. L'analyse des données expérimentales a principalement souligné la difficulté définir l'écoulement dans sa globalité à l’aide d’un nombre sans dimension unique. This thesis deals with experimental analysis of natural and mixed convection flows produced by a cuboidal obstacle placed in a cavity. The generic case considered is made of a heated square cylinder placed horizontally in a plane-parallel cavity. The flow and heat transfer analysis is based on two experimental set-up (bench at low and hight Rayleigh number) and different experimental methods (PIV, LDV, thermocouples). The first part of the study consider a fully laminar case. The results allow to describe the aspect ratio Rse influence on the flow and the CFD software CEDRE (ONERA) validation. The second part of this work deals with the same study on a turbulent case. The experimental results obtained underline a strongly unsteady flow and allow a first comparison with DNS simulations. Finally, mixed convection in this configuration is studied adding cold jets in the cavity. These results show principally that it seems to be difficult to characterize the overall flow pattern using a single dimensionless number.

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.

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 wastes 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 terms of the water budget, in a quite comprehensive manner. Time domain reflectometry probes were used for soil and waste moisture 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 of temperature 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 « barrier » 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.

No english abstract, La rétification® est une pyrolyse ménagée qui améliore l'hygroscopie, la stabilité dimensionnelle et la durabilité du bois. Elle se déroule en atmosphère inerte entre 180°C et 250°C, sans produits chimiques. L'industrialisation du traitement a ici été accompagnée par une double approche matériaux et procédés. D'une part, un plan d'expérience fractionnaire 25-2 et un complément sur le sapin pectiné ont permis d'analyser des paramètres comme l'essence, l'injection d'azote, la température et la durée de pyrolyse afin d'adapter le traitement à l'utilisation finale. Le démarrage du four prototype de 2 m3 a validé des protocoles de dispositions des thermocouples et des planches-tests. Un empilement soigneux est nécessaire et les planches sur dosse se comportent moins bien au traitement. On a testé à grande échelle et écarté une méthode non destructive des propriétés mécaniques par ultrason. D'autre part, la mise au point de traitements sur pilote, prototype et four industriel a permis de tester des modèles de simulation ou d'identification de l'avancée du traitement. Par analogie avec la métallurgie, un modèle simplifié établit une relation différentielle simple entre la température moyenne au coeur des planches et celle du four. La formulation incorpore implicitement les caractéristiques des planches et des transferts à leur surface et elle permet de reconstituer le profil des températures à l'intérieur de celles-ci. Elle est valable en l'absence de réaction et s'applique aussi au refroidissement du bois rétifié. On dispose ainsi d'outils de dimensionnement et d'optimisation du procédé en termes de puissance de chauffe ou de refroidissement accéléré. L'homogénéité des fours est simulée en fonction des rampes de températures et de la vitesse de brassage. La différence entre les températures expérimentales et celles modélisées en l'absence de réaction pourrait permettre de suivre en temps réel le début du séchage et l'avancée de la pyrolyse.

La modélisation des écoulements de fluides et des transferts de chaleur au sein des déchets ménagers vise d'une part à contrôler et maîtriser les effluents liquides (lixiviat) et gazeux (biogaz) issus de la biodégradation et susceptibles de polluer l'environnement, d'autre part à accélérer les temps de stabilisation des décharges estimés actuellement à une trentaine d'année. La première partie de l'étude a consisté à instrumenter un centre de stockage de la région parisienne dans lequel des sondes de température et d'humidité ont été implantées. L'acquisition des données est entièrement automatisée et la gestion peut être réalisée à distance par liaison modem. Ceci permet de suivre le comportement thermo hydrique du site pendant son exploitation et d'acquérir une banque de données qui servira à la validation d'un modèle de prédiction des champs de température, d'humidité et de pression dans un casier de déchets. L'analyse des résultats permet de dégager des évolutions thermiques et hydriques caractéristiques des casiers de déchets ménagers et met notamment en évidence l'existence de zones dans lesquelles l'activité biologique est fortement ralentie en raison d'une insuffisance d'humidité. La réinjection de lixiviat apparaît dans ce cas comme un moyen judicieux pour relancer les processus de dégradation, la production de biogaz et de ce fait accélérer les temps de stabilisation. La seconde partie de ce document présente le modèle mathématique de description des phénomènes physiques élaboré à partir des équations de conservation de la masse et de l'énergie écrite pour chaque constituant (solide, liquide, biogaz, vapeur) en considérant les déchets comme un milieu poreux réactif. Un modèle de production de biogaz dépendant à la fois de la nature des déchets, de la température et de l'humidité est proposé. Une analyse fine de chaque paramètre physico chimique est également effectuée. Enfin, à partir de ce modèle, des simulations de gestions de sites sont réalisées : avec ou sans réinjection, réinjection ponctuelle ou distribuée…Les résultats sont analysés pour dégager une proposition de scénario optimum de réinjection, tant sur un plan technique que sur un plan quantitatif (débits).

En considérant les décharges d'ordures ménagères comme des milieux poreux réactifs, nous nous sommes intéressés aux transferts couplés de masse et de chaleur qui s'y développent, pour tenter d'expliquer les interactions entre les processus physiques, thermiques et biochimiques qui gouvernent la biodégradation des déchets. Un casier de décharge a été instrumenté pour mesurer les évolutions spatiales et temporelles de la température, de la pression et de la composition chimique du biogaz dans les déchets. Les propriétés des déchets (composition, humidité, perméabilité, conductivité thermique...) ont également été caractérisées. Parallèlement, deux pilotes de 300 litres contenant un déchet modèle, ont été mis en oeuvre en laboratoire pour reproduire en milieu contrôlé les comportements observés sur site. Le second réacteur a été conçu pour étudier plus particulièrement la phase aérobie. Cette approche expérimentale à deux échelles a fourni des résultats originaux concernant les principaux mécanismes et les temps caractéristiques des transferts thermiques et massiques au cours de la biodégradation. Elle a en particulier montré l'influence importante de la phase aérobie sur l'établissement ultérieur de champs thermiques uniformes et d'un régime de méthanogénèse stable. Une modélisation des transferts couplés d'oxygène et de chaleur au sein des décharges d'ordures ménagères a donc été développée. Le modèle numérique a été appliqué à la prévision du comportement thermique des déchets en fonction de certains paramètres liés au mode d'exploitation des sites. Des premières recommandations pour accélérer la production de méthane dans les décharges ont ainsi pu être proposées.

Not available, Le procédé étudié consiste à projeter au moyen d'un jet gazeux des particules d'organométalliques sur du verre chaud (à environ six cents degrés Celsius), pour le revêtir de couches minces d'oxydes, destinées à améliorer ses propriétés de surface. La connaissance de l'influence des différents paramètres sur le rendement de ce procédé devrait conduire aux conditions opératoires optimales. Ainsi, de premiers essais à température ambiante ont été réalisés avec une buse circulaire et des billes de verre (de tailles comprises entre dix et cent microns), afin de connaitre l'hydrodynamique des particules. Effectués en mode discontinu, (introduction impulsionnelle de poudre, cible fixe), ils ont montré que les grains s'arrêtent majoritairement dans une couronne centrée sur le point d'arrêt du jet (0). Ses dimensions augmentent avec le débit gazeux et la granulométrie de la poudre. En outre, une analyse précise des dépôts par traitement d'images a révélé l'existence d'une répartition granulométrique des particules déposées (leur distance au point 0 augmente avec leur taille). Une visualisation photographique des grains en cours de déplacement a permis d'observer leurs rebonds sur la plaque. Enfin, un modèle mathématique élaboré pour simuler les trajectoires des particules, rend bien compte des faits expérimentaux précitées. Une deuxième étude a été réalisée avec particules inertes voire fusibles sur plaque chaude, pour comprendre les transferts de chaleur entre grains, gaz et paroi. La modélisation théorique correspondante a supposé que les particules en déplacement ne peuvent s'échauffer que par convection ou rayonnement. Il résulte que, sous certaines conditions, la température des grains augmente avant leur arrêt hydrodynamique. Enfin, quelques essais ont été effectués avec les réactifs industriels. La suite de cette étude nécessite une connaissance précise des réactions chimiques mises en jeu

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les transferts de chaleur à travers un film ruisselant sur une plaque chauffée dépendent non seulement des caractéristiques thermiques du fluide mais aussi des caractéristiques de l'écoulement: les travaux expérimentaux montrent que la présence d'instabilités hydrodynamiques peuvent mener à des intensifications de transfert non négligeable comparés à un film ruisselant plat. Afin de reproduire ces résultats, un modèle asymptotique basé sur une méthode dite aux résidus pondérés (modèle dit WRM, cf. Kalliadasis et al. 2013 ) a été appliquée pour modéliser l'hydrodynamique et les transferts de chaleur. Bien moins couteux que les méthodes numériques directes, la résolution numérique de ce modèle permet une exploration rapide des différents paramètres physiques afin de mieux comprendre l'interaction hydrodynamique/thermique. L'objectif à terme est d'utiliser ces outils et la compréhension de ces interactions pour améliorer les performances des équipements industriels tirant partis de ces phénomènes, en particulier de dimensionner la forme des plaques des échangeurs afin de forcer l'intensification. Dans ce but, les modèles ont été étendus afin de travailler sur un support d'écoulement ondulé plutôt que plat. Une première partie de l'étude a pour objectif de vérifier le domaine d'applicabilité du modèle, et une comparaison sera faite entre notre modèle asymptotique et la résolution directe de l'équation de Fourrier. Une seconde partie concerne la reproductibilité des résultats observés expérimentalement sur l'intensification des transferts thermiques le long d'un film ruisselant chauffé.Enfin, une troisième partie concerne l'interaction entre des régimes hydrodynamiques sélectionné par un forçage en fréquence et le transfert de chaleur à travers le film.