Academic literature on the topic 'Matériaux à changement de phase Microcapsulés'

Nanocrystalline Fe76Nd16B8Des échantillons d'alliage (% atomique) ont été préparés à partir de poudres élémentaires pures par fraisage mécanique à haute énergie. Les matériaux obtenus ont été caractérisés par plusieurs techniques, telles que la diffraction des rayons X (DRX), qui ont permis la dissolution du néodyme dans la phase de fer en fonction du temps de broyage; les résultats obtenus indiquent que la solution solide a été obtenue. Après 20 heures de broyage à une vitesse de 400 tr / min. La méthode d'analyse Williamson-Hall a été utilisée pour exploiter les modèles DRX enregistrés. La taille de cristallite d'environ 4,08 nm et la microstructure d'environ 2,07% ont été obtenues pour 20 heures de broyage. Les microscopes électroniques à balayage (MEB) et l'analyse EDX ont confirmé le raffinement des particules broyées en fonction du temps de broyage et de l'homogénéisation de nos poudres. L'identification de phase a également été étudiée par un calorimètre DSC dans lequel des pics de changement de phase ont été identifiés. La caractérisation magnétique a été étudiée à l'aide d'un magnétomètre à échantillon vibrant (VSM); les résultats magnétiques optimaux sont obtenus après 20 heures de broyage; la température élevée VSM indique que le matériau traité commence à perdre progressivement ses qualités magnétiques à T = 80 ° C. Au-delà de la température de Curie, le matériau est considéré comme démagnétisé. Tous les résultats trouvés ont été commentés et discutés. Au-delà de la température de Curie, le matériau est considéré comme démagnétisé. Tous les résultats trouvés ont été commentés et discutés. Au-delà de la température de Curie, le matériau est considéré comme démagnétisé. Tous les résultats trouvés ont été commentés et discutés.

Dans ce travail, une étude numérique bidimensionnelle du processus de la fusion d’un matériau à changement de phase (MCP) placé à l’intérieur d’une enceinte rectangulaire inclinée, dont toutes les faces sont isolées thermiquement à l’exception de la face verticale avant, qui est chauffée de manière isotherme. On a considéré que la conduction était le mode de transfert de chaleur qui régit le processus au début de la fusion, suivie par une courte période de transition avant que la convection naturelle devient le mode de transfert de chaleur dominant dans la phase liquide. Les équations qui gouvernent ce genre de phénomène sont résolues et une solution numérique est développée. Les effets de l’angle d’inclinaison et l’orientation de la cavité sur le phénomène de la fusion sont examinés.

RésuméNotre contribution a pour but de mettre en lumière quelques aspects du néosémantisme (constitution d’un sens nouveau à partir d’un même signifiant) observés dans la langue maninka (Guinée) en prenant comme exemple le vocabulaire politique, social et culturel. Le corpus analysé base sur des matériaux élaborés en maninka dans les années 1978-1984. Dans l’état actuel des recherches sur cette langue le processus de formation des néosémantismes est difficile à repérer. La difficulté essentielle est do rendre compte do la relation qui existe entre la phase initiale, la phase de dissémination (pénétration massive des néosémantismes dans l’usage commun) et la phase d’approbation (fixation des néosémantismes dans la langue). Une réponse à toutes questions se posant dans ce contexte exigerait une enquête plus poussée sur la base d’une documentation plus vaste (en premier lieu ü l’égard de lexiques de base et de dictionnaires). Nous voulons ici simplement esquisser les grandes lignes de l’évolution qui s’est produite dans le domaine lexical au regard du changement de sens de termes préexistants pouvant servir de base de recherches ultérieures. Nous tentons de présenter les traits essentiels des sémèmes d’un mot polysémique sous l’aspect de leur rapport aux procédés de formation des mots et de leur distribution et finalité (extension et généralisation de sens, transfert de sens, détermination de la configuration sémantique, connotation péjorative ou méliorative) en tenant compte des processus de l’archaisme, plus ou moins nets et plus ou moins avancés selon le cas concret.

L'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés (MCPM) dans des matériaux à base de ciment ou des géopolymères est l'une des technologies efficaces pour répondre à la demande énergétique finale. Cependant, en raison du taux élevé d'impacts environnementaux associés à la fabrication du ciment, l'utilisation de géopolymères a suscité un grand intérêt de la part des chercheurs en raison de leur faible impact environnemental et de leurs propriétés mécaniques et de durabilité supérieures à celles des matériaux à base de clinker.En revanche, l'incorporation de MCPM dans les géopolymères induit des effets négatifs sur leurs performances mécaniques et thermiques. L'utilisation de ces derniers nécessite encore des investigations approfondies sur leurs indicateurs de durabilité (diffuvisivité des chlorures, porosité, perméabilité etc..). Ce travail de thèse s'inscrit parfaitement dans cette problématique, et traite de l’effet de la combinaison du gel NASH (sodium alumina silicate hydrate) et du gel CASH (calcium alumina silicate hydrate) pour surmonter les effets négatifs de l'incorporation de MCPM sur les performances des géopolymères à base de laitier de haut fourneau. Pour atteindre cet objectif, douze mortiers ont été étudiés (trois à base de ciment et neuf à base de géopolymère) en variant le pourcentage d'ajout de métakaolin (0%, 10% et 20%) dans les mortiers géopolymères, et le taux d'incorporation de MCPM (0%, 5% et 10%) dans les deux types de mortiers : mortiers géopolymère (MGP) et mortiers de ciment (MC).La première partie de cette étude est consacrée à la caractérisation de la microstructure, des propriétés physiques, mécaniques et thermiques des MGP et des MC. Les résultats obtenus ont montré que la coexistence du gel NASH et CASH a apporté des améliorations en termes de propriétés mécaniques et de conductivité thermique par rapport au MGP-MCPM sans ajout de metakaolin. En effet, l'ajout de 10 et 20% de métakaolin était suffisant pour obtenir cette coexistence. Avec une concentration de MCPM allant jusqu'à 10% dans les mortiers géopolymères, la résistance en compression a été augmentée d'environ 21% et la conductivité thermique a été augmentée d'environ 31%, ce qui a conduit à une amélioration de la capacité thermique spécifique allant jusqu'à 1280 J/Kg.K.La deuxième partie du travail porte sur l’étude de l’effet de l'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés sur quelques indicateurs de durabilité des MGP et MC. Les résultats indiquent que l’incorporation des MCPM augmente la porosité totale, ceci induit une augmentation de l'absorption d'eau par capillarité et une diminution de la résistivité électrique du MGP et du MC. En revanche, l'inclusion du MCPM exerce une influence sur la diminution de la connectivité des pores et l'augmentation de la tortuosité du réseau poreux d'une part et l'augmentation de la capacité de fixation des ions chlorure d'autre part. Ceci a conduit à la diminution du coefficient de migration des chlorures à l'état stationnaire. En outre, il convient de noter que les MGP présentent des pores de plus grande taille que les MC. Cela peut être dû au protocole de séchage qui est susceptible d'induire une dessiccation et des microfissures dans le gel CASH. Cependant, en présence de ces microfissures, l'étude a révélé que la réaction chimique du MGP contrôle davantage les mécanismes de transport des ions chlorure par rapport à sa porosité
The incorporation of microcapsulated phase change materials (MPCM) into cement-based materials or geopolymers is one of the effective technologies to meet the final energy demand. However, due to the high rate of environmental impacts associated with cement manufacturing, the use of geopolymers has attracted great interest from researchers due to their low environmental impact and superior mechanical and durability properties compared to clinker-based materials.On the other hand, the incorporation of MPCM in geopolymers induces negative effects on their mechanical and thermal performances, the use of the latter still requires in-depth investigations on their durability indicators (chloride diffuvisivity, porosity, permeability etc.). This thesis work is perfectly in line with this problematic, and deals with the effect of the combination of NASH (sodium alumina silicate hydrate) and CASH (calcium alumina silicate hydrate) gel to overcome the negative effects of MPCM incorporation on the performance of geopolymers based on blast furnace slag. To achieve this objective, twelve mortars were studied (three cement-based and nine geopolymer-based) by varying the percentage of metakaolin addition (0%, 10% and 20%) in geopolymer mortars, and the rate of MPCM incorporation (0%, 5% and 10%) in both types of mortars: geopolymer mortars (GPM) and cement mortars (CM).The first part of this study is devoted to the characterization of the microstructure, physical, mechanical and thermal properties of GPM and CM. The results obtained showed that the coexistence of NASH and CASH gel brought improvements in terms of mechanical properties and thermal conductivity compared to GPM-MPCM without metakaolin addition. Indeed, the addition of 10 and 20% metakaolin was sufficient to achieve this coexistence. With a concentration of MPCM up to 10% in the geopolymer mortars, the compressive strength was increased by about 21% and the thermal conductivity was increased by about 31%, leading to an improvement in the thermal capacity up to 1280 J/Kg.K.The second part of the work deals with the study of the effect of the incorporation of microcapsulated phase change materials on some durability indicators of GPM and CM. The results indicate that the incorporation of MPCM increases the total porosity, this induces an increase in the water absorption by capillarity and a decrease in the electrical resistivity of the GPM and CM. On the other hand, the inclusion of MPCM exerts an influence on the decrease of the pore connectivity and the increase of the tortuosity of the pore network on the one hand and the increase of the chloride ion binding capacity on the other hand. This led to the decrease of the chloride migration coefficient in the steady state. In addition, it should be noted that GPM have larger pore sizes than CM. This may be due to the drying protocol which is likely to induce desiccation and microcracks in the CASH gel. However, in the presence of these microcracks, the study revealed that the chemical reaction of the GPM controls the chloride ion transport mechanisms more than its porosity

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP
This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM

Nous développons dans ce travail de thèse un outil de simulation numérique pour les matériaux à changement de phase (MCP), en tenant compte du phénomène de convection naturelle dans la phase liquide, pour des configurations en deux et trois dimensions. Les équations de Navier-Stokes incompressible avec le modèle de Boussinesq pour la prise en compte des forces de flottabilité liées aux effets thermiques, couplées avec une formulation de l’équation d’énergie suivant la méthode d’enthalpie, sont résolues par une méthode d’éléments finis adaptatifs. Une approche mono-domaine, consistant à résoudre les mêmes systèmes d’équations dans les phases solide et liquide, est utilisée. La vitesse est ramenée à zéro dans la phase solide, en introduisant un terme de pénalisation dans l’équation de quantité de mouvement, suivant le modèle de Carman-Kozeny, consistant à freiner la vitesse à travers un milieu poreux. Une discrétisation spatiale des équations utilisant des éléments finis de Taylor-Hood, éléments finis P2 pour la vitesse et éléments finis P1 pour la pression, est appliquée, avec un schéma d’intégration en temps implicite d’ordre deux (GEAR). Le système d’équations non-linéaires est résolu par un algorithme de Newton. Les méthodes numériques sont implémentées avec le logiciel libre FreeFem++ (www.freefem.org), disponible pour tout système d’exploitation. Les programmes sont distribués sous forme de logiciel libre, sous la forme d’une forme de toolbox simple d’utilisation, permettant à l’utilisateur de rajouter d’autres configurations numériques pour des problèmes avecchangement de phase. Nous présentons dans ce manuscrit des cas de validation du code de calcul, en simulant des cas tests bien connus, présentés par ordre de difficulté croissant : convection naturelle de l’air, fusion d’un MCP, le cycle complet fusion-solidification, chauffage par le bas d’un MCP, et enfin, la solidification de l’eau
In this thesis we develop a numerical simulation tool for computing two and three-dimensional liquid-solid phase-change systems involving natural convection. It consists of solving the incompressible Navier-Stokes equations with Boussinesq approximation for thermal effects combined with an enthalpy-porosity method for the phase-change modeling, using a finite elements method with mesh adaptivity. A single-domain approach is applied by solving the same set of equations over the whole domain. A Carman-Kozeny-type penalty term is added to the momentum equation to bring to zero the velocity in the solid phase through an artificial mushy region. Model equations are discretized using Galerkin triangular finite elements. Piecewise quadratic (P2) finite-elements are used for the velocity and piecewise linear (P1) for the pressure. The coupled system of equations is integrated in time using a second-order Gear scheme. Non-linearities are treated implicitly and the resulting discrete equations are solved using a Newton algorithm. The numerical method is implemented with the finite elements software FreeFem++ (www.freefem.org), available for all existing operating systems. The programs are written and distributed as an easy-to-use open-source toolbox, allowing the user to code new numerical algorithms for similar problems with phase-change. We present several validations, by simulating classical benchmark cases of increasing difficulty: natural convection of air, melting of a phase-change material, a melting-solidification cycle, a basal melting of a phase-change material, and finally, a water freezing case

En terme de performance, de coût et de vitesse de fonctionnement, les mémoires à changement de phase occupent une place importante dans les technologies de stockage de données. Elles utilisent les propriétés de certains matériaux à changement de phase (PCM), principalement des alliages de matériaux chalcogénures, qui présentent des caractéristiques uniques : commutation rapide et réversible entre un état amorphe et un état cristallin avec un contraste optique et électrique important entre les deux états. Cependant, pour de meilleures performances, la consommation d’énergie due aux courants de programmation élevés doit être réduite et la température de cristallisation augmentée. Dans ce contexte, nous avons élaboré de nouveaux systèmes de multicouches de [GeTe/C]n et [Ge2Sb2Te5/C]n. Le but est d’obtenir de manière contrôlée et reproductible une couche mince de PCM nanostructuré avec une ou des dimensions caractéristiques inférieures à 10 nm. Les multicouches ont été élaborées par la technique de dépôt par pulvérisation cathodique magnétron dans un bâti de dépôt industriel 200 mm équipé d’une chambre multi-cathodes. Les multicouches sont amorphes après dépôt. Des analyses par faisceaux d’ions ont permis de contrôler la périodicité et la composition des multicouches ainsi élaborées. Des mesures de résistivité et de réflectivité en température montrent que la température de cristallisation du PCM dans la structure multicouche augmente et dépend de l’épaisseur du PCM et des films de carbone. Aussi, la cinétique et l’amplitude de la transition amorphe-cristal du PCM dans la multicouche est aussi largement affectée. L’impact de la structure multicouche sur la cristallisation du GeTe et du Ge2Sb2Te5 est alors comparée et discutée au regard de la nature de leur mécanisme de cristallisation. Nous montrons que la structure multicouche initialement amorphe est conservée même après cristallisation du PCM lors d’un recuit identique à celui utilisé pour la fabrication des dispositifs mémoires (300 °C pendant 15 min). Ainsi, il est possible d’obtenir des grains nanocristallins de PCM dans du C amorphe de l’ordre de 4 nm verticalement et de 20-30 nm dans le plan des couches. Ces résultats sont comparés à la microstructure de films de GeTe et Ge2Sb2Te5 dopés avec du C. Enfin, l’analyse de l’évolution de la structure de ces multicouches par des mesures de diffraction de rayons X en laboratoire et par des mesures in situ au cours d’un recuit au synchrotron SOLEIL a été réalisée. Ceci a permis par exemple de mettre en évidence au-delà d’une certaine température la percolation locale des grains de GeTe entre les couches de C
In terms of performance, cost and functional speed, phase-change memories are playing a key role in data storage technologies. Leveraging the properties of some chalcogenide materials, phase-change materials (PCMs) present unique features, mainly: fast and reversible switching between amorphous and crystalline states with significant optical and electrical contrasts between the both states. However, for an improved performance, the elevated power consumption due to the high programming current must be reduced, and the crystallization temperature also has to be increased. In this context, we have developed new multilayer systems of [GeTe/C]n and [Ge2Sb2Te5/C]n. The aim is to obtain, in a controlled and reproducible manner, a thin layer of nanostructured PCM with dimensions less than 10 nm. The multilayers were produced by the magnetron sputtering deposition technique in a 200 mm industrial equipment with a multi-cathode chamber. The multilayers are amorphous after deposition. Ion beam techniques permitted to check periodicity and composition of the multilayers. The sheet resistance and reflectivity as a function of temperature were measured in situ. The crystallization temperature of PCM in the multilayer structure increases and is dependent on the thickness of the PCM layer and that of the carbon films. The kinetics and magnitude of the amorphous-crystal transition of PCM in the multilayers are also significantly affected. The impact of the multilayer structure on the crystallization of GeTe versus Ge2Sb2Te5 is then compared and discussed with respect to their crystallization mechanism. We show that the initially amorphous multilayer structure is retained even after PCM crystallization during an annealing that is identical to the one used for the manufacture of memory devices (300 °C for 15 min). Thus, it is possible to obtain nanocrystalline grains of PCM in amorphous C on the order of 4 nm vertically and 20-30 nm in the layer plane. These results are compared with the microstructure of C-doped GeTe and Ge2Sb2Te5 films. Finally, by using X-ray diffraction measurements in the laboratory and by in situ experiments at the SOLEIL synchrotron, we were able to follow the evolution of the structure of these multilayers during annealing. For example, we reported that a local percolation effect of the GeTe grains between the layers of C occurs above a certain temperature

Le thème de cette thèse s'inscrit dans l'étude et le développement de la technologie de l'enregistrement optique réversible par changement de phase (technologie des DVD-RAM). La compréhension des phénomènes physiques intervenant dans les processus d'écriture et d'effacement des dommées est aujourd'hui indispensable pour permettre le développement des DVD de demain. La très forte interactions entre les aspects optique, thermique, thermodynamique et cinétique des transitions de phase impliqués dans des systèmes e couches minces nous a conduit à mettre en place des modèles pour chacun de ces aspects puis à coupler ces différents phénomènes dans une simulation globale; celle-ci permettant d'analyser avec précision les mécanismes et les paramètres influençant les processus d'amorphisation et de cristallisation qui régissent respectivement les opérations d'écriture et d'effacement. Cette simulation a été construite à partir d'un support expérimental varié : dépôt de couches minces, caractérisation optique d ces couches, caractérisation structurale : microscopie électronique à transmission, diffraction des rayons X, EXAFS.

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conception, simulation et réalisation des nouvelles structures des commutateurs hyperfréquences basées sur l’intégration des couches minces des matériaux innovants fonctionnels tels que les matériaux à changement de phase (PCM) et les matériaux à transition de phase (PTM). Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité présenter par ces matériaux. Nous avons exploité le changement de résistivité réversible du GeTe de la famille des matériaux à changement de phase (PCM) entre les deux états : amorphe à forte résistivité et cristallin à faible résistivité, pour réaliser une nouvelle structure d’un simple commutateur SPST. Ensuite, nous avons intégré ce commutateur dans une nouvelle structure de la matrice de commutation DPDT (Double Port Double Throw) à base de PCM pour l’application dans la charge utile du satellite. Nous avons utilisé la transition isolant-métal présenté par le dioxyde de vanadium (VO2) de la famille des matériaux à transition de phase, pour réaliser une nouvelle structure de commutateur simple à deux terminaux sur une très large bande de fréquence (100 MHz–220 GHz)
The work presented in this manuscript focuses on the design, simulation and realization of new microwave switches structures based on the integration of thin layers of innovative functional materials such as phase change materials (PCM) and phase transition materials. (PTM). The operating principle of these components is based on the change of resistivity present by these materials. We exploited the reversible resistivity change of GeTe of phase change materials family between the two states: amorphous with high resistivity and crystalline with low resistivity to realize a new structure of SPST switch. Then, we have integrated this switch structure on a new structure of DPDT (Double Port Double Throw) switch matrix based on phase change materials for application in satellite payload. We have used the insulatingmetal transition presented by the vanadium dioxide (VO2) of phase transition materials family to realize a new two terminals simple switch structure on a very wide frequency band (100 MHz–220 GHz)

La description des phenomenes qui se produisent lors du transfert de chaleur et de masse par vaporisation en milieu poreux, peut se faire de differentes manieres selon l'echelle caracteristique choisie pour effectuer cette description. La methode la plus rigoureuse est celle qui decrit les phenomenes en chaque point du domaine traite et dans chaque phase en utilisant les equations classiques de la mecanique des fluides. Toutefois, cette description microscopique est generalement inutilisable vue la complexite geometrique du domaine porometrique. Pour palier cette difficulte, on utilise la notion de continuum fictif afin de decrire les phenomenes a une echelle macroscopique (volume elementaire representatif englobant un certain nombre de pores). Apres l'analyse sommaire de quelques aspects fondamentaux du changement de phase par autovaporisation (chute de pression a t constant) ou par surchauffe (elevation de temperature a p constant), l'etude d'un evaporateur capillaire est abordee. Dans un premier temps, cette etude basee sur un modele numerique developpe a partir des equations bilans de transfert de chaleur et de masse au niveau du volume elementaire representatif permet de decrire l'extension d'une poche de vapeur sous l'ailette de l'evaporateur capillaire, et d'acceder ainsi aux grandeurs dimensionnantes de ce dernier. Dans un second temps, developpe a partir d'un modele a geometrie simplifiee appele reseau numerique representant chaque pore d'une structure de l'evaporateur et decrivant les transferts de chaleur et de masse a cette echelle ; nous confortons les resultats precedemment acquis, et accedons en outre aux mecanismes lies aux heterogeneites de la microstructure

Ce travail cherche à élaborer un cadre théorique unifié et cohérent, fondé sur les principes rigoureux de la thermodynamique et permettant de modéliser une classe étendue de phénomènes physiques intervenant dans les milieux poreux non saturés, ainsi que leur interaction avec l'état mécanique des structures. Cette classe est celle des phénomènes réactifs, parmi lesquels le changement de phase (la dessiccation), modélisé dans l'ensemble de ses conséquences (fluage, mais surtout retrait) sera abordé comme exemple particulier d'application. Le premier chapitre rappelle les fondements de la description adoptée du milieu poreux, ainsi que le cadre thermodynamique global qui sous-tend l'ensemble de la modélisation. Le chapitre II s'attache à la formulation essentiellement nouvelle et à l'identification d'une loi de comportement élastique non linéaire du milieu. Différents éléments de réflexion liés aux comportements microscopiques des constituants et à l'expérience, orientent le modèle vers certaines hypothèses fortes qui permettent la détermination complète et explicite de loi de comportement macroscopique. Le chapitre III expose les différentes expériences à disposition pour l'identification de la loi de comportement et permet de les intégrer, en tant que caractéristiques comportementales, dans le modèle théorique. Chapitre IV et chapitre V sont des exemples d'application: le chapitre IV étudie le problème du retrait et du fluage de dessiccation en comportement couple élastique linéaire ; le chapitre V se limite au cas du retrait de dessiccation, par application numérique du modèle élastique non linéaire complet. Les résultats obtenus présentent une bonne adéquation avec l'expérience

Avec le développement des énergies intermittentes et la raréfaction des énergies fossiles, le sujet du stockage de l’énergie prend de plus en plus d’ampleur. Une des voies étudiée est le stockage thermique par utilisation de matériaux à changement de phase (MCP). Cette voie est en outre développée pour améliorer l’inertie thermique dans le secteur du bâtiment. Pour utiliser au mieux ces matériaux il est nécessaire de pouvoir prévoir leur comportement énergétique. Cela nécessite une connaissance précise des propriétés thermophysiques, et en premier lieu de la fonction enthalpie massique . Actuellement, il est souvent proposé d'approximer cette enthalpie par l'intégration directe des thermogrammes de la calorimétrie utilisant notamment la notion de capacité calorifique "équivalente". Cette approche est cependant fausse car le thermogramme n’est qu'une représentation en fonction du temps de phénomènes complexes faisant intervenir non seulement les propriétés énergétique du matériaux mais également les transferts thermiques au sein de la cellule du calorimètre. Il en résulte, par exemple, que la forme des thermogrammes, et donc l’enthalpie apparente, dépend de la vitesse de réchauffement et de la masse de l'échantillon ce qui n'est pas le cas de l'enthalpie des MCP qui ne dépend, à pression fixe, que de la température ou de la concentration (pour les solutions). On propose de comparer la sortie d’un modèle numérique direct avec des thermogrammes expérimentaux. L’objectif principal de cette thèse est alors d’utiliser ce modèle dans le cadre d’une méthode inverse permettant l’identification des paramètres de l’équation d’état permettant alors de calculer l’enthapie massique . Dans un premier temps, il est donc présenté le détail d'un modèle 2D dit enthalpique qui néglige la convection, validé par l'expérience, permettant de reconstituer les thermogrammes de corps purs ou de solutions binaires dont les enthalpies sont connues. Il en est déduit une étude de l'influence des différents paramètres ( , , , ...) sur la forme des thermogrammes pour en déduire leurs sensibilités. Une réduction de ce modèle est ensuite effectuée pour réduire le temps de calcul du modèle direct en vue de l’utilisation dans une méthode inverse. Cette dernière est décrite ainsi que les algorithmes d’optimisation correspondants (de Levenberg-Marquardt, génétique ou du simplexe qui s'est avéré le plus rapide) dans un second temps. Nous appliquerons ensuite cet algorithme pour identifier, à partir d'expériences, la fonction enthalpie de corps purs ou de solutions binaires. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible d’identifier une fonction independante de la vitesse de réchauffement et de la masse, ce qui valide la méthode. Une analyse des différentes sources d’erreurs dans le processus d’identification et leurs influences sur le résultat permet d’évaluer la qualité de la fonction enthalpie que l’on identifie. Enfin, cette même approche a été utilisée pour analyser une expérience réalisée sur un échantillon d’un matériau composite utilisé dans le bâtiment (ciment avec inclusion de MCP micro-encapsulé). Dans ce cas encore, nos méthodes permettent une caractérisation énergétique pertinente
With the development of intermittent sources of energy and the depletion of fossil fuels, the subject of energy storage is becoming an important topic. One of the studied options is tthe latent hermal storage using of phase change materials (PCM). One application for this type of energy storage is to improve the thermal insulation in buildings. To make the best use of these materials it is necessary to be able to predict their energy behavior. This requires a precise knowledge of their thermophysical properties, first of all of the specific enthalpy function of the material . Currently, it is often suggested to approximate the enthalpy by the direct integration of the thermograms obtained through calorimetry experiments (notion of "equivalent" calorific capacity). This approach is false because thermograms are only a time related representation of complex phenomena where thermal transfers arise in the cell of the calorimeter acting with the thermophysical properties. As a result, for example, the shape of thermograms depends on the heating rate and on the mass of the sample, which is not the case for the enthalpy of the PCM, which depends, at constant pressure, only on the temperature or on the concentration (for the solutions). We propose to compare the results given by a of a numerical direct model with experimental thermograms. The main objective in this thesis is then to use this direct model in an inverse method in order to identify the parameters of the equation of state, which enables us to calculate the specific enthalpy . First of all, the detail of an enthalpy model is presented, and then validated by comparison with experiments, allowing us to reconstruct the thermograms of pure substances or of salt solutions, of which the enthalpies are known. A study of the influence of the various parameters ( , , , .,..) on the shape of thermograms is also undertaken in order to deduce their sensibilities. A reduced model is then developed in order to reduce the calculating time of the direct model. This optimized model allows the use of inverse methods with acceptable durations. Several inverses algorithms are then presented: Levenberg-Marquardt, evolutionary and Simplex which has proved to be the fastest). We shall then apply this algorithm to identify, from calorimetric experiments, the enthalpy function of pure substances or of salt solutions. The results that we obtain show that it is possible to identify a function independent of the heating rate and of the mass, which validates the method. An analysis of the various sources of errors in the identification process and of their influences on the result allows us to estimate the quality of the enthalpy function that we identify

A l'heure où chacun débat sur la protection de l'environnement et les diminutions de la consommation énergétique, de nouveaux matériaux apparaissent sur le marché. Les matériaux à changement de phase (MCP) présentent un avantage et une technologie qui serait avantageuse tant sur le plan écologique qu'économique. Ils peuvent apporter des avantages compétitifs (baisse de la consommation d'énergie, gain du confort dans la vie sociale, refroidissement de packaging électronique….etc). Les enjeux écologiques mondiaux donnent plus de légitimité et intérêt à l'utilisation des matériaux à changement de phase (MCP) dans plusieurs domaines (les biomatériaux, le bâtiment, les semi-conducteurs, composites…). Ce travail vise à mettre au point l'intégration de Matériaux à Changement de Phase (MCP) encapsulés/ou non encapsulés dans une matrice de polymère renforcée par des charges conductrices/ou non conductrices. La matrice peut être un thermoplastique ou un thermodurcissable. Le but est d'augmenter la conductivité effective et la vitesse de stockage/restitution de l'énergie sous forme de chaleur latente. La maîtrise du comportement thermique de ces matériaux passe par l'analyse fine de leurs propriétés thermophysiques. Il est donc indispensable de disposer d'outils expérimentaux adaptés pour caractériser ces matériaux. Nous avons donc fabriqué des échantillons « MCP » et conçu une plaque chaude gardée transitoire (PCGT), instrumentée de capteurs de température et de flux placés sur les deux faces de l'échantillon pour qu'ils soient sensibles aux variations des conditions aux limites thermiques contrôlées. La réponse thermique de ces échantillons à un cycle thermique de stockage-déstockage est présentée puis analysée. Les paramètres mesurés sont les conductivités thermiques et les chaleurs massiques dans les états solides et liquides, la température et la chaleur latente de changement de phase. Ces mesures fluxmétriques sont une source de données expérimentales très intéressante qui viennent compléter nos mesures calorimétriques de DSC
Pas de résumé en anglais

Ce chapitre permet d’avoir une vision claire de l’offre existante des différents matériaux à changement de phase. Il propose d’abord une classification de ces matériaux en les distinguant selon leur nature chimique : organique ou non organique, ainsi qu’une classification selon les caractéristiques souhaitées pour une application particulière. Un aperçu des matériaux à changement de phase disponibles dans le commerce est proposé avant de donner des informations sur la manière de mener l’évaluation technico économique d’un projet industriel incluant de tels matériaux.

Ce chapitre décrit diverses méthodes destinées à faciliter l’utilisation des matériaux à changement de phase dans les applications pratiques. Deux grandes familles de techniques sont principalement décrites : l’encapsulation d’une petite quantité de matériaux à changement de phase ou bien l’infiltration de celui-ci dans un support microporeux. La première technique consiste à créer une fine enveloppe globalement sphérique autour du MCP: cette sorte de coquille peut être conçue dans un matériau organique ou inorganique. La seconde technique consiste à insérer le MCP dans une micro structure: bien que les supports poreux en carbone aient été largement étudiés, d’autres solutions sont présentées. Ces diverses techniques sont comparées avec un intérêt particulier à l’évolution de la conductivité thermique du matériau obtenu ainsi qu’aux phénomènes de sous refroidissement.

Par rapport au traitement électrique des données, en passant au domaine optique et aux circuits nanophotoniques la bande passante disponible augmente considérablement, la parallélisation est intrinsèquement possible et le calcul en mémoire peut être réalisé avec des matériaux à changement de phase. Ce chapitre présente les détails et les applications de cette technologie, jusqu’à un réseau neuronal artificiel optique.

Ce chapitre se concentre sur les systèmes de stockage d’énergie thermique par chaleur latente. En plus de leur densité énergétique élevée, ces systèmes présentent l’intérêt de stocker la chaleur à température quasi constante. La classification des systèmes de stockage est présentée selon que le fluide caloporteur sert de matériaux de stockage, ou bien que le fluide caloporteur est différent du matériau de stockage. Dans ce cas, des fluides tels que l’eau, des sels fondus ou des huiles thermiques sont fréquemment utilisés. Le cas particulier du stockage de froid est également présenté ainsi que l’ensemble des technologies associées. Le chapitre aborde par ailleurs l’usage du stockage thermique par matériaux à changement de phase pour le bâtiment et les applications industrielles. Le cas des centrales solaires à concentration est également détaillé.

Avec un coût équivalent à 20 % de la consommation électrique mondiale, et des fluides frigorigènes fortement réglementés, l’industrie du froid doit faire face à plusieurs défis environnementaux tout en assurant son rôle fondamental pour divers secteurs (alimentaire, pharmaceutique, climatisation…). L’usage de suspensions de matériaux à changement de phase (MCP) en solution aqueuse, appelées « coulis », permet de stocker et transporter des quantités de froid par chaleur latente, un atout pour le dimensionnement et le rendement des installations. Parmi ces MCP, on trouve les hydrates (de sels, de gaz) dont certains possèdent les plus fortes chaleurs latentes sur la gamme 0-10 °C. Ce chapitre présente les propriétés fondamentales des hydrates, puis une revue des hydrates utilisés comme matériaux de stockage et de transport de froid. Les critères thermodynamiques, rhéologiques, thermiques, cinétiques, énergétiques et environnementaux d’utilisation des hydrates sont ensuite détaillés. Enfin, des exemples d’application des hydrates en réfrigération et en climatisation sont décrites.