Gotowa bibliografia na temat „Matériaux énergétiques – Propriétés thermiques”

Depuis plusieurs années, un intérêt croissant pour les matériaux alternatifs dans les bâtiments a commencé à être développé afin d’obtenir des structures à faible impact environnemental et avec des propriétés multifonctionnelles. L’intérêt d’utilisation des matériaux légers est justifié par une prise de conscience environnementale, dans le but de contribuer à la valorisation du matériau argileux du Sénégal. Différentes formulations ont été réalisées dans cette expérimentation afin de développer à partir de la formule du mortier traditionnel, un nouveau matériau de construction composé de 50% Typha Australis, le reste complété d’argile et de ciment à différentes proportions dans le but d’optimiser les propriétés mécaniques et thermiques. Les meilleures propriétés mécaniques et thermiques ont été obtenues lorsque le ciment est majoritaire par rapport à l’argile. A certaines proportions (~ 25%), l’argile avec son indice de plasticité de presque 27% joue le même rôle que le ciment.

Le graphène en particulier, et les matériaux 2D en général, sont une nouvelle filière de matériaux aux propriétés physiques très intéressantes. Leurs propriétés électroniques, thermiques et mécaniques en font des matériaux de choix pour de nombreuses applications, dans les domaines aussi que les technologies de l’information et de la communication, la santé, l’énergie, le transport. Compte tenu des potentialités de ces matériaux, de nombreux grands programmes de recherche se sont développés au niveau international, pour étudier ces matériaux, et bénéficier des innovations qui en découleraient pour le développement de nouveaux emplois et de nouvelles richesses. Sur le plan de la formation, avec le soutien du GIP CNFM et de l’IDEFI FINMINA obtenu par le réseau du CNFM, le pôle CNFM de Lille s’est doté de nouveaux équipements qui permettent d’explorer, d’analyser, et de fabriquer des composants et systèmes avec ces matériaux 2D. Il s’agit notamment d’un four de croissance de graphène, d’un spectromètre Raman permettant de caractériser les matériaux 2D, du développement d’un système de transfert du graphène sur un matériau hôte. Cette communication va présenter la méthodologies mise en place, pour sensibiliser les étudiants du master 2 sur la manipulation de ces nouveaux matériaux.

Les méthodes dynamiques de mesure des propriétés thermiques des matériaux sont basées sur l'observation du comportement d'échantillons soumis à une excitation dont les caractéristiques sont connues. Ces méthodes dynamiques sont habituellement classées en fonction du type d'excitation thermique, les plus utilisées étant l'échelon, le pulse de Dirac, la modulation sinusoïdale et plus récemment les séquences pseudo-aléatoires. Chacune de ces familles de méthodes comportent avantages et inconvénients qui font que l'une ou l'autre peut être plus pertinente dans une configuration donnée. Afin d’initier les étudiants à l’identification par méthode périodique, une maquette expérimentale dédiée aux travaux pratiques a été développée. L’objectif est, à partir d’un dispositif économique, d’illustrer les potentialités de cette approche. Nécessitant quelques connaissances en thermique, la maquette exposée peut être utilisée en premier ou second cycle universitaire.

Le sol algérien est riche en matériaux pouzzolaniques naturels, tels que la perlite naturelle, dans la région ouest plus précisément Hammam Boughrara à Maghnia (Tlemcen). Malheureusement, ils ne sont pas encore totalement exploités. La perlite, grâce à ses composants chimiques en l’occurrence la silice et l'alumine qui lui procurent des propriétés intéressantes, s’octroie le privilège d’être utilisée comme un ajout minéral actif dans la production du ciment. Cette étude contribue à apporter plus de données relatives à la valorisation de la perlite comme substitut partiel au ciment. Pour ce faire des mortiers contenant différents taux de perlite (0%, 10%, 15%, 20% et 25%) ont été confectionnés. Les comportements des cinq formulations à l’état frais (consistance, maniabilité et prise) et à l’état durci (absorption capillaire, propriétés thermo-physiques et résistances à la compression) ont été étudiés. Les résultats de l’étude expérimentale prouvent que la perlite de Maghnia influe positivement sur les propriétés des mortiers. La possibilité de l’employer à des dosages allant jusqu’à 25% dans le but de diminuer le taux du ciment implique un avantage économique et écologique. Par ailleurs, un comportement mécanique à compression satisfaisant à long terme pour un taux de perlite de 20%, a été noté. En outre, les mortiers composés de perlite présentent de faibles conductivités thermiques ce qui permet de mettre en évidence l’effet bénéfique de la perlite comme isolant thermique et l’intérêt de valoriser cet ajout.

Une forme d'énergie rentable, propre et renouvelable, peut être obtenue de nos jours par une exploitation technique adéquate de certaines propriétés physicochimiques des matériaux et fluides dits avancés ou smart. En effet, sous l’action énergétique des phénomènes extérieurs, tels que la lumière ou les champs électrique ou magnétique, certains fluides peuvent être rendus capables de changer d’une manière réversible de propriétés rhéologiques: viscosité, seuil ou contrainte d’écoulement,…. Ces fluides dénommés photo, électro ou magnéto rhéologiques, relativement à la nature du phénomène d'excitation, sont très efficaces pour faire fonctionner ou commander des mécanismes énergétiques et procédés techniques et industriels importants. Dans cet article, la technologie de ces fluides, ainsi que ses principales applications dans les différents domaines énergétiques et technico-industriels est passée en revue. En particulier les meilleures performances obtenues à ce jour et aussi les limitations des fluides électro et magnéto-rhéologiques (FER et FMR) sont comparées et commentées afin de mieux orienter les futurs travaux de recherche dans le domaine.

La caractérisation des matériaux par méthode non destructive est largement répandue dans l’industrie. La méthode s’appuie souvent sur l’analyse d’un signal provenant d’un capteur (ultrason, courants de Foucault, bruit Barkhausen ou autres), afin d’évaluer une caractéristique du matériau telle que la dureté superficielle, la profondeur des traitements thermiques et thermochimiques, etc. Tout d’abord, il est nécessaire d’avoir une corrélation physique entre la propriété physique et la réponse du moyen de contrôle mise en oeuvre. Ensuite, le signal acquis doit être enregistré dans des conditions optimales qui permettent de transcrire l’information nécessaire à la caractérisation. Mais malgré ces précautions, il arrive dans certains cas que la corrélation entre ces propriétés physiques et le signal soit difficile à établir. Cela est dû principalement à la complexité de la propriété physique recherchée et aux multiples interactions avec d’autres facteurs influents qui donne lieu à une faible corrélation entre le paramètre suivi et celle-ci. En effet, les méthodes classiques sont souvent basées sur l’analyse d’un seul paramètre, comme le Root Mean Square (RMS), le maximum ou le kurtosis par exemple, afin de corréler la propriété du matériau à ce dernier. Mais cette corrélation reste incomplète puisqu’elle ne décrit pas toute la déformation du signal en fonction de la propriété recherchée. Dans cet article, nous proposons d’utiliser une méthode multi paramètres qui permet, à partir d’un signal, d’extraire des paramètres pertinents qui décrivent correctement le signal, et de les utiliser afin de remonter à des propriétés mécaniques telles que la profondeur de cémentation ou les contraintes résiduelles. Des algorithmes de Machine Learning et/ou de Deep Learning sont utilisés, et les résultats sont comparés entre eux.

Les Contrôles Non Destructifs (CND) usuels, tels que les ultrasons ou les rayons X, peuvent, dans certains cas, atteindre leurs limites d’utilisation. C’est le cas, par exemple, pour des composants revêtus de revêtements de protection polymères/élastomères épais, de revêtements poreux tels que les barrières thermiques ou bien encore de patches (composites, bandages) de réparation- lorsque la structure a déjà fait l’objet d’une intervention de maintenance – qui sont particulièrement atténuants pour les Ultrasons. L’utilisation des rayons X, en particulier en tangentiel, rencontre un certain succès mais présente des limitations liées à la géométrie des composants à inspecter, de même qu’en raison de leur dangerosité et complexité de mise en oeuvre. Ils sont par ailleurs peu sensibles aux faibles hétérogénéités dans les matériaux, rendant par là-même difficile la détection précoce de certains défauts. Les ondes Térahertz sont des ondes électromagnétiques dont les propriétés sont très intéressantes et ouvrent de nouvelles perspectives pour le CND. Sans danger et ne nécessitant aucun contact avec la structure, elles traversent aisément les matériaux non conducteurs électriques, qu’ils soient minces, épais, massifs ou poreux, y compris multicouches. Elles sont très sensibles aux faibles hétérogénéités ainsi qu’à la présence d’eau et d’humidité. On les met en oeuvre pour mesurer des épaisseurs, caractériser les interfaces, réaliser des cartographies 2D/3D et détecter, dimensionner et localiser des défauts, même sur des pièces de grandes dimensions. Elles permettent notamment la détection de corrosion, de décollements, de fuites et plus généralement de défauts, sous et à l’intérieur des matériaux et complètent utilement les technologies de contrôle usuelles. Elles constituent une alternative pertinente aux CND existants pour répondre à des problématiques de contrôle mal ou non résolues. TERAKALIS, société spécialisée en ingénierie TéraHertz, présente dans cet article les avantages et limites de la technologie THz pour le contrôle de matériaux et revêtements de forte épaisseur et la détection de défauts dans ces revêtements ainsi qu’aux interfaces.

Les propriétés thermo-radiatives des matériaux dépendent de leur indice de réfraction, valeur qui dépend de la constitution chimique du matériau, mais aussi de leur morphologie. Ce phénomène permet d’élaborer des matériaux de haute technologie dans le domaine de l’industrie (barrières thermiques, SOFC…). L'influence de la rugosité sur les propriétés radiatives est bien connue, mais peu d'études tentent de décrire le comportement radiatif de matériaux réels pour de hautes températures (T ~ 1000 K). Afin de prédire au mieux les propriétés thermo-radiatives de matériaux hétérogènes, des surfaces de graphite ayant un degré de rugosité varié ont été élaborées. Un dépôt de nickélate de praséodyme (Pr2NiO4+δ) est également étudié. La caractérisation de ces surfaces montre une échelle de rugosité supérieure à la gamme de longueur d’onde étudiée (25 – 2 µm). Ces observations permettent de traiter l’interaction du rayonnement électromagnétique avec l’interface dans le cadre de l’approximation de l’optique géométrique. De plus, le fort coefficient d’absorption de ces matériaux et leur épaisseur permettent de considérer ces surfaces comme opaques d’un point de vue optique. Un algorithme de lancer de rayons (LR) est implémenté afin de calculer la réflectivité et l’émissivité de ces matériaux. Le comportement radiatif du Pr2NiO4+δ est bien décrit en couplant la technique LR à une loi de milieux effectifs, tenant compte de la microstructure (porosité, grains) inférieure à la longueur d’onde. Les simulations de la réflectivité du graphite montrent en revanche un désaccord avec les données expérimentales, que l’on attribue à une variation des indices optiques des surfaces lors du polissage.

Ce travail de thèse s’insère dans un partenariat entre le laboratoire PROMES et la société Saunier Duval, partie prenante du groupe Vaillant, dans le but d’améliorer les performances des chauffe-eau solaires individuels (CESI). Dans le cadre de cette application particulière, le potentiel des matériaux à changement de phase (PCM) est envisagé. Notre démarche a consisté à la fois en l’étude de composites (élaboration et caractérisation) et à l’analyse du procédé afin de réaliser l’insertion optimale du matériau dans le système. Dans un premier temps, après avoir recensé les PCM répondant aux problématiques de notre application, nous avons élaboré et caractérisé des composites associant le graphite naturel expansé (GNE) et de matériaux de stockage à chaleur latente. Dans un second temps, ce travail a pour but de quantifier les performances d’un CESI dont le capteur intègre un des composites précédemment élaborés. Une approche numérique nous permet de simuler le comportement thermique et les rendements d’un tel système sous un climat spécifique et des consommations en eau chaude sanitaire (ECS) données. L’analyse de ces résultats numériques nous permettra de proposer plusieurs perspectives de travail
This thesis takes place in a partnership between the PROMES laboratory and the Saunier Duval industry, part of the Vaillant Group, with the aim of improving the performance of solar domestic hot water (SDHW) system. Potential of phase change materials (PCM) for this particular application is investigated in this study. Our approach has been to associate the study of composites (preparation and characterization) and also the analysis of the process to achieve optimal integration of the material in the system. In the first part we have elaborated and characterized composite based on compressed expanded natural graphite (CENG) and PCM in order to validate the existence of materials having the characteristics necessary for the planned feature. The second part of this work aims to quantify the performance of a SDHW which includes the composite material previously developed. A numerical approach allows us to simulate the thermal behaviour and the efficiency of such a system. Analysis of these numerical results will give rise to several conclusion and prospects

L'observation du comportement thermomécanique des freins illustre un cas pratique de fatigue en présence de points chauds répartis angulairement sur la surface du disque. Dans le but de prédire la fissuration des disques, une approche énergétique est développée, qui vise à définir un seuil d'énergie au delà duquel on aura apparition d'une fissure macroscopique. Sur la base de l'intégrale M définie dans le cas élastique par Knowles et Sternberg pour une symétrie de dilatation, le comportement thermoplastique est introduit. A partir de l'inégalité de Clausius-Duhem et de la formation d'un lagrangien dans le cas de la thermoplasticité, le comportement thermoplastique est introduit dans l'intégrale M par le théorème du lagrangien nul. On peut alors, par l'utilisation du théorème de Noether obtenir une intégrale M* composée d'une intégrale de contour et d'une intégrale de surface. M* est indépendante du contour sous réserve de respecter les conditions d'obtention de la symétrie variationnelle. Ces conditions sont très sévères dans un espace à deux dimensions elles correspondent à une uniformité des déplacements. Seule la solution du problème de Flamant peut répondre à ces conditions. L'étude d'une sollicitation thermique dans le cadre du cylindre épais, pour lequel l'uniformité des déplacements n'est plus respectée, montre la nécessite de modifier l'intégrale M* si l'on veut obtenir l'indépendance du contour. Une modification des intégrales utilisées dans le cas du cylindre épais dans le domaine élastique et thermoplastique est proposée pour rendre ces intégrales indépendantes du contour. La modification de ces intégrales est ensuite généralisée aux applications ou le déplacement est du type u = r-[alpha]. Différents exemples d'applications permettent de valider la conformité des résultats théoriques et numériques.

Ce travail concerne le développement de procédés d'intégration de couches énergétiques de type thermite (constituées d'un oxyde et d'un métal, généralement Al) dans les microsystèmes pour la réalisation de microsources de température pour des applications militaires et civiles (aérospatiale, automobile). Après avoir sélectionné le matériau à formuler, la thermite Al/CuO, notre travail s'est organisé selon deux axes : (1) élaborer et optimiser des technologies de dépôt d'Al/CuO qui permettent de maîtriser autant que possible les caractéristiques stSchiométriques et géométriques à l'échelle nanométrique du matériau déposé pour en contrôler la cinétique et en optimiser la chaleur de décomposition. (2) intégrer la nanothermite dans un micro-initiateur pour explorer les applications de micro-amorçage. Deux procédés de dépôt simples et reproductibles ont été développés: un procédé fondé sur l'oxydation thermique du Cu qui permet la formation de nanofils pour des surfaces inférieures à 1 mm2 et un procédé fondé sur la pulvérisation cathodique réactive qui permet l'obtention d'empilements successifs de nanofeuillets d'Al/CuO d'épaisseur réglable. L'intégration sur plateforme chauffante micro-usinée de ce matériau permet la libération contrôlée de chaleur (1,2 kJ/g) pour une température de réaction de 740 K. La nanothermite, en tant qu'initiateur, permet la mise à feu de propergol au contact et jusqu'à une distance de 270 µm. Nous discutons ensuite des perspectives ouvertes pour réaliser, au moyen de procédés collectifs, des micro-initiateurs pyrotechniques et de l'importance d'outils de modélisation multi-échelle pour aider à la compréhension de la réactivité du matériau.

Les recherches dans le domaine des matériaux innovants possédant une meilleure efficacité énergétique présentent un enjeu environnemental majeur. L'un des moyens d'économiser l'énergie est le stockage. L'utilisation des matériaux à changement de phase est une solution permettant d'absorber, de stocker et de restituer de grandes quantités d'énergie. Ce travail porte sur l'étude expérimentale des propriétés thermophysiques et des changements de phase de matériaux composites à matrice polymère contenant un matériau à changement de phase microencapsulé et sur l'optimisation de ces propriétés. Des composites contenants différentes fractions massiques de microcapsules de paraffine ont d'abord été caractérisés. Afin d'améliorer le transfert thermique des microcapsules de paraffine métallisées avec de l'argent ont ensuite été utilisées. Une nouvelle série d'échantillons a été réalisée. Dans les composites la matrice polymère choisie est le polycaprolactone (PCL), ce polymère a une température de fusion particulièrement faible (53°C), qui permet de le mélanger aux microcapsules sans les détériorer. Les mélanges polymère/microcapsules ont été réalisés à l'aide d'un mélangeur interne, ils ont ensuite été pressés pour obtenir des plaques de composites. L'homogénéité des échantillons a été vérifiée en faisant des observations au microscope électronique à balayage et des mesures de densité. Le matériau à changement de phase utilisé est un mélange de paraffines qui a une température de changement de phase de 26°C, microencapsulé dans du PMMA hautement réticulé, et commercialisé par la société BASF® sous la dénomination commerciale de Micronal® DS 5001 X. Le PCL a une température de fusion inférieure à la température de ramollissement du PMMA. Un des objectifs de cette étude était d'obtenir un matériau qui reste solide même quand la paraffine fond. La microencapsulation a permis cela en évitant que la paraffine ne diffuse hors de l'échantillon lors de cycles successifs, elle permet également d'éviter les phénomènes de convection quand la paraffine est liquide. D'autre part, un autre objectif était de voir si la métallisation des particules permettait d'améliorer les propriétés thermiques en augmentant significativement la conductivité et la diffusivité thermique. La DSC a été utilisée pour connaître les températures et les enthalpies de changements de phase ainsi que les Cp des matériaux entre -20 et 40 °C. Une technique expérimentale développée au laboratoire (DICO) permet de mesurer simultanément la conductivité thermique (λ) et la diffusivité thermique (a) à température ambiante. Une évolution récente de ce dispositif permet maintenant de faire des mesures en rampe en température entre -15°C et 180°C. Les mesures de l'évolution de la conductivité et de la diffusivité thermique en fonction de la température ont donc été réalisées en chauffe et en refroidissement. Les changements de phase observés en DSC se retrouvent sur l'évolution de la conductivité et de la diffusivité thermiques tracées en fonction de la température. On voit également l'impact de l'état solide ou liquide de la paraffine contenue dans les microcapsules sur ces propriétés. Enfin l'évolution de la capacité calorifique volumique a pu être calculée à partir des résultats obtenus avec la DICO (Cp=λ/a) et comparée à l'évolution de la capacité calorifique massique mesurée en DSC. Globalement le transfert thermique a été amélioré pour les composites contenant des Micronal® argentés mais leur capacité de stockage est inférieure aux composites ne contenant que des Micronal®
Research in the field of innovative materials with improved energy efficiency have a major environmental issue. One way to save energy is storage. The use of phase change materials (PCM) is a solution for absorbing, storing and releasing large amounts of energy. This study focuses on the experimental study of the thermophysical properties and phase changes of polymer matrix composite materials containing microencapsulated PCM and the optimization of their thermophysical properties. Composite containing different mass fractions of paraffin microcapsules were first characterized. To improve heat transfer, paraffin microcapsules metallized with silver were then used. A new set of samples was elaborated. In the composite the selected polymer matrix is polycaprolactone (PCL), this polymer has a particularly low melting point (53°C), which allows to mix the microcapsules without damaging them. The polymer/microcapsules mixtures were prepared using a blender, they were then pressed to obtain plates of composites. The homogeneity of the samples was verified by scanning electron microscopy observations and density measurements. The phase change material used is a mixture of paraffins having a phase change temperature of 26°C, in microencapsulated highly crosslinked PMMA, and marketed by BASF under the trade name of Micronal®DS 5001 X. PCL has a melting temperature lower than the softening temperature of PMMA. One objective of this study was to obtain a material that remains solid even when the paraffin melts. Microencapsulation has avoided that the paraffin in the sample diffuses out during successive cycles, it also avoids convection when paraffin is liquid. On the other hand, another goal was to see if metallization of the particles allowed to improve the thermal properties by significantly increasing the thermal conductivity and diffusivity. DSC was used to determine the temperatures and enthalpies of the phase changes and the materials Cp between -20 and 40 ° C. An experimental technique, developed in the laboratory (DICO), can simultaneously measure the thermal conductivity (λ) and thermal diffusivity (a) at room temperature. A recent development of this system now allows to make measurements in ramp between -15°C and 180°C. The measures of the change in thermal conductivity and diffusivity as a function of temperature have been carried out by heating and cooling. Phase changes observed in DSC are found on the evolution of thermal conductivity and thermal diffusivity plotted as a function temperature. It also shows the impact on these properties of solid or liquid state of the paraffin contained in the microcapsules. Finally the evolution of the volumetric heat capacity was calculated from the results obtained with DICO (Cp=λ/a) and compared with the evolution of the specific heat capacity measured by DSC. Globally, heat transfer was improved for composites containing silver but their storage capacity is lower than for the composites containing only Micronal®

La réduction de la consommation énergétique des bâtiments de télécommunications constitue un challenge international que les principaux opérateurs de télécommunications, et les acteurs majeurs de l'internet vont devoir relever. En effet, ces bâtiments possèdent une forte densité d'équipements électroniques et donc des apports thermiques très importants. Il est ainsi nécessaire de recourir à des systèmes de climatisation conséquents et énergivores pour maintenir les conditions ambiantes (température et humidité de l’air) dans des plages fixées par les normes. Une des approches possibles pour limiter les puissances installées des dispositifs de climatisation est d’écrêter les pics de température des ambiances intérieures en agissant sur la capacité de stockage de la chaleur des murs et en adoptant une gestion « jour-nuit » des systèmes. Ainsi, dans le cadre de cette thèse des études expérimentales et numériques ont été menées afin de disposer d’un outil de simulation dédié à la prédiction de la température ambiante dans une salle de datacentre. Dans une première étape, les réponses en température de deux maquettes de volume intérieur 1 m3 sont suivies et simulées dans différentes conditions de test. L’inertie thermique est augmentée par l’intégration de matériaux à changement de phase MCP (paraffine micro-encapsulée) dans du béton. A partir d’expériences et de mesures des propriétés thermophysiques, un modèle thermique représentatif de la conduction monodimensionnelle dans les parois est développé et validé. A partir de ces études, un composant spécifique, représentatif d’une paroi multicouche avec MCP, est développé et couplé au Type 56 de TRNSYS. Ces développements sur TRNSYS sont alors appliqués à l’étude d’un site réel « datacentre ». Après une confrontation à des données expérimentales, différentes configurations de parois destinées à améliorer l’inertie thermique sont évaluées par le biais de simulation
The reduction of energy consumption for telecommunication buildings is an international challenge for main telecommunication operators and principal actors of internet. Indeed, in these buildings there are electronics equipment with a strong power density and thus a very important thermal contribution. Therefore it is necessary to use large air-conditioning systems in order to maintain ambient conditions (temperature and relative humidity of the air) in fixed ranges. One possible approach for limit installed air conditioning systems is to clip the peaks of internal temperature by using a heat storage in the wall and by adopting a night cool storage directly in the masonry. In this thesis, the study describes a numerical and experimental study in order to define new conceptions of optimized telecommunication buildings. Walls are used in order to increased heat transfer and reduced cooling energy consumption. In the first step, the temperature response of the internal volume 1 m3 were followed and simulated under different test conditions. The thermal inertia is increased by incorporating phase change materials (PCM microencapsulated paraffin) in concrete. From experience and measurements of thermophysical properties, a one dimensional thermal model conduction that represents heat transfer in the walls were developed and validated. From these studies, a specific component, representative of a multilayer wall with PCM, is developed and coupled to TRNSYS Type 56. These TRNSYS developments are then applied to the study of a real "data center" site. After confrontation with experimental data, different configurations of walls have been studied in order to improve thermal inertia. New building architectures are proposed in order to reduce cooling energy consumption

Les compositions pyrotechniques sont des matériaux énergétiques composites dont la combustion provoque divers effets tels que la production de lumière, de fumée, de son ou encore de chaleur. Cette diversité les rend très versatiles, et leur permet de trouver des applications multiples, tant civiles que militaires. Constituées d'un mélange granulaire d'au minimum un oxydant et un réducteur, leurs caractéristiques de combustion sont modifiables aux travers de nombreux facteurs : la nature et la composition du mélange, la taille des particules, le taux de compaction ou encore méthode de fabrication. Chacun de ces paramètres influence la structuration de la composition en générant des variations locales de richesse en réactifs plus ou moins favorables à la propagation de la combustion. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d'un modèle numérique intégrant l'effet de l'anisotropie grâce à des techniques de traitement d'images. À la suite d'un bref état de l'art sur les compositions pyrotechniques, le développement d'un modèle différenciant les grains d'oxydant et de réducteur est présenté. Ce modèle intègre deux réactions couplées à des phénomènes de transport de matière : l'oxydant se décompose en libérant de l'oxygène, qui diffuse au sein du matériau avant de réagir avec le réducteur. Une étude paramétrique a permis d'identifier deux régimes distincts, caractérisés grâce au nombre de Damköhler. Finalement, des compositions sous formes de pastilles ont été fabriquées et caractérisées. Des images de microscopie électronique à balayage (MEB) de leur surface ont été utilisées pour développer des cartographies 2D de la répartition des constituants grâce à des techniques de traitement d'images. Ces cartographies ont ensuite été utilisés pour initialiser les concentrations dans les domaines de calcul du modèle. Leur diffusivité thermique a été calculée numériquement et comparées à des mesures expérimentales. Les simulations de combustion ont mis en évidence l'impact de la répartition locale des grains sur la propagation du front de combustion
Pyrotechnic compositions are composite energetic materials whose combustion produces various effects such as light, smoke, sound, or heat. This diversity makes them highly versatile, allowing for multiple applications in both civilian and military contexts. Composed of a granular mixture of at least one oxidizer and one reducer, their combustion characteristics can be modified by numerous factors: the nature and composition of the mixture, particle size, compaction rate, and manufacturing method. Each of these parameters influences the structuring of the composition by generating local variations in reactant concentration, which can be more or less favorable to the propagation of combustion. This thesis aims to develop a numerical model that incorporates the effect of anisotropy using image processing techniques.Following a brief review of the state of the art on pyrotechnic compositions, the development of a model differentiating between oxidizer and reducer grains is presented. This model incorporates two reactions coupled with mass transport phenomena: the oxidizer decomposes, releasing oxygen that diffuses within the material before reacting with the reducer. A parametric study helped identify two distinct regimes, characterized by the Damköhler number. Finally, compositions in the form of pellets were manufactured and characterized. Scanning electron microscopy (SEM) images of their surfaces were used to develop 2D maps of the distribution of the constituents using image processing techniques. These maps were then used to initialize the concentrations in the model's computational domains. Their thermal diffusivity was calculated numerically and compared to experimental measurements. Combustion simulations highlighted the impact of the local grain distribution on the propagation of the combustion front

L’intégration de matériaux à changement de phase (MCP) dans les systèmes frigorifiques a le potentiel d’augmenter leur flexibilité, de stabiliser les températures des produits, et peut dans certaines conditions réduire leur consommation d’énergie. Cette thèse étudie plus particulièrement l’effet de l’intégration de MCP dans un meuble frigorifique de vente. Deux montages expérimentaux, l’un portant sur un meuble ouvert et un second sur un meuble fermé ainsi qu’un modèle numérique ont été développés afin de vérifier la faisabilité de cette technologie pour ce système et d’étudier l’impact de la présence du stockage sur son comportement thermique. Une étude paramétrique a permis de mettre en avant la nécessité de l’optimisation des meubles après intégration des MCP. Par ailleurs, des scénarios d’utilisation des MCP sont également présentés. Les principaux résultats montrent la faisabilité de la technologie, une augmentation significative de l’inertie thermique du meuble et la possibilité de maintenir la température des produits lors d’un arrêt de la machine frigorifique pendant plusieurs heures
It is admitted that the integration of phase change material (PCM) in refrigeration systems has the potential to increase their flexibility, to stabilize product temperatures and in some cases to reduce their energy consumption. This study is about the impact of PCM used in a display cabinet. Two experimental set-ups are presented: the first one is an open display cabinet and the second one a closed display cabinet. A numerical model has been also developed and used to check the feasibility of PCM integration and evaluate its impact on the display cabinet. In addition, a parametric study have been carried out to highlight the importance of a display cabinet optimization after the insertion of PCM. Besides, PCM application in supermarket scenarios are discussed. The main results show the feasibility of PCM insertion, a significant increase of its thermal inertia, and the possibility to keep the compressor off during a few hours without temperature abuse for the products

La majorité des bâtiments existant aujourd'hui ne respectent pas les réglementations thermiques actuelles. Pour répondre aux exigences environnementales il est impossible, dans ce contexte, d'envisager une politique globale de démolition-reconstruction. Des campagnes de réhabilitation doivent être mises en place. Une solution innovante de réhabilitation énergétique est proposée permettant d'exploiter les ressources énergétiques urbaines, peu utilisées actuellement. Elle consiste à rajouter autour du bâtiment une enveloppe extérieure qui aurait pour fonction principale le captage d'énergie solaire. Un outil d'optimisation de la géométrie de l'enveloppe et de la distribution spatiale de panneaux capteurs à sa surface est développé. Sa validation est effectuée sur des cas simples, puis il est appliqué aux situations présentant de forts contrastes : optimisation pendant la période d'hiver ou d'été, à Oslo ou à Tunis, avec des obstacles proches masquant le Soleil. Afin de réaliser les formes complexes obtenues, il est proposé d'utiliser les gridshells comme système constructif. Ces structures obtenues par déformation élastique d'une grille de poutres en matériau composite initialement planes posent la question de la durabilité de ces matériaux soumis au chargement permanent. Pour étudier le comportement à long terme (fluage et rupture différée) de ces matériaux composés de fibres de renfort et matrice polymère viscoélastique, un modèle micro-mécanique est développé. Ce modèle de type shear-lag permet d'étudier l'influence des propriétés mécaniques des constituants sur la durée de vie du composite soumis à un chargement en traction et traction-cisaillement combinés

Cette thèse s'inscrit dans une démarche de maîtrise de l'énergie dans le secteur du bâtiment. Elle a pour but d'utiliser des solutions passives pour atteindre de hautes performances énergétiques. Une des solutions proposée, est l'utilisation de Matériaux à Changements de Phase (MCP) dans les parois. Les matériaux à formes stabilisée solide-liquide, sont utilisés pour stocker l'énergie thermique sous forme de chaleur latente. Le but de l'étude est de mettre en évidence l'impact réel des MCP en terme de complément d'isolation thermique et de proposer un modèle thermique pour prédire son impact sur le champ de température et par conséquent, sur le confort thermique. Une séquence expérimentale en environnement naturel et à grande échelle a été menée à l'île de La Réunion, où le climat est tropical et humide, avec un fort taux d'ensoleillement. Le rayonnement solaire étant important, il est nécessaire de minimiser les sollicitations solaires sur l'ensemble du bâtiment et en particulier la toiture, qui constitue la surface la plus exposée. La présence de lames d'airs au niveau de la toiture, qualifie celle-ci de complexe. Il est alors nécessaire de proposer une modélisation adaptée. Le modèle est couplé à un code de simulation thermique du bâtiment (ISOLAB) et permet de prédire d'une part, les profils de températures de chacune des surfaces constituant l'enveloppe du bâtiment, et d'autre part, d'évaluer l'impact des MCP sur le confort thermique pour différentes configurations. Selon une méthodologie, alliant Modélisation, Expérimentation et Validation (MEV), la démarche a permis de valider l'expérimentation dédiée et d'évaluer la capacité du modèle à prédire l'ensemble des données issues de l'expérimentation
This Ph.D thesis focusses on energy control in buildings in order to reach high energetic performances by the use of passive means. One of the proposed solution is based on the use of Phase Change Materials (PCMs). Located into walls, PCMs allow to stock thermal energy into latent heat. The aim of the study is thus to put in evidence PCMs actual impacts on the thermal field of a building and its role as thermal insulation. For these considerations, a thermal model has been developed and validated. An experimental device has been set-up for the collection of data in field environment and for a human scale. The measurement sequence has been conducted at Reunion Island, for a hot and humid tropical climate. For the determination of the thermal behaviour of a commplex wall included PCMs, we proposed a generic model, able to predict many configurations. The model has been implemented in a multizone building simulation code (ISOLAB), for the prediction of wall temperature profiles and PCMs impact on the thermal comfort. Following a combined metholodogy, including modelling and experimentation for validation, we were able to validate the model for actual conditions and to evaluate the model's prediction accuracy

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.

Les performances des matériaux métalliques couramment utilisés dans l'industrie alimentaire sont présentées notamment celles relatives à leurs propriétés chimiques, thermiques et mécaniques. Le choix de ces matériaux est discuté en fonction du contact direct ou indirect avec les aliments, le tout dans le contexte des législations nationales ou internationales en vigueur.

Les centrales solaires thermodynamiques avec stockage de chaleur constituent des systèmes de production d’électricité d’origine renouvelable à fort intérêt. Le stockage permet de lisser les fluctuations de la ressource solaire, d’opérer le décalage temporel de la production et d’augmenter le taux de charge de la centrale. Ce chapitre présente les différents systèmes de stockage qui sont actuellement utilisés ou qui font l’objet de travaux de recherche et de développement. Sont abordées les propriétés des matériaux de stockage et des fluides de transfert, ainsi que les performances énergétiques, environnementales et économiques.