Добірка наукової літератури з теми "Caractérisation thermique et thermocinétique"

L’objectif de cet article est de proposer des protocoles de caractérisation thermo-rhéologique des boues digérées pour réaliser un dimensionnement pertinent des installations de traitement en station de traitement des eaux usées (STEU). Pour cela, tous les aspects rhéologiques pouvant impacter l’écoulement des boues dans les composants hydrauliques sont abordés, notamment le seuil d’écoulement, le comportement rhéofluidifiant, la thixotropie, la viscoélasticité ou encore la dépendance thermique des caractéristiques rhéologiques. Un protocole de détermination de chacune de ces propriétés rhéologiques adapté aux boues digérées issues de STEU est détaillé. Les lignes directrices proposées ici se basent sur les retours d’expériences de campagnes de caractérisation menées en laboratoire sur des boues digérées prélevées en STEU. Les résultats des caractérisations menées grâce à l’application des protocoles décrits confirment la présence d’un seuil d’écoulement et d’un caractère rhéofluidifiant pour des boues digérées issues de STEU. Ils montrent également que dans le cas d’une boue digérée, la thermo-rhéologie peut être simplifiée, car la thixotropie, la viscoélasticité et la dépendance thermique ont un impact négligeable sur l’écoulement de la boue digérée dans les conditions typiques des procédés en STEU.

On cherche ici les propriétés mécaniques optimales de matériaux polymériques par mélangeage mécanique de deux polypropylènes et leur amélioration sous l’effet du vieillissement thermique. Ces mélanges de polypropylène homopolymère (PPH) et de polypropylène copolymère (PPC) sont élaborés sans additif ni compatibilisant. Leurs températures de fusion et leurs indices de fluidité sont déterminés par caractérisation physico-chimique. Les valeurs trouvées suggèrent l’injection comme procédé d’élaboration. Les caractérisations chimique et mécanique ont mis en évidence d’une part, la miscibilité des deux polymères et, d’autre part, des propriétés mécaniques intéressantes des deux polymères. Le PPH présente une bonne résistance à la traction avec un grand allongement à la rupture, mais une faible résistance aux chocs. Le PPC manifeste une bonne résistance aux chocs avec une faible contrainte limite élastique et un faible allongement à la rupture. L’introduction de 30 % de PPC dans la matrice PPH conduit, relativement au PPH, à accroître de 94 % la résistance aux chocs pour une diminution de 6 % seulement de la contrainte limite élastique et du module d’élasticité, l’allongement à la rupture restant égal à celui du PPH. Le vieillissement thermique accéléré améliore la rigidité et la contrainte limite élastique, mais diminue la résilience et l’allongement à la rupture.

Ce travail porte sur le développement de nouvelles méthodes de mesure permettant la caractérisation de réactions chimiques très exothermiques dans des conditions de sécurité. Pour cela, nous souhaitons combiner l’analyse thermique des réactions et la technologie microfluidique. L’utilisation de la microfluidique rend possible l’utilisation de très faibles volumes réactionnels limitant ainsi tout risque lié à la dangerosité des réactions explosives. Le premier appareil développé est un microcalorimètre qui mesure le flux de chaleur global dégagé lors d’un écoulement co-courant ou gouttes. Plusieurs paramètres peuvent être déterminés : enthalpie de mélange et de réaction, concentration par dosage calorimétrique et cinétique. Le deuxième dispositif consiste à mesurer le champ de température du milliréacteur isopéribolique à l’aide d’une caméra InfraRouge et ainsi de suivre localement l’évolution de la réaction pour déterminer les paramètres thermocinétiques
This work deals with the development of new measurement methods in order to characterize high exothermic chemical reactions in safe conditions. Thus, we combine thermal analysis with microfluidic technology. The use of microfluidics allows to manipulate a very small amount of product safely. First, we have developed a microcalorimeter to measure the global heat flux produced in co-flow or droplet-flow configurations. Several parameters can be determined: reaction and mixing enthalpy, concentrations by calorimetric titration and kinetics. The second method uses an InfraRed camera to measure the temperature field of the isoperibolic millireactor. Then, the local evolution of the reaction is estimated by thermal processing. From such inverse methods, the thermokinetic parameters can be determined

Dans le cadre des programmes de simulations numeriques de la solidification en fonderie mise au point d'une methode pour determiner experimentalement la distribution du degagement enthalpique sur l'intervalle de solidification. En particulier creation d'une installation d'analyse thermique automatisee comportant d'une part la programmation du four et d'autre part l'acquisition des mesures

Ce travail présente des résultats expérimentaux obtenus dans une cavité différentiellement chauffée de 4 m de hauteur. Dans cette étude, des cartographies de température (microthermocouples) et de vitesse (LDV 2D et PIV standard) ont été établies pour des écoulements de convection naturelle turbulente à grands nombres de Rayleigh (4,0×1010 ≤ RaH ≤ 1,2×1011) tout en respectant l'approximation de Boussinesq. L'exploitation des résultats expérimentaux a, entre autre, permis de caractériser la stratification thermique au centre de la cavité ainsi que son évolution en fonction du nombre de Rayleigh pour différentes émissivités des parois passives. En outre, cette caractérisation a permis de connaitre les répartitions des flux échangés à la paroi, la typologie des écoulements au voisinage des parois actives et dans le plan vertical médian, ainsi que le cheminement du fluide dans la partie haute de la cavité. Ces résultats sont ensuite comparés à ceux obtenus dans d'autres cavités différentiellement chauffées de moindres dimensions étudiées antérieurement au laboratoire. L'ensemble de ces résultats montre une grande cohérence et nous permet de déterminer des lois d'évolution de la vitesse maximale atteinte dans la cavité et du transfert de chaleur aux parois en fonction du nombre de Rayleigh en régime laminaire et turbulent. En parallèle, une étude numérique 2D a été réalisée. Son objectif est d'étudier l'influence du rayonnement de surface ou volumique sur la structure de l'écoulement et sur les modes de transfert de chaleur. A cette fin, un module de transferts radiatifs a été implanté dans un code Volumes Finis de convection naturelle turbulente existant. La modélisation de la turbulence est réalisée par une approche LES avec un modèle de diffusivité de sous maille adapté à la convection naturelle. La partie rayonnement est traitée à l'aide d'un modèle de gaz gris par bande, associé à une méthode aux ordonnées discrètes. Une analyse de l'influence du rayonnement de parois et/ou de gaz sur les écoulements turbulents de convection naturelle est réalisée pour un nombre de Rayleigh de 1,21011.

L'utilisation du bois dans la construction présente de nombreux avantages, mais aussi des risques en termes de sécurité incendie. La littérature regorge d'études, qu'elles soient expérimentales ou numériques, sur le comportement au feu du bois. Cependant, les résultats, divers et variés, ne permettent pas d'identifier un comportement intrinsèque au bois, et le cadre réglementaire doit se résoudre à de nombreuses hypothèses simplificatrices. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier la dégradation thermique du bois à l'échelle du cône calorimètre. L'originalité de l'étude repose sur l'adoption d'une démarche à complexité croissante, l'utilisation d'une métrologie méticuleuse et sur une caractérisation la plus complète possible des propriétés des échantillons de bois étudiés. La dégradation implique de nombreux processus qui interagissent entre eux, tels que le séchage, la pyrolyse et la combustion avec ou sans flamme, entraînant des transferts de chaleur et de masse. Vu la complexité d'étudier tous ces phénomènes simultanément, la stratégie adoptée a consisté à séparer autant que faire se peut les différents phénomènes par le biais de modèles et d'expériences spécifiques. Pour s'affranchir du problème du séchage et des transferts hydriques, l'ensemble du travail a été réalisé sur du bois anhydre. Dans un premier temps, des méthodes de caractérisation spécifiques ont été utilisées afin de déterminer les propriétés thermiques du bois et du charbon. Ces expériences ont permis d'établir des lois de comportement pour certaines de ces propriétés, facilitant ainsi leur intégration dans un modèle. Ensuite, une campagne expérimentale a été réalisée sur le bois à l'échelle matière en utilisant des techniques telles que l'analyse thermogravimétrique et la calorimétrie différentielle de balayage, sous atmosphère inerte. À cette échelle, le bois est thermiquement mince, ce qui a permis de développer un modèle cinétique capable de prédire la perte en masse, la vitesse de perte en masse et la chaleur absorbée ou générée par le bois lors de la pyrolyse, en fonction de la température. Ensuite, une campagne expérimentale a été réalisée sur des échantillons de bois à l'échelle du cône calorimètre sous atmosphère inerte afin de valider le modèle de pyrolyse 3D développé pour la prédiction de la pyrolyse du bois, en l'absence de combustion, lorsque celle-ci est principalement pilotée par les transferts thermiques dans le matériau. Des essais sous air ont enfin été réalisés en vue d'une modélisation globale de la combustion du bois anhydre, nécessitant une caractérisation précise de la combustion du charbon et de l'apport de chaleur associé et du flux de chaleur apporté par la flamme
The use of wood in construction offers numerous advantages, but also poses fire safety risks. Several studies available in the literature, whether experimental or numerical, have investigated the fire behavior of wood. However, the diverse and varied results do not allow the identification of the intrinsic behavior of wood, and regulatory frameworks have to rely on numerous simplifying assumptions. The objective of this thesis is to study the thermal degradation of wood at the cone calorimeter scale. The uniqueness of the study lies in the adoption of an increasingly complex approach, the use of meticulous metrology, and the most comprehensive characterization of the properties of the wood samples under investigation. Degradation involves numerous interacting processes such as drying, pyrolysis, and combustion with or without flames, resulting in heat and mass transfer. Given the complexity of studying all these phenomena simultaneously, the strategy adopted was to separate the different phenomena as much as possible through models and specific experiments. In order to overcome the problem of drying and hydric transfer, all the work was carried out on dry wood. First, specific characterization methods were used to determine the thermal properties of wood and charcoal. These experiments helped to establish behavioral laws for some of these properties, facilitating their integration into a model. Subsequently, an experimental campaign was conducted at the material scale of wood using techniques such as thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry under an inert atmosphere. At this scale, wood is thermally thin, which allowed the development of a kinetic model capable of predicting mass loss, mass loss rate, and heat absorbed or generated by wood during pyrolysis as a function of temperature. Next, an experimental campaign was carried out on wood samples at the scale of the cone calorimeter in an inert atmosphere to validate the 3D pyrolysis model developed to predict wood pyrolysis in the absence of combustion, driven primarily by heat transfer within the material. Finally, tests in an air environment were conducted for a comprehensive modeling of dry wood combustion, which requires a precise characterization of char combustion, the associated heat generated, and the heat flux supplied by the flame

Les recherches portant sur le développement des composites réfractaires de type SiCf/SiC pour application gainage du combustible des réacteurs de géneration IV ont conduit le CEA à s’intéresser aucomportement thermique de ces matériaux. En particulier, la connaissance des propriétés thermiques représente un des points cles dans la conception des composants. Au regard du concept sandwichdont la complexité de structure et la géométrie cylindrique s'éloigne de celle d'éprouvettes planes classiquement utilisées, les méthodes de mesures usuelles ne conviennent pas.Ce travail de thèse s’intéresse à la caractérisation et à la modélisation du comportement thermiquede ces structures. Une première partie du travail concerne l'identification des paramètres thermiquesglobaux des différentes couches constitutives d'une gaine sandwich . Pour cela, une méthodeash est employée et un banc d’expériences adapte aux géométries tubulaires a pu être développe.L’écriture d'un nouveau modèle d'estimation, fonde sur le couplage des signaux recueillis à la fois enface avant et en face arrière, permet aujourd'hui d’accéder par la mesure a la diffusivité thermiquedes composites tubulaires via la thermographie infrarouge. Dans une seconde partie de la thèse,une démarche matériau virtuel a été mise en place pour décrire le comportement thermique d'unegaine sandwich à partir des propriétés des constituants élémentaires (bres et matrice). Cespropriétés, obtenues avec deux méthodes d'estimation différentes permettant d'exploiter les mesuresde deux expériences distinctes basées sur la thermographie infrarouge, sont utilisées comme donnéespour la modélisation du transfert thermique au sein de ces gaines. Les confrontations réalisées entrecampagnes de mesures et expériences numériques permettent normalement d’appréhender le poids desdifférents facteurs d'influence qui régissent les transferts thermiques
Researches on the development on SiCf/SiC refractory composites for generation IV nuclear fuel cladding led the CEA to focus on the thermal behavior of these materials. In particular, knowingthe thermal properties is essential for their components design. Regarding the development of the sandwich" concept, whose complexity and geometry differ from the conventionally used at tubes,usual measurement methods are unsuitable.This PhD reports on the characterization and modeling of the thermal behavior of these structures. The first part concerns the identification of the global thermal parameters of the diferent layers of a"sandwich" sheath. To do so, a ash method is used and an experimental bench suitable for tubular geometries was developed. A new estimation method based on the combination of both collectedsignals in front and rear faces allows the identification of the thermal diffusivity of tubular composites using infrared thermography. The second part focuses on a virtual material approach, established todescribe the thermal behavior of a "sandwich" cladding, starting from the properties of the elementary components (bers and matrix). These properties, obtained using two different estimation methods,allows exploiting the measurements of two separate experiments based on infrared thermography.They are then used as data for the heat transfer modeling in these ducts. Confrontations betweenexperimental measurements and numerical results finally allow gaining insight into the in uence ofthe different key parameters governing the heat transfer

Les monomères alpha-acétoxystyrènes para-substitués préparés à partir de produits commerciaux, en deux ou plusieurs étapes. Ces monomères fonctionnalisés comportent une fonction ester d'Enol, une chaine aliphatique en position para qui constitue un espaceur entre le noyau aromatique et l'espèce réactive (halogène ou ester). L'espaceur est constitué de un, deux ou trois carbones. Ces monomères ont été polymérisés ou copolymérisés par voie radicalaire ou thermique : poly(parachloro-alkyl alpha-acétoxystyrène) : n=1,2,3 ; Poly(para-acétoxy-alkyl alpha-acétoxystyrène) : n=1,2,3 ; Poly(para-tert-butoxycarbonyloxy alpha-acétoxystyrène). Ces polymères ont été caractérisés par les méthodes classiques (IR, RMN, GPC, DSC). L'étude thermique de ces polymères a permis de proposer les mécanismes de décomposition en température, leur stabilité thermique, et de déterminer certaines grandeurs cinétiques telles l'énergie d'activation et la constante de vitesse de réaction

Ce travail porte sur la synthèse et la conversion thermique de gels polysiloxanes obtenus par voie sol-gel. L' objectif est de mieux comprendre le rôle de groupements substituants liés aux atomes de silicium sur la réticulation, le rendement céramique et le comportement à haute température. Parmi les différents précurseurs permettant l'élaboration de verres (Si/C/O), notre choix s'est porté sur deux grandes familles : les composés trifonctinnels de type RSi (OEt)3 ( où R=CH3, C2H3 ET C6H5° et les composés possédant des liaisons Si-H résultant de la copolymérisation du méthyldiéthoxysilane et d'un rapport variable de triéthoxysilane (DhTh 1/1, 1/2 et 1/9). Le premier chapitre de ce travail a été consacré à l' étude en solution des réactions d' hydrolyse-condensation des différents précurseurs par spectroscopie Raman. En suivant la cinétique de disparition de la bande vSi-O dans les précurseurs, nous avons pu accéder à la réactivité intrinsèque de chacun à l' hydrolyse qui a été expliquée par les effets conjugués (stériques, mésomères et inductifs). Dans le deuxième chapitre de ce mémoire, nous avons étudié les mécanismes de conversion thermique des gels polymériques en oxycarbures de silicium en s' attachant à définir la chronologie des principaux processus qui semblent régir cette transformation en relation avec la nature du groupement hydrocarboné. Le troisième chapitre a traité de l' évolution structurale des systèmes Si/C/O. N ous avons clairement établi l' importance et les domaines précis de température de chacune des réactions mises en jeu au-delà de 1000°C en relation avec la composition chimique du système étudié. La réaction de carboréduction a été étayée, mettant en évidence la formation de SiO comme étape intermédiaire qui implique un déplacement du front de réaction dans le lit de poudre
This work concerns the synthesis and the thermal evolution of polysiloxanes gels obtained by the sol-gel method. The aim of this study is to better understand the effect of the substituting groups bonded to silicon atoms on the cross-linking, ceramic yield and the thermal behaviour at high temperature. Two different types of precursors have been studied : trifonctional compounds RSi(OEt)3 ( where R=CH3, C2H3 and C6H5) and precursors that contained Si-H bonds obtained after polymerization of a mixture of methyldiethoxysilane and triethoxysilane in a variable amount (DhTh 1/1, 1/2 and 1/9). The first chapter concerns the study of hydrolysis and condensation reactions of different precursors by Raman spectroscopy. By following the kinetics of the disappearance of vSiO, we could access the intrinsic reactivity of hydrolysis reaction for of each precursor. These phenomena have been explained by steric, mesomer and inductive effects. In the second chapter, we studied the mechanisms of thermal conversion of polymeric gels into silicon oxycarbide. Thus the chronology of the main processes of mineralization in relation to the nature of the substituting group has been evaluated. The third chapter deals with the structural evolution of Si/C/O systems. We clearly established the importance and the domain of temperature of each reaction, which occurs above 1000°C, in relation to the composition of the materials. Carbothermal reaction has been studied and it shows SiO gas to be an intermediate product

En vue d'une application dans le domaine du chauffage ohmique, l'objectif de ce travail est l'amélioration de la conductivité thermique de systèmes chauffants (à base de composites polymères conducteurs (CPC) diphasiques – mélange immiscible) sans altération significative de la conductivité électrique afin de diminuer le gradient de température au sein du matériau, ce qui, à terme, pourrait endommager le système. L'approche suivie a permis d'étudier et de contrôler de manière indépendante les propriétés thermo-physiques de chacune des phases : une phase conductrice électrique (une matrice de poly(éthylène) haute densité (PEhd) avec des charges de noirs de carbone (NC)) et une phase conductrice thermique (une matrice de poly(styrène) syndiotactique (PSs) avec différentes charges conductrices de la chaleur telles que des microparticules d'oxyde d'aluminium (Al2O3), de nitrure d'aluminium (AlN), de talc ou encore de nitrure de bore (BN)). L'originalité de cette étude réside dans la synergie de propriétés obtenue entre les deux phases thermique et électrique. Ces nouvelles formulations conservent une capacité d'auto-régulation (augmentation de la résistivité électrique avec la température (Coefficient de Température Positif – effet CTP) et permettent une dissipation thermique deux fois plus importante. Enfin, le comportement thermo-électrique en fonctionnement des CPC optimisés a été étudié par la confrontation de données expérimentales obtenues sur bancs d'essais et de modèles de simulations. Les résultats sont tout à fait satisfaisants pour envisager le développement de ces produits pour la conception d'éléments chauffants auto-régulés
Focusing on further application in the field of ohmic heating, the aim of this work is to improve the thermal conductivity of heating systems (based on biphasic conductive polymer composites (CPC) – immiscible blend) without significantly altering electrical properties to ensure that the temperature gradient within the material decreases since that could, in a long run, damage the system. The applied approach allowed to study and control in an independent way the thermo-physical properties of each phase: an electrically conductive phase (high density polyethylene (HDPE) matrix with carbon black (CB) fillers) and a thermally conductive phase (syndiotactic polystyrene (sPS) matrix filled with various thermal micro particles such as aluminium oxide (Al2O3), aluminium nitride (AlN), talc or even boron nitride (BN) among others). The novel feature obtained from this study is the synergy of the electrical and thermal properties of the two phases. These new formulas maintain a self regulating capability (increase of the electrical resistivity as the temperature rises (Positive Temperature Coefficient – PTC effect) and double the heat dissipation. Finally, the thermo-electrical behaviour of optimized CPC in working process has been studied through experimental data and simulation models on benchmarks of pilot tests. These results are fully satisfying in the purpose of developing and designing these materials as self regulating heating elements

En réponse aux préoccupations environnementales, l'utilisation du béton de chanvre s'est développée ces dernières années et a montré son efficacité d'un point de vue hygrothermique. L’analyse de son cycle de vie souligne l’intérêt environnemental du chanvre et montre que le constituant le plus impactant est le liant, généralement à base de chaux. L'objectif de cette thèse est de développer des composites à base de chanvre en substituant à la chaux une matrice minérale moins impactante. Plusieurs formulations sont réalisées avec différentes matrices liantes et différents dosages en chanvre. D'une part, le liant commercial ThermOⓇ est utilisé pour produire des bétons de chanvre «classiques», servant de référence comparative. D' autre part, des matrices liantes sont développées à base de fines issues de boue de lavage. La terre commerciale ClaytecⓇ est également considérée. Après avoir présenté les différentes matières premières retenues pour cette étude. Le liant ThermOⓇ est caractérisé pour différents dosages en eau. Les fines issues de boues de lavage font l'objet d'une étude de stabilisation visant à satisfaire des objectifs de résistance mécanique de la matrice liante. Une stabilisation avec 5 % de ciment portland couplé à 5% de ThermOⓇ est retenue pour la suite de l'étude. Cette formulation n'impacte pas significativement la conductivité thermique de la matrice liante, tout en permettant d'atteindre les objectifs mécaniques fixés. Les composites réalisés avec les différents liants sélectionnés présentent des dosages chanvre / liant évoluant entre 0.4 et 0.75, dosage conventionnels pour des applications toit, mur et dalle. Ils sont mis en œuvre par compaction, ce qui conduit à des masses volumiques comprises entre 370 et 6 15 kg/m3 et des porosités comprises entre 70 et 81 %. Les comportements mécaniques, thermiques et hygriques des composites sont évalués. Les performances mécaniques mesurées répondent aux exigences des règles professionnelles Construire en Chanvre, y compris pour les composites réalisés avec des fines non stabilisées. Les isothermes de sorption obtenues sont des sigmoïdes de classe II ou Ill. présentant des teneurs en eau plus élevées pour les composites réalisés avec le ThermOⓇ. Les valeurs MBV obtenues montrent que les composites à base de fines ou de terre ClaytecⓇsont meilleurs régulateurs hygriques que les composites réalisés avec le liant ThermOⓇ, respectivement classés excellents et très bons régulateurs hygriques. Les performances thermiques des composites en permettent un usage en isolation répartie. Au point sec, la conductivité thermique dépend essentiellement de la masse volumique, sans impact du type de liant. Lorsque l'humidité relative ambiante augmente, la conductivité thermique des composites à base de liant ThermOⓇ est plus impactée que celle des autres composites, en lien avec les isothermes de sorption. Cette étude montre donc toute la pertinence du développement de composites formulés à l'aide de fines issues de boues de lavage en substitution de la chaux
In response to environmental concerns, the use of hemp concrete has been developed in recent years and has shown its efficiency from a hygrothermal point of view. Its life cycle analysis underlines the environmental interest of hemp and shows that the most impacting component is the binder, usually lime-based. The aim of this thesis is to develop hemp-based composites by substituting lime with a less impacting mineral matrix. Several formulations are made with different binder matrices and different hemp content. On the one hand, the ThermO® commercial binder is used to produce "classic" hemp concrete, which are used as a comparative reference. On the other hand, binder matrices are developed based on washing mud fines. Claytec® commercial earth is also considered. After presenting the different raw materials selected for this study, the ThermO® binder is characterized with several water ton binder ratios. The washing mud fine stabilisation is investigated regarding mechanical resistance objectives. A stabilization with 5% of portland cement coupled with 5% of ThermO® is selected for the following development. This formulation does not significantly affect the thermal conductivity of the binder matrix, while allowing to achieve the fixed mechanical objectives. The composites made with the various selected binders have hemp I binder ratios ranging between 0.4 and 0.75, conventional ratio for roof, wall and floor applications. They are implemented by compact ion, which leads to densities ranging from 370 to 61 5 kg/m3 and porosities ranging from 70 to 81%. The mechanical. Thermal and hygric behaviors of the composites are investigated. The measured mechanical performances meet the requirements of the professional rules Construire en Chanvre, even for composites made with unstabilized fines. The sorption isotherms obtained are class II or III sigmoid, with higher water contents for composites made with ThermO®. The MBV values obtained show that the composites made with fines and with Caytec® earth are better hygric regulators than the composites made with ThermO® binder, respectively classified as excellent and as very good hygric regulators. The thermal performances of the composites allow a use in distributed insulation. At the dry point, the thermal conductivity mainly depends on the density, without impact of the type of binder. As ambient relative humidity increases, the thermal conductivity of ThermO®, binder-based composites is more impacted than that of other composites in connection with sorption isotherms. This study thus shows the relevance of the development of composites formulated with washing mud fine as a substitute tor lime