CERTAINES POMPES A CHALEUR CHIMIQUES SONT BASEES SUR LA THERMICITE DE REACTIONS RENVERSABLES MISES EN UVRE DANS UN LIT POREUX. L'ETUDE NUMERIQUE DES TRANSFERTS DE MASSE ET DE CHALEUR DANS CE MILIEU POREUX REACTIF EST BATIE SUR UN MODELE A DEUX TEMPERATURES. AINSI, LES TRANSFERTS DE CHALEUR CONVECTIFS ET LES ECHANGES THERMIQUES ENTRE LA MATRICE SOLIDE ET LE FLUIDE SONT PRIS EN CONSIDERATION. CE MILIEU, FORME DE GRAPHITE INERTE (CHIMIQUEMENT VIS-A-VIS DU FLUIDE) ET D'UN HALOGENURE LIE A L'AMMONIAC OU A UN DERIVE DE CE GAZ, EST PLACE DANS DES CONDITIONS THERMODYNAMIQUES DE DESORPTION. LE SYSTEME D'EQUATIONS EST RESOLU PAR UNE METHODE DE VOLUMES FINIS. LES RESULTATS DE LA SIMULATION ONT ETE CONFRONTES A DES EXPERIENCES MENEES SUR LA DESORPTION: CACL#2, 4NH#3 (DONNE) 2NH#3 (PLUS) CACL#2, 2NH#3. AINSI, ONT PU ETRE IDENTIFIES QUELQUES PARAMETRES DONT LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DU MILIEU (SOLIDE). CETTE CONFRONTATION A EGALEMENT MONTRE LES LIMITES DE LA CONNAISSANCE SUR LA CINETIQUE DE CETTE DESORPTION

L'objectif de ce travail est de développer un modèle et des techniques d'approximation numérique pour le transfert de masse et de chaleur dans un milieu poreux réactif en évolution structurale. Le modèle obtenu par un changement d'échelle utilisant une technique d'homogénéisation d'une équation cinétique couplée à une équation de conduction thermique. Il permet de prendre en compte une large gamme de régimes pour le gaz allant d'un écoulement continu à un écoulement rarefié. L'approche est validée par de nombreuses comparaisons numériques, en particulier vis-à-vis de données expérimentales et met en évidence la caractère tensoriel des différents phénomènes de transport et leur évolution suivant le régime de l'écoulement. L'application de ces modèles en particulier à l'étude de protections thermiques est présentée.

Dans cette thèse, on présente une étude des transferts couplés de masse et de chaleur dans le sol en dimension deux d'espace. Le modèle qui gouverne ces transferts est constitué par un système de deux équations à deux inconnues, H la pression de l'eau liquide et T la température du milieu poreux. La première équation de ce système est elliptique-parabolique et la seconde est parabolique de type convection-diffusion. On présente un résultat d'existence de solution du système avant de passer à l'étude numérique. Dans la partie numérique, on présente deux algorithmes pour la résolution de l'équation pour le transfert de masse et on procède à une comparaison entre ces algorithmes à travers différents cas tests. On s'intéresse dans la dernière partie à la résolution numérique du système des deux équations couplées de transferts de masse et de chaleur. On présente deux algorithmes; l'un utilise une méthode des éléments finis standard déduit de l'algorithme de l'équation de masse, en rajoutant un couplage entre les deux équations pour la pression et pour la température, tandis que l'autre utilise la méthode des éléments finis mixtes pour le calcul du flux de l'eau qui apparaît comme le coefficient essentiel dans le terme de convection de l'équation pour la température, et la méthode des caractéristiques modifiées pour le calcul de la température. Dans le cas où d'une part la perméabilité présente des variations brutales et d'autre part le terme de convection domine sur le terme de diffusion dans l'équation pour la température, cette dernière méthode est particulièrement bien adaptée à notre problème.

Les caractéristiques des transferts de masse et de chaleur par convection forcée lors de l'évaporation du film liquide dans le canal en présence d'un cylindre carré poreux parcouru par un écoulement transversal sont étudiées numériquement. L'objectif principal de la présente étude est d'évaluer l'effet de l'introduction d'un cylindre carré poreux sur le transfert de chaleur et de masse. Plus précisément, cette étude examine l'influence de paramètres tels que l'humidité relative de l'air ambiant, la température de l'air à l'entrée, le flux de chaleur imposé, la position du cylindre, le taux de blocage et le nombre de Reynolds. Une comparaison entre les deux configurations, avec et sans cylindre carré poreux a été réalisée pour mettre en évidence l'effet de son ajout. Pour modéliser ce phénomène nous avons résolu l'équation classique de convection forcée et le modèle de Darcy-Brinkman-Forchheimer dans les milieux poreux. Nous avons trouvé que l'insertion d'un cylindre carré poreux dans le canal pourrait perturber l'écoulement et améliorer de manière significative les taux de transfert de masse et de chaleur au niveau des parois du canal. Les transferts de chaleur et de masse deviennent plus importants avec la diminution du nombre de Darcy et lorsque l'obstacle poreux est placé au milieu du canal. Par contre, l'augmentation de l'humidité relative de l'air ambiant et de la température d'entrée réduit le transfert de masse. A Da = 10-6, l'écoulement ne pénètre plus à travers le cylindre poreux, la structure de l'écoulement est similaire à celui d'un cylindre carré plein. Enfin, nous proposons des lois de corrélations qui permettent de prédire les valeurs des nombres de Sherwood et de Nusselt en fonction des nombres de Reynolds, de Biot et du taux de blocage.

LES MILIEUX POREUX SONT LE SIEGE DE TRANSFERTS MULTIPLES QUI PEUVENT ETRE THERMIQUES, HYDRIQUES OU SOLUTAUX. CES PHENOMENES SONT IMPORTANTS DANS L'ETUDE DE LA SURETE DES CENTRES DE STOCKAGES DE DECHETS RADIOACTIFS, AFIN DE PREDIRE L'EVENTUEL RELACHEMENT DES RADIONUCLEIDES HORS DES COLIS. DEVANT DE TELS ENJEUX, IL EST ESSENTIEL DE S'INTERESSER AUX PHENOMENES COUPLES HABITUELLEMENT NEGLIGES PAR RAPPORT AUX EFFETS DIRECTS TELS QUE LA LOI DE FOURIER, LA LOI DE DARCY OU LA LOI DE FICK. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL CONSISTE A ETABLIR UN MODELE MATHEMATIQUE RIGOUREUX, A PARTIR DE LA THERMODYNAMIQUE DES PROCESSUS IRREVERSIBLES, DES TRANSFERTS SE PRODUISANT DANS UN MILIEU POREUX NON SATURE SUPPOSE INDEFORMABLE. A PARTIR DU SYSTEME DE QUATRE EQUATIONS COUPLEES AUX DERIVEES PARTIELLES OBTENU, UNE MODELISATION NUMERIQUE A ETE REALISEE ET IMPLANTEE DANS LE CODE CALCUL CESAR-LCPC DEVELOPPE AU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES. L'ACCENT A ETE PORTE SUR L'EQUATION DE TRANSFERT DU SOLUTE SOUS L'INFLUENCE DE LA DIFFUSION MOLECULAIRE, DE LA DISPERSION MECANIQUE ET DE L'EFFET SORET. EQUIVALENT A LA THERMODIFFUSION POUR LES GAZ, L'EFFET SORET TRADUIT L'INFLUENCE DU GRADIENT DE TEMPERATURE SUR LE TRANSPORT DES SOLUTES.

ETUDE DES PHENOMENES DE TRANSFERTS COUPLES DE CHALEUR ET DE MASSE EN MILIEUX POREUX ET EN MILIEUX FLUIDES. EN MILIEU FLUIDE, ON S'EST INTERESSE AUX PHENOMENES QUI PRENNENT LIEU LORS DE L'EVAPORATION PAR CONVECTION NATURELLE SUR UNE PLAQUE VERTICALE CHAUFFEE PAR UN FLUX VARIABLE. EN MILIEU POREUX, ETUDE DES PROBLEMES DE FORMULATION DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE ET ETUDE DES TRANSFERTS UNIDIRECTIONNELS LORS DU SECHAGE CONVECTIF D'UN MILIEU POREUX PRISE EN COMPTE DES EFFETS BIDIMENSIONNELS SUR LES TRANSFERTS DANS L'ETUDE DU SECHAGE PAR CONVECTION NATURELLE D'UN MUR POREUX VERTICAL CHAUFFE PAR UN FLUX CONSTANT

Cette thèse se donne comme ambition de montrer que la simulation numérique de transfert de chaleur et de masse dans un milieu poreux, peut être traitée de manière efficace par un programme de calcul basé sur une discrétisation spatiale de type spectral. La méthode spectrale s'avère optimale en ce sens que l'erreur obtenue n'est limitée que par la régularité de la solution. Le point de départ de cette étude est le système des équations de Darcy non linéaire et non stationnaire qui modélise l'écoulement instationnaire d'un fluide visqueux dans un milieu poreux quand la perméabilité du milieu dépend de la pression. Le deuxième problème proposé est le transfert de la chaleur dans un milieu poreux décrit par un couplage des équations de Darcy avec l'équation de la chaleur. Dans la dernière partie, la concentration de masse est prise en compte dans le milieu, nous décrivons un problème non linéaire instationnaire qui modélise le transfert de chaleur et de masse dans un milieu poreux.Dans les trois problèmes proposés, les résultats d'existence et unicité sont établis. Puis les problèmes discrets correspondants sont décrits. Nous avons prouvé des estimations d'erreur a priori et nous avons confirmé l'étude théorique par des résultats numériques.