LE PRESENT TRAVAIL CONTRIBUE A L'ETUDE DES TRANSFERTS COUPLES CONDUCTION-RAYONNEMENT DANS LES MILIEUX SEMI-TRANSPARENTS (MST). L'EQUATION DE TRANSFERT RADIATIF DANS UN ISOLANT FIBREUX EST RESOLUE A L'AIDE D'UN MODELE A DEUX FLUX DANS LE CADRE D'UN MUR UNIDIMENSIONNEL A PAROIS OPAQUES, NON GRIS ET DIFFUSANT. LA SOURCE RADIATIVE AINSI CALCULEE EST INCLUSE DANS UN MODELE AUX DIFFERENCES FINIES QUI PERMET DE RESOUDRE L'EQUATION DE LA CHALEUR, EN REGIME PERMANENT OU INSTATIONNAIRE, DANS LE CAS D'UN MATERIAU DONT LES PROPRIETES THERMOPHYSIQUES VARIENT AVEC LA TEMPERATURE. DEUX DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX, ADAPTES A UN SPECTROMETRE INFRAROUGE COMMERCIAL, ONT ETE REALISES EN VUE DE MESURER, D'UNE PART LA REFLECTIVITE DIRECTIONNELLE NORMALE DE MATERIAUX OPAQUES, PLANS ET LISSES DANS UNE GAMME DE TEMPERATURE ALLANT DE 20 A 1000#OC, D'AUTRE PART LA TRANSMITTIVITE DIRECTIONNELLE DE MST ENTRE L'AMBIANTE ET 600#OC. EN OUTRE, UN TROISIEME DISPOSITIF PERMET LA MESURE DES TRANSMITTIVITES ET REFLECTIVITES BIDIRECTIONNELLES DE MST DIFFUSANTS DANS LE DOMAINE SPECTRAL SITUE ENTRE 2 ET 10 MICROMETRES. L'ANALYSE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMET D'EVALUER LES PARAMETRES RADIATIFS DES CONSTITUANTS D'UNE PROTECTION THERMIQUE MULTI-ECRANS. LES MODELES NUMERIQUES SIMULENT LE COMPORTEMENT D'UNE CELLULE DE BASE DE CETTE STRUCTURE EN REGIME TRANSITOIRE ET EN REGIME PERMANENT, AFIN D'EN CALCULER LA CONDUCTIVITE THERMIQUE EQUIVALENTE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE. LES VALEURS OBTENUES EN BON ACCORD AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES RELATIVES AUX PROTECTIONS THERMIQUES EXISTANTES, PEUVENT ETRE UTILISEES POUR SIMULER LE COMPORTEMENT THERMIQUE D'UNE STRUCTURE MULTI-ECRANS

CE TRAVAIL EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR COUPLES CONVECTION TURBULENTE, RAYONNEMENT ET CONDUCTION, EN MILIEU GAZEUX SEMI-TRANSPARENT A HAUTE TEMPERATURE. IL EST PLUS PARTICULIEREMENT APPLIQUE AUX FOURS DE RECHAUFFAGE SIDERURGIQUES. NOTRE ATTENTION S'EST PORTEE, DANS UN PREMIER TEMPS, SUR LE MODE PRINCIPAL DE TRANSFERT DE LA CHALEUR DANS CE TYPE DE MILIEU, A SAVOIR LE RAYONNEMENT. L'EQUATION DU TRANSFERT RADIATIF EST RESOLUE PAR LA METHODE DES ORDONNEES DISCRETES, POUR UNE GEOMETRIE TRIDIMENSIONNELLE ET POUR UN MILIEU ABSORBANT, EMETTANT ET DIFFUSANT. LE MODELE EST VALIDE POUR DES CAS TESTS ISSUS DE LA LITTERATURE. UNE METHODE SIMPLE, FONDEE SUR UN MODELE STATISTIQUE A BANDES ETROITES, EST PROPOSE POUR PRENDRE EN COMPTE LA DEPENDANCE SPECTRALE DES PROPRIETES RADIATIVES DES GAZ. UNE CONFRONTATION DE LA METHODE AVEC DES METHODES DE REFERENCE EST PRESENTEE. LES EFFETS DE LA TURBULENCE SUR LES ECOULEMENTS ET LES TRANSFERTS DE CHALEUR SONT TRAITES PAR UN MODELE K-EPSILON. LES ECOULEMENTS SONT RESOLUS A L'AIDE DU LOGICIEL PHOENICS. L'EQUATION DE L'ENERGIE DANS LE GAZ EST RESOLUE PAR LA METHODE DES VOLUMES FINIS. AFIN DE PALLIER LES FAIBLESSES DU MODELE RADIATIF STANDARD A 2N FLUX DE CE LOGICIEL, LE MODELE AUX ORDONNEES DISCRETES A ETE DIRECTEMENT INTRODUIT DANS PHOENICS. LE SECOND AXE PRIVILEGIE DE L'ETUDE CONCERNE LES PRODUITS RECHAUFFES, PUISQUE L'ENSEMBLE DE LA MODELISATION ENTREPRISE A POUR BUT FINAL UNE MEILLEURE DESCRIPTION DU PROCESSUS DE CHAUFFE. LA MODELISATION GLOBALE DOIT EN EFFET PERMETTRE D'EVALUER LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE INTERNE DES PRODUITS ET SON EVOLUTION AU COURS DU TEMPS. LE PROBLEME DE LA CONDUCTION DE LA CHALEUR EST RESOLU EN REGIME TRANSITOIRE PAR LA METHODE DES VOLUMES FINIS, EN ESSAYANT DE SE RAPPROCHER DES CONDITIONS REELLES DE MARCHE DES FOURS. ENFIN, UN FOUR D'ESSAIS A ETE CONSTRUIT POUR PERMETTRE LA VALIDATION DU MODELE THERMIQUE GLOBAL DEVELOPPE. LES RESULTATS ISSUS DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT EN BON ACCORD AVEC LES MESURES REALISEES SUR LE FOUR

ON SE PROPOSE D'ETUDIER LES TRANSFERTS DE CHALEUR COUPLES INTERVENANT DANS LES FOURS HIP FONCTIONNANT A TRES HAUTE PRESSION ET HAUTE TEMPERATURE. L'ETUDE PORTE PLUS PARTICULIEREMENT SUR LA CARACTERISATION, DANS CES CONDITIONS EXTREMES, DES PROPRIETES DU FLUIDE DE TRAVAIL (L'ARGON) ET DE L'ISOLANT FIBREUX (FEUTRE DE CARBONE) CONSTITUANT LE CALORIFUGEAGE DE L'ENCEINTE HAUTE TEMPERATURE. L'ETUDE S'EST ATTACHEE A CARACTERISER LES PROPRIETES THERMOPHYSIQUES DU FLUIDE DE PRESSION (GAZ ARGON) A HAUTE TEMPERATURE ET A HAUTE PRESSION. DES MESURES DE CONDUCTIVITE THERMIQUE PAR UNE METHODE A FIL CHAUD EN REGIME TRANSITOIRE SONT PROPOSEES. L'ETUDE DE LA MORPHOLOGIE DU FEUTRE DE CARBONE EST COMPLETEE PAR LA DETERMINATION DU COEFFICIENT D'EXTINCTION PAR UNE VOIE EXPERIMENTALE (MESURE DE TRANSMITTIVITE) ET PAR DES CALCULS (THEORIE DE LA DIFFUSION DE MIE). DES MESURES DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE EFFECTIVE DU FEUTRE DE CARBONE DANS UN INTERVALLE DE TEMPERATURE COMPRIS ENTRE QUATRE CENTS ET HUIT CENTS KELVIN POUR DES PRESSIONS COMPRISES ENTRE UN MILLIBAR ET DEUX MILLE BARS SONT PRESENTEES. UN MODELE DE CONDUCTION DANS LA MATRICE FIBREUSE EST PROPOSE. LE MODELE PREND EN CONSIDERATION LES PHENOMENES DE CONSTRICTION ET DE RESISTANCE DE CONTACT ENTRE FIBRES DE MANIERE GLOBALE. UN PARAMETRE DE COUPLAGE PERMET D'ESTIMER L'IMPORTANCE DE CES PHENOMENES EN FONCTION DE LA PRESSION DE GAZ INTERSTITIEL

ANALYSE ET FORMULATION MATHEMATIQUE DU PROBLEME. PRINCIPES DE LA METHODE DE RESOLUTION NUMERIQUE. APPLICATION DE CELLE-CI A UN CAS PARTICULIER. VERIFICATION EXPERIMENTALE

L'objet de ce travail est l'étude et l'analyse numérique des transferts de chaleur couplés par rayonnement et conduction à travers les milieux semi-transparents. Le modèle utilisé est constitué d'un système de deux équations aux dérivées partielles couplées : l'équation intégro-différentielle du transfert radiatif (ETR), qui a comme inconnue la luminance, et une équation non linéaire de la chaleur régissant la température dans le milieu. Dans le premier chapitre de la thèse, nous détaillons la modélisation avec les hypothèses simplificatrices qu'elle comporte. Dans le second chapitre, nous montrons l'existence et l'unicité du système couplé d'équations en régime stationnaire. Le troisième chapitre est consacré à la résolution numérique des équations en régime stationnaire. Pour résoudre l'ETR, nous discrétisons l'espace angulaire suivant plusieurs directions et nous utilisons une quadrature numérique pour approcher l'intégrale de l'équation. Il en résulte alors un système différentiel linéaire du premier ordre que nous résolvons par trois méthodes différentes. La deuxième équation est résolue à l'aide d'un schéma aux différences finies, associé à une transformation de Kirchhoff. Le couplage entre les deux équations est résolu par une méthode de point fixe. Dans le quatrième chapitre, nous étudions la convergence d'un schéma numérique en régime stationnaire. Dans le cinquième chapitre nous présentons une méthode numérique pour résoudre le système couplé en régime transitoire, d'une part lorsque les températures sont imposées aux frontières et, d'autre part, lorsque le milieu est soumis à des conditions de flux. L'équation de la chaleur est résolue en espace par la méthode des éléments finis P2. Le système différentiel en temps est résolu par une méthode de Runge-Kutta implicite, adaptée aux équations raides. Le dernier chapitre de ce travail analyse les résultats numériques obtenus par la simulation appliquée à un matériau isolant constitué de fibres de silice.

CE TRAVAIL ESSENTIELLEMENT NUMERIQUE CONCERNE L'ETUDE DES TRANSFERTS COUPLES CONDUCTION-CONVECTION-RAYONNEMENT DANS LES MILIEUX SEMI-TRANSPARENTS. LA METHODE DES ORDONNEES DISCRETES UTILISEE POUR LE MODELE RADIATIF EST D'ABORD EXPOSEE PUIS VALIDEE DANS UN CERTAIN NOMBRE DE CAS TEST EN RAYONNEMENT PUR OU EN COUPLAGE CONDUCTION-RAYONNEMENT. DES RESULTATS ORIGINAUX SONT ENSUITE DONNES DANS DES CONFIGURATIONS CYLINDRIQUES ET ANNULAIRES OU L'INFLUENCE DE QUELQUES PARAMETRES SUR LE TRANSFERT DE CHALEUR EST ANALYSEE. UN MODELE SPECTRAL APPROPRIE EST DEVELOPPE, TESTE, PUIS INTEGRE AVEC LE MODELE RADIATIF DANS UN CODE GENERAL DE CALCUL EN CONVECTION-RAYONNEMENT. DES CONFIGURATIONS TYPIQUES D'ECHANGEURS A VAPEUR D'EAU SONT ANALYSEES OU ON MONTRE LE ROLE DU RAYONNEMENT DU FLUIDE ET CELUI DES PAROIS DANS L'INTENSIFICATION DES ECHANGES THERMIQUES