NOUS AVONS APPORTE UNE CONTRIBUTION ORIGINALE A L'ETUDE DU PHENOMENE DE TRANSPIRATION, TRANSFERTS THERMIQUE ET MASSIQUE COUPLES, EN CONVECTION NATURELLE, D'UNE PLAQUE PLANE POREUSE SATUREE EN HUMIDITE, GRACE A DEUX ETUDES EXPERIMENTALE ET THEORIQUE MENEES CONJOINTEMENT. L'ETUDE EXPERIMENTALE, PAR INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE, A PERMIS DE MESURER AVEC PRECISION LES CHAMPS DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATION DANS LA COUCHE LIMITE PAR UNE TECHNIQUE ORIGINALE QUE NOUS AVONS DEVELOPPEE. L'ETUDE DE DEUX MATERIAUX POREUX DE NATURE DIFFERENTE NOUS A CONDUIT A DEVELOPPER DEUX MODELES THEORIQUES. L'UN EST RELATIF A L'ANALYSE DES TRANSFERTS AU DESSUS D'UN MATERIAU PRESENTANT UNE SURFACE ISOTHERME, L'AUTRE SE RAPPORTE AU CAS OU LE MATERIAU PRESENTE UNE RESISTANCE THERMIQUE. LE MODELE NUMERIQUE PERMET D'ETUDIER LE COUPLAGE CONDUCTION CONVECTION AVEC RAYONNEMENT DE LA SURFACE. LA CONDUCTIVITE THERMIQUE EQUIVALENTE ET L'EMISSIVITE, PARAMETRES CARACTERISTIQUES DU MATERIAU POREUX, ONT ETE OBTENUES AVEC PRECISION PAR IDENTIFICATION AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX

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

L'évaporation par convection naturelle laminaire d'un film d'eau ruisselant sur une paroi plane inclinée soumise à un flux de chaleur uniforme de densité constante est analysée numériquement et expérimentalement. Le couplage des équations qui régissent les transferts dans les deux phases est assuré par la continuité des densités de flux de chaleur et de masse ainsi que par celles des contraintes de cisaillement. Les équations de transferts adimensionnelles sont discrétisées par la méthode des volumes finis et résolues par les algorithmes de Gauss et de Thomas. L'adéquation entre le champ de vitesse et de pression est assurée par l'algorithme SIMPLE. Les épaisseurs des phases liquide et vapeur sont calculées respectivement à partir de l'équation du bilan thermique et massique à l'interface liquide-vapeur par la méthode de la sécante et d'une procédure itérative basée sur la vérification des conditions aux limites avec le milieu ambiant.Les résultats sont présentés sous forme de profils de vitesses, de températures et de concentrations de vapeur d'eau dans les deux phases ainsi que par les nombres de Nusselt et de Sherwood locaux et moyens. Nous analysons l'influence du débit d'eau, de la densité de flux de chaleur et de l'angle d'inclinaison de la plaque sur les épaisseurs des deux phases, les distributions de températures, les vitesses, les concentrations de vapeur d'eau et les valeurs locales et moyennes des nombres de Nusselt et de Sherwood. Les résultats montrent notamment que les transferts de chaleur et de masse ainsi que les épaisseurs des phases liquide et vapeur sont fortement influencés par le débit d'eau, la densité de flux de chaleur et l'angle d'inclinaison de la plaque.

Le présent travail apporte une contribution à la compréhension des mécanismes des transferts combinés de chaleur et de masse en convection naturelle lors de l'évaporation d'un film liquide d'eau d'épaisseur négligeable dans un canal vertical ondulé. L'écoulement est laminaire et bidimensionnel. Les équations régissant le phénomène sont résolues à l'aide d'une méthode aux volumes finis et le traitement du couplage vitesse-pression est réalisé par la méthode de projection. Les influences de la densité de flux de chaleur, de la température ainsi que l'humidité de l'air à l'entrée et la forme de la paroi du canal sur les transferts sont étudiées. Les résultats sont présentés sous la forme de ligne de courant, d'isothermes et d'iso-concentrations.Les simulations numériques effectuées ont permis l'étude détaillée de la structure de l'écoulement ainsi que des champs thermiques et massiques. Nous représentons également, les nombres de Nusselt et de Sherwood.

Ce travail concerne l'étude théorique et expérimentale de l'influence de la topographie d'une plaque horizontale sur les transferts par convection naturelle laminaire développés en son voisinage. La première partie est consacrée à la modélisation numérique de la convection naturelle qui se développe au-dessus de plaques horizontales soumises à un flux de densité uniforme et constante. Ces plaques de différentes topographies (plane, sinusoïdale et triangulaire) sont placées dans un milieu semi-infini (air, eau et huile). Les équations sont discrétisées en utilisant la technique des volumes de contrôle et le couplage entre les champs de vitesses et de pressions est assuré par l'algorithme SIMPLE. Les profilométries, sinusoïdale et triangulaire, sont ramenées, par une transformation homotopique, à une surface plane. La taille du domaine dans lequel se développe la convection naturelle est déterminée par un calcul itératif. Les résultats sont présentés sous forme de fonctions de courant, d'isothermes, de nombres de Nusselt. Des corrélations permettant de décrire le transfert de chaleur entre la plaque et le fluide, incluant le rapport amplitude sur période des protubérances, sont proposées. Ces résultats montrent que la morphologie de l'écoulement ainsi que les transferts entre la plaque et le fluide sont affectés, notamment par la forme des protubérances. La deuxième partie concerne l'analyse expérimentale par microscopie thermique à balayage et interférométrie holographique des champs de températures et de leurs évolutions spatio-temporelles. les résultats numériques et expérimentaux sont en bon accord.

Ce travail s’inscrit dans le contexte expérimental et numérique de l’étude des échanges superficiels couplés à la surface d’une paroi plane. Nous nous intéressons ici plus particulièrement au cas où la surface plane est une des faces d’une lame d’air ventilée et différentiellement chauffée, l’objectif étant de mesurer et séparer les influences respectives des transferts convectifs et radiatifs. La solution expérimentale proposée pour traiter ce problème repose sur l’utilisation d’une instrumentation fluxmétrique élaborée dans notre laboratoire, il y a plusieurs années. Notre objectif est d’étendre le domaine d’application de ces capteurs. Après avoir rapidement présenté différentes méthodes expérimentales existantes avec leurs avantages et inconvénients, l’instrumentation utilisée dans notre travail est décrite en détails ainsi que le contexte expérimental qui est le support de nos études. Il s’agit ici du cas d’un écoulement d’air, pleinement développé, dans un canal horizontal de section rectangulaire. Les travaux portent sur les échanges à la surface d’une plaque plane horizontale et isotherme. Différentes situations sont étudiées afin de mettre en évidence la possibilité de séparer les composantes radiatives et convectives du flux et de montrer comment des mesures locales permettent d’obtenir une cartographie des échanges, ceci même en présence d’obstacles perturbateurs de l’écoulement. Un outil de simulation numérique (FLUENT) est utilisé pour mettre en place une double démarche d’expérimentation et de modélisation. Ces deux approches, en parallèle, permettent de conforter les résultats expérimentaux dans les cas où la modélisation est relativement « simple » à mettre en oeuvre. Il est également possible d’obtenir expérimentalement des renseignements très utiles à l’élaboration de simulations numériques dans des cas plus complexes. Dans les différentes configurations présentées, les résultats expérimentaux sont le plus souvent en excellent accord avec ceux des simulations numériques ou ceux qui sont disponibles dans la littérature. La dernière partie du mémoire est une présentation d’études menées dans le cadre d’un Benchmark inter-laboratoires sur le problème de la convection naturelle dans un canal vertical différentiellement chauffé. Les outils et hypothèses de simulations numériques ainsi que leurs résultats sont présentés et commentés. Les premières expérimentations sont décrites et semblent dans le contexte particulier de la convection naturelle fournir des données intéressantes pour de futures explorations.