CETTE THESE CONCERNE L'ETUDE NUMERIQUE DE LA CONVECTION NATURELLE THERMOSOLUTALE, OU DES GRADIENTS HORIZONTAUX DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATION SONT IMPOSES AUX PAROIS VERTICALES D'UNE ENCEINTE FERMEE. CETTE CONFIGURATION SE REFERE AU COUPLAGE POUVANT AVOIR LIEU LORS DU CHANGEMENT DE PHASE DANS DES SYSTEMES BINAIRES. ON ANALYSE L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES QUI CARACTERISENT LE PROBLEME SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE, AINSI QUE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT. DEUX SITUATIONS SONT ENVISAGEES. DANS LA PREMIERE, LES TEMPERATURES ET LES CONCENTRATIONS IMPOSEES AUX PAROIS VERTICALES DE LA CAVITE SONT CONSTANTES ET UNIFORMES, CE QUI PERMET L'ETUDE DU REGIME PERMANENT: UNE CORRELATION ORIGINALE POUR LE TRANSFERT DE MASSE EST ETABLIE. LA DECROISSANCE DU TRANSFERT DE CHALEUR AVEC L'ACCROISSEMENT DU RAPPORT DES FORCES DE VOLUME A NOMBRE DE LEWIS ELEVE EST MISE EN EVIDENCE, ET RELIEE A LA STRUCTURE MULTICELLULAIRE DE L'ECOULEMENT. LA SECONDE CONFIGURATION REPRESENTE LE PROBLEME DE LA FUSION D'UN SOLIDE PUR DANS UN LIQUIDE BINAIRE: L'EVOLUTION AU COURS DU TEMPS DE LA STRUCTURE DE CET ECOULEMENT NON STATIONNAIRE EST ANALYSEE. DANS LE CAS PARTICULIER OU LES FORCES DE VOLUME (THERMIQUE ET SOLUTALE) SONT EGALES ET OPPOSEES, ON MONTRE L'EXISTENCE D'UN SEUIL POUR LE NOMBRE DE RAYLEIGH EN DECA DE LAQUELLE LA SOLUTION DIFFUSIVE EST STABLE MEME DANS UNE COUCHE VERTICALE. LA VALEUR CRITIQUE EST DETERMINEE EN FONCTION DU NOMBRE DE LEWIS PAR UNE ETUDE DE STABILITE LINEAIRE, ET CONFIRMEE NUMERIQUEMENT. PAR AILLEURS, ON MONTRE QUE LA PRESENCE D'UN MAXIMUM DE DENSITE CARACTERISANT L'EAU ET LES SOLUTIONS AQUEUSES INFLUENCE FORTEMENT LA STRUCTURE D'ECOULEMENT DANS LE CAS DE SOLUTIONS DILUEES, AUSSI BIEN DANS LE CAS DE LA CONVECTION THERMIQUE QUE DANS LE CAS THERMOSOLUTAL

CE TRAVAIL PRESENTE UN ENSEMBLE DE RESULTATS NUMERIQUES SUR LES TRANSFERTS DE MATIERE ET DE CHALEUR PAR CONVECTION NATURELLE THERMOSOLUTALE EN CAVITE VERTICALE, ENTIEREMENT PUIS PARTIELLEMENT OCCUPEE PAR UNE COUCHE POREUSE. UN SYSTEME D'EQUATIONS UNIQUE DE TYPE NAVIER-STOKES-DARCY-BRINKMAN EST ADOPTE DANS L'ENSEMBLE DE LA CAVITE COMPOSITE. L'APPROXIMATION DES EQUATIONS EST REALISEE A L'AIDE DE LA METHODE DES VOLUMES FINIS. DANS LE CAS DE LA CAVITE ENTIEREMENT POREUSE, LES RESULTATS OBTENUS EN CONSIDERANT LE MODELE DE DARCY, SUR UNE GAMME ETENDUE DES PRINCIPAUX PARAMETRES, ONT PERMIS DE PROPOSER POUR LE TRANSFERT DE MATIERE UNE CORRELATION GENERALISANT LES TRAVAUX DE LA LITTERATURE BASES SUR DES APPROXIMATIONS DE COUCHE LIMITE. EN REVANCHE, ON MONTRE QUE LE COMPORTEMENT DU TRANSFERT DE CHALEUR EST EN CONTRADICTION AVEC LES PREDICTIONS BASEES SUR LES APPROXIMATIONS DE COUCHE LIMITE. EN EFFET, DANS LA GAMME DES RAPPORTS DE FORCE DE VOLUME (N) MODERES ET LORSQUE LE ” 1, LE TRANSFERT DE CHALEUR ADMET UN MINIMUM EN FONCTION DE N. CE COMPORTEMENT NE SE RETROUVE PAS EN MILIEU FLUIDE, IL EST DONC PROPRE AU MILIEU POREUX. LA PRISE EN COMPTE DES EFFETS VISQUEUX A L'AIDE DE LA FORMULATION DE DARCY-BRINKMAN CONDUIT A UNE REDUCTION NOTABLE DE L'INTENSITE DE L'ECOULEMENT ET DONC LA CHUTE DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MATIERE. CONCERNANT LA CAVITE PARTIELLEMENT POREUSE, NOUS NOUS SOMMES PRINCIPALEMENT INTERESSES A L'INFLUENCE DE DEUX PARAMETRES QUI CARACTERISENT LA PRESENCE DE LA COUCHE POREUSE : IL S'AGIT DE SON EPAISSEUR RELATIVE ET DE SA PERMEABILITE. LES PREMIERS RESULTATS DANS CETTE CONFIGURATION MONTRENT QUE LA PRESENCE D'UNE COUCHE POREUSE PEU PERMEABLE, MEME DE FAIBLE EPAISSEUR, CONDUIT A UNE CHUTE EXTREMEMENT SENSIBLE DES TRANSFERTS. UNE ANALYSE BASEE SUR DES LOIS D'ECHELLE SIMPLES ONT CONDUIT A UNE CORRELATION DES NOMBRES DE SHERWOOD ET DE NUSSELT LORSQUE L'ECOULEMENT EST DOMINE PAR LA FORCE DE VOLUME SOLUTALE. SI LE COMPORTEMENT DU TRANSFERT DE MATIERE EN FONCTION DE LA PERMEABILITE DE LA COUCHE POREUSE EST CONFORME AUX RESULTATS CONNUS EN CONVECTION THERMIQUE, CELUI DU TRANSFERT DE CHALEUR MONTRE UNE DEPENDANCE COMPLEXE DU NOMBRE DE NUSSELT ET DES STRUCTURES D'ECOULEMENT AVEC LA PERMEABILITE : L'AUGMENTATION DE LA PERMEABILITE CONDUIT DANS UN PREMIER TEMPS A UN TRANSFERT MINIMUM ACCOMPAGNE D'UN CHANGEMENT DE STRUCTURE D'ECOULEMENT. LES RESULTATS PERMETTENT DE RELIER L'EXISTENCE DU MINIMUM DE TRANSFERT DE CHALEUR A LA RESTRUCTURATION DE L'ECOULEMENT DANS LE FLUIDE ET A LA PENETRATION DE LA COUCHE POREUSE.

L'ETUDE NUMERIQUE QUE NOUS PRESENTONS ICI APPORTE UN COMPLEMENT A L'ANALYSE DES ECOULEMENTS DE CONVECTION DANS UNE PIECE D'HABITATION, ET PLUS PARTICULIEREMENT AU TRANSPORT TURBULENT DE QUANTITES SCALAIRES TELLES QUE LA TEMPERATURE OU LA CONCENTRATION EN UN ELEMENT POLLUANT. DANS UN PREMIER CHAPITRE, APRES AVOIR RAPPELE LES PRINCIPES MENANT A L'ETABLISSEMENT DES EQUATIONS DE PREDICTION DE LA CONVECTION THERMOSOLUTALE EN REGIME LAMINAIRE, NOUS DECRIVONS LE MODELE NUMERIQUE BASE SUR LA METHODE DES VOLUMES FINIS PERMETTANT DE LES RESOUDRE. NOUS METTONS ENSUITE EN EVIDENCE L'INFLUENCE DU TERME DE POUSSEE SOLUTALE ET DU RAPPORT DES COEFFICIENTS DE DIFFUSION THERMIQUE ET SOLUTALE SUR L'ECOULEMENT S'ETABLISSANT DANS UNE CAVITE CARREE SOUMISE A DES GRADIENTS HORIZONTAUX DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATION EN ESPECE POLLUANTE. NOUS DEVELOPPONS DANS UN DEUXIEME CHAPITRE UN MODELE DE TURBULENCE ADAPTE A L'ANALYSE DES ECOULEMENTS FAIBLEMENT TURBULENTS EN CAVITE. APRES UNE EVALUATION DE NOTRE CODE REALISEE DANS LE CADRE DU PROJET EUROPEEN EUROTHERME-ERCOFTAC, NOUS COMPARONS LE COMPORTEMENT DE TROIS MODELES DE TURBULENCE DE TYPE K- NE COMPRENANT PAS DE LOIS DE PAROI, POUR LA CONFIGURATION DE LA CAVITE THERMIQUEMENT ENTRAINEE. LE CHOIX D'UN DE CES TROIS MODELES NOUS PERMET ENSUITE DE TRAITER DES ECOULEMENTS DE CONVECTION MIXTE DANS DES CAVITES DE LA TAILLE DES CELLULES D'HABITATION SOUMISES A DES GRADIENTS DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATION EN ESPECE POLLUANTE (BENZENE OU METHANOL EMIS PAR UNE PEINTURE OU UN TAPIS DANS UN BUREAU NEUF)

NOTRE ETUDE CONCERNE L'ANALYSE EXPERIMENTALE DE LA CONVECTION NATURELLE THERMOSOLUTALE EN SOLUTION AQUEUSE DANS UNE CAVITE FERMEE. LE MONTAGE EXPERIMENTAL, QUI NOUS PERMET D'ATTEINDRE DES CONDITIONS INITIALES ET AUX LIMITES BIEN DEFINIES, SE COMPOSE D'UNE CELLULE PARALLELEPIPEDIQUE AYANT DEUX PAROIS EN REGARD DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEES A TEMPERATURES CONSTANTES ET UNIFORMES. NOUS NOUS INTERESSONS AUX MECANISMES CONDUISANT A LA STRUCTURATION DES ECOULEMENTS DANS LE CAS DE LA FUSION D'UN GLACON PUR VERTICAL EN CONTACT AVEC UNE SOLUTION SALINE DE CARBONATE DE SODIUM POUR DES RAPPORTS DE FLOTTAISON NEGATIFS ET DANS UNE LARGE GAMME DE NOMBRES DE RAYLEIGH SOLUTAL ET THERMIQUE. DANS UN PREMIER TEMPS, AFIN DE CARACTERISER LE TRANSFERT DE CHALEUR AU NIVEAU DE L'INTERFACE, NOUS DEFINISSONS UNE LOI DECRIVANT L'EVOLUTION DU NOMBRE DE NUSSELT EN FONCTION DES PARAMETRES QUI REGISSENT LA CONVECTION NATURELLE DANS LE LIQUIDE. CE NOMBRE DE NUSSELT DEPEND PREFERENTIELLEMENT DU NOMBRE DE RAYLEIGH SOLUTAL ET EST CONSTANT TANT QUE LA CELLULE THERMIQUE JOUE UN ROLE PREPONDERANT DANS LE TRANSFERT DE CHALEUR. NOUS AVONS, EN OUTRE, LIE L'ACTIVITE DE CETTE CELLULE A L'IMPORTANCE DU NOMBRE DE STEFAN. PUIS, POUR QUANTIFIER L'ECOULEMENT AU VOISINAGE DU FRONT DE FUSION, NOUS ETUDIONS LE REMPLISSAGE DE LA ZONE DE MELANGE. AINSI, LE DEBIT DE COUCHE LIMITE FROIDE QUI ALIMENTE CETTE ZONE, INDEPENDANT DES RAPPORTS DE FORME ET DE FLOTTAISON POUR DES RAYLEIGH SOLUTAUX MODERES, SUBIT L'INFLUENCE DU RAPPORT DE FLOTTAISON POUR DES RAYLEIGH SOLUTAUX ELEVES. EN DERNIER LIEU, LA COMPARAISON AVEC DES RESULTATS NUMERIQUES MONTRE QUE LES GRADIENTS DE CONCENTRATION DOMINENT LA DESTABILISATION. ET, L'ANALYSE DE NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX NOUS PERMET DE CARACTERISER L'INSTANT DE DESTABILISATION PAR UNE VALEUR UNIQUE.