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 EST UNE ETUDE NUMERIQUE DES TRANSFERTS DE CHALEUR COUPLES DANS LES MILIEUX SEMI-TRANSPARENTS GRIS EN GEOMETRIE BIDIMENSIONNELLE RECTANGULAIRE. APRES UN BREF RAPPEL DES EQUATIONS DU TRANSFERT RADIATIF, COMPLETE PAR UN APERCU GENERAL SUR LES DIFFERENTES METHODOLOGIES FREQUEMMENT UTILISEES POUR RESOUDRE CES EQUATIONS, NOUS AVONS CHOISI LA METHODE DES ORDONNEES DISCRETES (SN) QUI A CONNU TRES RECEMMENT BEAUCOUP DE SUCCES EN RAISON DE SA PRECISION AINSI QUE DE SA COMPATIBILITE AVEC LA MODELISATION DES AUTRES MODES DE TRANSFERT DE CHALEUR. NOUS AVONS DEVELOPPE CETTE METHODE DANS LE CAS DES MILIEUX A DIFFUSION ANISOTROPE. AFIN D'ELIMINER CERTAINES ABERRATIONS NUMERIQUES OBSERVEES LORS DE SA MISE EN UVRE, NOUS AVONS PROPOSE, DANS LE PREMIER CHAPITRE DU MEMOIRE, UNE NOUVELLE VERSION QUE NOUS AVONS TESTES PAR COMPARAISON AVEC D'AUTRES METHODES TRES PRECISES ET DE REFERENCE. ENSUITE NOUS AVONS ADOPTE L'APPROXIMATION S4 POUR L'ETUDE DE COUPLAGES OU L'ON A EFFECTUE UNE ANALYSE SYSTEMATIQUE CONCERNANT L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES RADIATIFS DU MILIEU, AINSI QUE DES CARACTERISTIQUES DE SES SURFACES FRONTIERES. COMMENCANT PAR LE COUPLAGE DE LA CONDUCTION AVEC LE RAYONNEMENT DANS LE DEUXIEME CHAPITRE, OU NOUS AVONS ADOPTE LA METHODE DES VOLUMES DE CONTROLE POUR RESOUDRE L'EQUATION DE LA CHALEUR, NOUS AVONS POURSUIVI L'ETUDE, DANS LE TROISIEME CHAPITRE, POUR TRAITER UN DOMAINE TRES RAREMENT ABORDE, QUI EST CELUI DU COUPLAGE DE LA CONVECTION NATURELLE ET DU RAYONNEMENT DANS LES MILIEUX POREUX, OU NOUS AVONS UTILISE LE MODELE DE DARCY POUR LA MODELISATION DE LA CONVECTION. FINALEMENT, NOUS AVONS TERMINE L'ETUDE DU COUPLAGE DANS LE QUATRIEME CHAPITRE, CONSACRE AU TRANSFERT COUPLE RAYONNEMENT ET CONVECTION NATURELLE EN REGIME LAMINAIRE DANS LES MILIEUX FLUIDES. DANS CETTE PARTIE NOUS AVONS ADOPTE L'ALGORITHME SIMPLER QUI A CONNU BEAUCOUP DE SUCCES CES DERNIERES ANNEES

PRESENTATION ET COMPARAISON DE 3 METHODES NUMERIQUES (P1, P3, ZONES DE HOTTEL). CHOIX D'UNE METHODE LA PLUS SIMPLE, PERMETTANT D'ABORDER LE COUPLAGE DU TRANSFERT RADIATIAF AVEC LES EQUATIONS DE LA CONVECTION LAMINAIRE DANS UNE CAVITE BIDIMENSIONNELLE THERMIQUEMENT ENTRAINEE

CE TRAVAIL A POUR OBJECTIF LA DETERMINATION DES TEMPERATURES SUPERFICIELLES D'UNE PAROI SEMI-TRANSPARENTE SOUMISE A UN RAYONNEMENT PROVENANT D'UNE SOURCE EXTERNE. APRES UNE ANALYSE EN REGIME PERMANENT DU TRANSFERT COUPLE CONDUCTION-RAYONNEMENT DANS UN MILIEU SEMI-TRANSPARENT (M.S.T.) SOLIDE SUPPOSE ABSORBANT, EMISSIF, NON DIFFUSANT ET NON GRIS, LA SUITE DE L'ETUDE EST EFFECTUEE DANS LE CAS D'UN MILIEU FROID ET SE SUBDIVISE EN DEUX PARTIES: LA PREMIERE CONCERNE LA DETERMINATION DES TEMPERATURES DE SURFACE D'UNE PAROI SEMI-TRANSPARENTE DE REFERENCE, A PARTIR DE MESURES EFFECTUEES AVEC TROIS THERMOCOUPLES NOYES DANS LE MATERIAU. LA LOI DE REPARTITION DU CHAMP DE TEMPERATURES EST CELLE FOURNIE PAR L'ANALYSE PRELIMINAIRE DU TRANSFERT COUPLE DANS LE M.S.T. LES PERTURBATIONS ENGENDREES PAR L'ECHAUFFEMENT DES THERMOCOUPLES SOUS L'EFFET DU RAYONNEMENT EXTERIEUR INCIDENT, PENETRANT DANS LE M.S.T., SONT PRISES EN COMPTE. LES TEMPERATURES DE SURFACE AINSI OBTENUES SERVIRONT DE REFERENCES POUR LA SUITE DE L'ETUDE. LA DEUXIEME PARTIE DE CE TRAVAIL CONCERNE LA MISE AU POINT D'UNE TECHNIQUE DE MESURE RADIOMETRIQUE DES TEMPERATURES SUPERFICIELLES DE LA PAROI SEMI-TRANSPARENTE. CETTE TECHNIQUE UTILISE LA VISEE D'UNE CIBLE OPAQUE PLACEE SUR LA SURFACE DU M.S.T. LA DISTRIBUTION DES TEMPERATURES SUPERFICIELLES ETANT PERTURBEE PAR LA PRESENCE DE CETTE CIBLE, LA TECHNIQUE PROPOSEE NE SERA UTILISABLE QUE SI L'ON EST EN MESURE PRECISEMENT D'EVALUER CES PERTURBATIONS. AINSI DEUX METHODES ONT ETE UTILISEES POUR LA RESOLUTION DE CE PROBLEME: L'UNE ANALYTIQUE, UTILISANT DES TRANSFORMEES INTEGRALES ET L'AUTRE PUREMENT NUMERIQUE (DIFFERENCES FINIES). L'ETUDE EXPERIMENTALE A ETE EFFECTUEE DANS UNE CELLULE D'ESSAIS ET EN SITE REEL. ELLE AVAIT POUR OBJET LA VALIDATION, DE LA TECHNIQUE METROLOGIQUE A L'AIDE D'UN RADIOMETRE DE PRECISION, AINSI QUE LA DEFINITION DES LIMITES D'APPLICATION DE CETTE METHODE AVEC DES RADIOMETRES DU C

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

ETUDE EXPERIMENTALE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE PHONONIQUE DE MILIEUX SEMI-TRANSPARENTS A L'ETAT VITREUX, A HAUTE TEMPERATURE, EN PRESENCE D'UN TRANSFERT DE CHALEUR COUPLE PAR PAR MODES CONDUCTIFS ET RADIATIFS. REALISATION D'UN THERMOCONDUCTIMETRE COMPOSE D'UNE PLAQUE PLANE GARDEE ET D'UN INTERFEROLMETRE DE MACH-ZEHNDER FOURNISSANT RESPECTIVEMENT LE FLUX DE CHALEUR TOTAL ET LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE; TRAITEMENT NUMERIQUE DES MESURES PAR ANALYSE MODALE SIMULANT LE TRANSFERT DE CHALEUR COUPLE DANS LE CAS MONODIMENSIONNEL D'UN MILIEU NON GRIS A REFLEXIONS MULTIPLES. APPLICATION A UN VERRE DE SILICE A 1000 K ET A UN VERRE DE BOROSILICATE JUSQ'A 800 K

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