Les transferts de chaleur par convection naturelle, rayonnement et conduction à travers les parois métalliques simples et doubles fortement chauffées se rencontrent fréquemment dans les dispositifs de chauffage ou de récupération de chaleur domestiques et industriels, mais n'ont jamais fait l'objet de recherches spécifiques. Une étude théorique approfondie de ces couplages est présentée à partir d'une recherche bibliographique très large, en particulier sur la transition turbulente. Un dispositif expérimental permet d'appliquer un flux de chaleur uniforme élevé régulé sur une face d'une double paroi en acier noir épais de largeur réglable. Les équations elliptiques de transfert radiatif et de transport conducto-convectives turbulentes sont résolues au moyen du code fluent. Le fonctionnement de la double paroi est mis en évidence, et une nouvelle corrélation globale du flux de chaleur interne d'une double paroi rayonnante est établie, ainsi qu'un critère d'optimisation. Une méthode thermoanémométrique corrélative et spectrale est développée au moyen d'une sonde unique en quartz à double microthermocouple. Les champs moyens et fluctuants de température et de vitesse, les densités de flux convectifs et radiatifs, ainsi que la structure turbulente des couches limites thermiques sont ainsi déterminés expérimentalement, particulièrement en régime de transition. La méthode thermoanémométrique et le bilan thermique complet sont valides sur une plaque plane verticale conductrice et rayonnante. Il apparaît que le nombre de Grashof critique diminue fortement lorsque la densité du flux augmente, même si le rayonnement domine.

Dans le contexte énergétique actuel, le développement de l'énergie solaire passe par son développement à grande échelle en milieu urbain. Les solutions actives et intégrées telles que les double-façades photovoltaïques permettent d'une part d'envisager une valorisation de la chaleur et d'autre part de valoriser l'enveloppe des bâtiments en tant que surface de captation. De plus, cette configuration limite la perte de rendement et l'accélération du vieillissement liées à la surchauffe des cellules. En effet, les composants photovoltaïques sont séparés du bâtiment par une lame d'air et la convection naturelle développée dans cet espace favorise l'évacuation de la chaleur absorbée par les panneaux. Cependant, le comportement global d'une double-façade photovoltaïque est très complexe et encore mal compris. Cette thèse se focalise sur l'expérimentation du phénomène de la convection naturelle. Un banc d'essais, développé dans le cadre de la thèse de Daverat, modélise la double-façade par un canal vertical avec chauffage pariétal. Le fluide d'étude est de l'eau afin de s'affranchir du rayonnement entre parois et d'étudier le couplage conduction-convection. Le banc d'essais est constitué d'un canal vertical de 65cm de haut, chauffé à une densité de flux uniforme, plongé dans une cellule de 1,5m de haut remplie d'eau. L'écoulement est observé par des mesures de densité de flux de chaleur, de température pariétale et de vitesse, ces dernières étant réalisées par vélocimétrie par images de particules et par vélocimétrie laser Doppler. Deux configurations de chauffage sont étudiées : symétrique et asymétrique. Pour l'étude de la configuration avec un chauffage symétrique, les données expérimentales issues du travail de thèse de Daverat sont analysées par une approche zonale. Un découpage du canal est proposé et une analyse des ordres de grandeur permet de comprendre les observations expérimentales. Ainsi, cette analyse se focalise sur le transfert thermique aux parois, l'évolution de la pression dans le canal et sur les fluctuations, en particulier, sur l'évaluation du terme croisé du tenseur de Reynolds. La configuration d'un chauffage asymétrique est étudiée expérimentalement pour la phase de démarrage et le régime stationnaire. Pour la phase de démarrage, la caractérisation des premières heures à partir de la mise en chauffage de la paroi est réalisée en termes de température pariétale, de vitesse et de comportement bi-/tri-dimensionnel de l'écoulement. Un écoulement de retour de grande échelle est mis en évidence. L'impact de la stratification thermique externe du canal est également étudié. Pour le régime stationnaire, les analyses sont réalisées sur des données pour lesquels le régime est considéré établi. Les comportements thermique et dynamique sont étudiés et mettent en évidence deux états distincts. Des écoulements de retour sont également observés. Enfin, les influences du nombre de Prandtl et de l'écartement du canal sont discutées.

LES AUTEURS ETUDIENT LA CONVECTION NATURELLE THERMIQUE LAMINAIRE PERMANENTE ET BIDIMENSIONNELLE ENTRE DEUX PLAQUES VERTICALES ENSERRANT UN MATERIAU POREUX ET TRAVERSEES PAR DES FLUX DE CHALEUR DE DENSITES CONSTANTES MAIS NON NECESSAIREMENT EGALES. ILS ADOPTENT L'EQUATION DE BRINKMAN COMPLETEE DU TERME D'INERTIE OU DE CELUI DE FORCHHEIMER, LES HYPOTHESES DE BOUSSINESQ ET LES SIMPLIFICATIONS DE LA COUCHE LIMITE. APRES ADIMENSIONNALISATION, LES EQUATIONS DE TRANSFERT SONT RESOLUES A L'AIDE D'UNE METHODE NUMERIQUE AUX DIFFERENCES FINIES. LES DISTRIBUTIONS DES VITESSES, DES TEMPERATURES ET DES PRESSIONS SONT DETERMINEES AINSI QUE DES QUANTITES ADIMENSIONNELLES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT. LES AUTEURS ETUDIENT NOTAMMENT LES INFLUENCES DES PARAMETRES DU SYSTEME, DE LA CONDITION D'ADHERENCE ET DES TERMES D'INERTIE ET DE FORCHHEIMER ; ILS DETERMINENT DES VALEURS APPROCHEES POUR LA VITESSE DE GLISSEMENT SUR LES PAROIS ; ILS MONTRENT QUE LE PRODUIT DES NOMBRES DE DARCY ET DE GRASHOF CONSTITUE UN PARAMETRE QUI PERMET DE PASSER CONTINUMENT DE L'EQUATION DE BRINKMAN A CELLE DE DARCY ET QU'AUX FAIBLES PERMEABILITES, CES DEUX EQUATIONS PERMETTENT DE PREDIRE DES RESULTATS IDENTIQUES. DANS CE DERNIER CAS, ILS COMPLETENT L'EQUATION DU MOUVEMENT DU TERME DE FORCHHEIMER ET MONTRENT QUE, LORSQU'UN CERTAIN NOMBRE ADIMENSIONNEL EST EGAL OU INFERIEUR A L'UNITE, LES RESULTATS DIFFERENT FONDAMENTALEMENT DE CEUX OBTENUS A L'AIDE DE LA LOI DE DARCY. ENFIN, ILS PROPOSENT DES CORRELATIONS PRATIQUES POUR DIFFERENTS DOMAINES DE VARIATIONS DES PARAMETRES DONNANT LA LONGUEUR D'ENTREE, LE DEBIT DU FLUIDE, LE NOMBRE DE NUSSELT MOYEN, LA TEMPERATURE MOYENNE DE SORTIE DU FLUIDE ET LES VITESSES PARIETALES DE GLISSEMENT.

Transfert thermique 3 s’intéresse aux fondamentaux des transferts convectifs. Divers aspects sont abordés : les relations empiriques, l’approche analytique des phénomènes pariétaux (couches limites) incluant l’approche des méthodes intégrales et l’approche numérique. La problématique des échangeurs est également présentée. L’ouvrage s’adresse à un large public, du technicien à l’ingénieur, chercheurs ou physiciens ayant un problème ponctuel de transfert à résoudre au laboratoire. Dans cet esprit, les développements théoriques dans le corps du texte sont les plus directs possible. Pour le lecteur spécialisé ou simplement curieux, des développements théoriques plus poussés (équations générales, problèmes particuliers, outillage mathématique, etc.) sont fournis en annexe.

L'ETUDE EXPERIMENTALE DES ECOULEMENTS NON DEVELOPPES DE CONVECTION NATURELLE DANS UN CANAL INCLINE PAR RAPPORT AU CHAMP DE PESANTEUR,CONSTITUE DE PLAQUES PLANES PARALLELES ET CHAUFFE ASYMETRIQUEMENT A FLUX CONSTANT EST EFFECTUEE.LE DOMAINE D'APPLICATION CONCERNE LA CLIMATISATION PASSIVE DANS L'HABITAT TROPICAL.DES MESURES DE CHAMPS DE VITESSE ET DE TEMPERATURE SONT EFFECTUEES DANS LE CANAL INCLINE EN UTILISANT RESPECTIVEMENT L'ANENOMETRIE LASER DOPPLER ET DES THERMOCOUPLES FINS.L'ANALYSE DES CHAMPS DE VITESSE DE L'ECOULEMENT CONDUIT A UNE CORRELATION ENTRE LE DEBIT D'AIR DANS LE CANAL INCLINE ET LE NOMBRE DE GRASHOF PRENANT EN COMPTE L'EFFET DE L'INCLINAISON .CETTE CORRELATION ETEND CETTE CORRELATIONS PROPOSES PAR D'AUTRES AUTEURS SUR LA BASE D'ETUDES NUMERIQUES EFFECTUEES POUR UN CANAL VERTICAL.L'ANALYSE DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE CANAL INCLINE CONDUIT A DES CORRELATIONS NUSSELT-GRASHOF PRENANT EN COMPTE L'EFFET DE L'INCLINAISON QUI INCLUENT EN PARTICULIER CELLES PROPOSEES SUR LA BASE DES RESULTATS DISPONIBLES DANS LA LITTERATURE POUR LE CANAL VERTICAL. THE RESULTS OF AN EXPERIMENTAL STUDY OF THE DEVELOPING NATURAL CONVECTION FLOW,IN AN INCLINED CHANNEL HEATED ASYMMETRICALLY USING A CONSTANT HEAT FLUX,ARE PRESENTED.THIS PROBLEM DEALS WITH PASSIVE COOLING OF HOUSES IN TROPICAL REGIONS. EXPERIMENTAL MEASUREMENTS OF VELOCITY AND TEMPERATURE ARE PERFORMED IN THE CHANNEL USING LASER DOPPLER ANEMOMETRY AND FINE THERMOCOUPLES RESPECTIVELY.AN ANALYSIS OF THE VELOCITY PROFILES LEADS TO A CORRELATION BETWEN THE MASS FLOW RATE AND THE GRASHOF NUMBER WHICH TAKES INTO ACCOUNT THE INCLINATION EFFECT.THE CORRESPONDING EQUATION EXTENDS THE ONE PROPOSED BY OTHER AUTHORS ON THE BASIS OF NUMERICAL COMPUTATIONS PERFORMED IN THE CASE OF A VERTICAL CHANNEL.AN ANALYSIS OF HEAT TRANSFERTS IN THE CHANNEL LEADS TO NUSSELT-GRASHOF CORRELATIONS INCLUDING THE INCLINATION EFFECT WHICH ALSO EXTEND THE CORRELATIONS PROPOSED IN THE LITERATUREFOR VERTICAL CHANNELS.

CE TRAVAIL DECRIT UNE CONTRIBUTION NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE A L'ETUDE DU TRANSFERT DE MASSE ET DE CHALEUR DANS LES CAVITES PARTITIONNEES ET UNE APPLICATION AU CADRE DE LA PHYSIQUE DU BATIMENT. DANS UN PREMIER CHAPITRE NOUS DECRIVONS LES MECANISMES EN JEUX DANS DE TELLES CAVITES, PUIS NOUS PRESENTONS DU POINT DE VUE DE LA LITTERATURE L'ASPECT GLOBAL DU PROBLEME. ENSUITE NOUS EXPOSONS AU CHAPITRE II LE TRAITEMENT NUMERIQUE PAR DIFFERENCE FINIE DES EQUATIONS DE LA CONVECTION NATURELLE LAMINAIRE EN CAVITE PARTITIONNEE. PUIS NOUS METTONS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DES PARAMETRES CARACTERISANT LE PARTITIONNEMENT SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE EN CONVECTION NATURELLE D'ORIGINE THERMIQUE OU SOLUTALE. DANS UN TROISIEME CHAPITRE NOUS PRESENTONS UNE APPLICATION A LA PHYSIQUE DU BATIMENT QUI CONCERNE LES TRANSFERTS AERAULIQUES A TRAVERS LES GRANDES OUVERTURES VERTICALES. APRES UNE PRESENTATION DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL UTILISE ET DES PRINCIPAUX RESULTATS OBTENUS, NOUS NOUS CONSACRONS A L'EVALUATION COMPARATIVE DE RESULTATS NUMERIQUES OBTENUS A L'AIDE DE CODE TURBULENTS TRIDIMENSIONNELS SUR LES CONFIGURATIONS EXPERIMENTALES QUE NOUS AVONS TESTEES. LES RESULTATS MONTRENT UN BON ACCORD QUALITATIF ENTRE LES MODELES ET LES EXPERIMENTATIONS