Dans cette thèse, on présente une étude des transferts couplés de masse et de chaleur dans le sol en dimension deux d'espace. Le modèle qui gouverne ces transferts est constitué par un système de deux équations à deux inconnues, H la pression de l'eau liquide et T la température du milieu poreux. La première équation de ce système est elliptique-parabolique et la seconde est parabolique de type convection-diffusion. On présente un résultat d'existence de solution du système avant de passer à l'étude numérique. Dans la partie numérique, on présente deux algorithmes pour la résolution de l'équation pour le transfert de masse et on procède à une comparaison entre ces algorithmes à travers différents cas tests. On s'intéresse dans la dernière partie à la résolution numérique du système des deux équations couplées de transferts de masse et de chaleur. On présente deux algorithmes; l'un utilise une méthode des éléments finis standard déduit de l'algorithme de l'équation de masse, en rajoutant un couplage entre les deux équations pour la pression et pour la température, tandis que l'autre utilise la méthode des éléments finis mixtes pour le calcul du flux de l'eau qui apparaît comme le coefficient essentiel dans le terme de convection de l'équation pour la température, et la méthode des caractéristiques modifiées pour le calcul de la température. Dans le cas où d'une part la perméabilité présente des variations brutales et d'autre part le terme de convection domine sur le terme de diffusion dans l'équation pour la température, cette dernière méthode est particulièrement bien adaptée à notre problème.

Le traitement de la convection naturelle s'écoulant au sein d'un cylindre poreux ouvert à ses extrémités est d'une difficulté avérée. Pour le cas du chauffage à température constante, l'écoulement est semblable à celui rencontré dans une plaque plane en milieu semi-infini où une couche limite se développe. Les résultats obtenus mettent en évidence, selon les paramètres géométriques et physiques en présence, deux types d'écoulements: un écoulement avec recirculation et un écoulement sans recirculation. La limite de l'obtention de l'une ou de l'autre situation obéit à une corrélation établie. Lorsque le chauffage périodique de la paroi du cylindre est considéré, l'analyse donne une équivalence entre les transferts pour les deux cas de chauffage, constant et modulé dans le temps, pour les faibles amplitudes adimensionnelles. Par contre, à des amplitudes relativement plus élevées, l'amélioration du transfert de chaleur moyen est directement proportionnelle aux valeurs du nombre de Rayleigh, et peut s'avérer très significative, allant jusqu'à des valeurs de l'ordre de 20%.

Les transferts de chaleur et de masse par convection naturelle en milieux fluides et poreux ont t tudi s num riquement. Le ph nom ne de la convection thermosolutale est r gi par les quations de conservation de la masse, de la quantit de mouvement, de l' nergie et de la concentration. Le milieu poreux est mod lis suivant le mod le de Darcy - Brinkman - Forchheimer. L' coulement convectif est r gi par diff rents param tres de contr le, savoir le nombre de Rayleigh, le rapport des forces de volume, le nombre de Prandtl, le nombre de Lewis, le nombre de Darcy et la porosit ε. La m thode des volumes finis a t utilis e pour r soudre les quations de base en milieux fluide et poreux. Pour la validation du code de calcul, l'accord obtenu entre nos r sultats et ceux dans la litt rature s'est av r excellent. L'influence des param tres physiques et g om triques est examin e. L'augmentation de l' paisseur de la couche poreuse de faible perm abilit r duit consid rablement les transferts thermique et massique. Dans un souci de mettre la disposition de l'ing nieur un outil lui permettant d' valuer les transferts thermiques et massiques, des corr lations sont propos es.

CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS UN MILIEU POREUX SATURE EN LIQUIDE, AVEC OU SANS ECOULEMENT, AVEC OU SANS CHANGEMENT D'ETAT. LA PREMIERE PARTIE CONSTITUE UN RAPPEL DES DEFINITIONS ET DES GRANDEURS CARACTERISANT CES MILIEUX AINSI QUE L'APPROCHE CLASSIQUE UTILISEE. CE RAPPEL EST SUIVI D'UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR AVEC CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE-VAPEUR DANS UN MILIEU POREUX. CETTE REVUE CONCERNE ESSENTIELLEMENT LES PHENOMENES D'EBULLITION D'UN LIQUIDE AU REPOS. LA SECONDE PARTIE A TRAIT A LA METHODOLOGIE EXPERIMENTALE ADOPTEE DANS CE TRAVAIL, A LA DESCRIPTION DU MONTAGE, AINSI QU'A LA TECHNIQUE DE TRAITEMENT DES DONNEES FOURNIES PAR L'ENSEMBLE DES CAPTEURS DE MESURE. L'ENSEMBLE EXPERIMENTAL AINSI CONCU PERMET DE DETERMINER LES CHAMPS DE TEMPERATURES ET LEURS EVOLUTIONS SPATIO-TEMPORELLES. LA TROISIEME PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS CES MILIEUX. CETTE MODELISATION REPOSE PRINCIPALEMENT SUR LES EQUATIONS DE BILAN PERMETTANT DE DECRIRE LES VARIATIONS SPATIO-TEMPORELLES DES GRANDEURS EN TOUS POINTS DU MILIEU POREUX, AUSSI BIEN DANS LE CAS D'UN TRANSFERT DE CHALEUR EN MONOPHASIQUE QUE DANS LE CAS DU CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE-VAPEUR D'UN LIQUIDE EN ECOULEMENT. LA RESOLUTION NUMERIQUE EST EFFECTUEE DANS LE CAS MONOPHASIQUE ET LA COMPARAISON AVEC L'EXPERIENCE EST REALISEE DANS CE CAS

This book, "Heat and Mass Transfer in Porous Media", presents a set of new developments in the field of basic and applied research work on the physical and chemical aspects of heat and mass transfer phenomena in a porous medium domain, as well as related material properties and their measurements. The book contents include both theoretical and experimental developments, providing a self-contained major reference that is appealing to both the scientists and the engineers. At the same time, these topics will encounter of a variety of scientific and engineering disciplines, such as chemical, civil, agricultural, mechanical engineering, etc. The book is divided in several chapters that intend to be a short monograph in which the authors summarize the current state of knowledge for benefit of professionals.