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.

LA CONVECTION NATURELLE EST UN PHENOMENE DE TRANSFERT OMNIPRESENT DANS LES STRUCTURES GEOLOGIQUES POREUSES SATUREES. DANS DE TELLES STRUCTURES, IL EST POSSIBLE DE METTRE EN EVIDENCE DES ZONES DE FORTE PERMEABILITE ENTOUREES DE MILIEUX IMPERMEABLES IMPARFAITEMENT CONDUCTEURS DE LA CHALEUR. UNE CONFIGURATION DE REFERENCE EST ALORS DEFINIE: LA COUCHE POREUSE INCLINEE ENTRE EPONTES CONDUCTRICES DE LA CHALEUR SOUMISES A UN GRADIENT DE TEMPERATURE VERTICAL. DEUX PARTIES DE CE TRAVAIL CONCERNENT DES APPROCHES NUMERIQUES BASEES SUR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, LA TROISIEME ETUDE EST EXPERIMENTALE. L'INFLUENCE DES CONDITIONS AUX LIMITES THERMIQUES SUR LA NATURE DES ECOULEMENTS DE CONVECTION EST ANALYSEE. LA SIMULATION 2D DES ECOULEMENTS EST REALISEE. UNE ETUDE DE STABILITE 2D/3D BASEE SUR UNE METHODE AUX PERTURBATIONS EST EFFECTUEE AFIN DE VERIFIER LA VALIDITE DES SIMULATIONS 2D. LES CRITERES DE TRANSITION SONT DEFINIS AINSI QUE LA NATURE DES PERTURBATIONS AMENEES A SE DEVELOPPER. LA SIMULATION 3D PAR CALCUL DIRECT EST REALISEE. LA NATURE DES ECOULEMENTS 3D A AINSI ETE MISE EN EVIDENCE. LA CELLULE D'ETUDE EXPERIMENTALE PERMET LA MESURE DU CHAMP DE TEMPERATURE DANS LE PLAN MEDIAN DE LA COUCHE POREUSE. LE MONTAGE EXPERIMENTAL AINSI QUE LES NOMBREUSES EXPLOITATIONS SONT PRESENTES. LA TRANSITION 2D/3D A PU ETRE OBSERVEE. FINALEMENT, LA COMPARAISON DES DIFFERENTES ANALYSES NUMERIQUES ET EXPERIMENTALE EST REALISEE

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.