Academic literature on the topic 'Échangeurs de chaleur – Coût-efficacité'

La technologie des géostructures énergétiques consiste à adapter les structures géotechniques, comme les pieux de fondation, les parois moulées ou les tunnels, afin de les transformer en échangeurs de chaleur avec le sol. De fait, ce sont des systèmes géothermiques à basse enthalpie, avec le gros avantage de réduire les coûts initiaux d’installation grâce à l’utilisation des structures géotechniques qui seraient réalisées dans tous les cas. Les échanges de chaleur entre la géostructure et le sol induisent des variations de température cycliques sur les deux, et l’efficacité du système doit répondre à la fois à des critères énergétiques (bonne production de chaleur ou de froid) et géotechniques-structurels (analyse des contraintes et déformations thermiques du sol et de la structure en béton), qui dépendent fortement des conditions locales du site accueillant la construction. Il s’agit donc d’un système complexe avec un comportement dépendant de différents phénomènes thermiques, hydrauliques et mécaniques, éventuellement couplés, à la fois dans le sol et dans la structure. Dans un premier temps, une vue globale des différents aspects qui jouent un rôle important dans le comportement géotechnique et énergétique des géostructures thermoactives est présentée, depuis l’échelle de l’élément de sol jusqu’à celle de l’ouvrage. Ensuite, un cas récent d’application de la technologie aux parois moulées de la gare Jules Ferry de Rennes, en France, est décrit et analysé. D’abord, les premières mesures des Tests de Réponse Thermique Opérationnels (T.R.T.O.) réalisés sur le site d’étude sont discutées. Ensuite, l’analyse porte sur les résultats de la modélisation thermo-hydraulique (TH) par éléments finis du cas d’étude et la comparaison avec les mesures in situ. Le modèle numérique permet de reproduire correctement les données expérimentales quand un écoulement souterrain est pris en compte. Les résultats montrent une bonne efficacité énergétique de la technologie qui se confirme très prometteuse.

La gestion des eaux pluviales est l’un des enjeux majeurs de l’aménagement urbain moderne. Son intégration au sein des projets urbains doit prendre en compte et respecter l’environnement tout en protégeant les biens et les personnes des dommages pouvant être causés par les inondations. Les techniques dites « alternatives » permettent de résoudre cette problématique, tout en répondant à des enjeux sociaux (en créant davantage d’espaces publics, en améliorant le cadre de vie, en recréant du lien avec la nature), économiques (en augmentant la valeur foncière du site, en réduisant les coûts de travaux et d’entretien) et environnementaux (en créant des corridors écologiques, en favorisant la biodiversité et en luttant contre les îlots de chaleur). Dès les premiers stades de la conception, de nombreuses possibilités existent pour intégrer la gestion de l’eau dans les projets urbains. Le but de cet article est de présenter un retour d’expérience à travers trois projets menés successivement sur un même territoire, la commune de Villeneuve-la-Garenne. Ces projets, qui ont en commun les contraintes propres à leur territoire et une gestion alternative des eaux pluviales, permettent d’illustrer les évolutions constatées dans la conception des ouvrages et dans la perception des techniques alternatives par les acteurs associés aux projets. Encouragées par les publications, les retours d’expériences positifs et l’évolution de la réglementation, les techniques alternatives rencontrent une adhésion de plus en plus forte. Il subsiste toutefois des a priori négatifs sur leur efficacité, leur coût et leur entretien. Du côté du concepteur, il ne s’agit plus seulement de gérer la pluie de référence, mais de concevoir un système de gestion de la pluie intégré aux espaces publics et au bâti, de gérer les petites pluies au maximum sur le site et de promouvoir la plurifonctionnalité des ouvrages.

L’aviculture des régions chaudes doit tenir compte de deux facteurs limitants majeurs : le climat qui freine la consommation énergétique des volailles et modifie l’habitat et les cycles de productions (croissance ralentie, oeufs plus petits...) et l’importation, pour beaucoup de pays chauds, des céréales et du tourteau de soja avec des devises de plus en plus rares. Les solutions nutritionnelles viables à moyen terme, pour les volailles, sont celles qui tiennent compte de ces deux types de contraintes dans le choix des normes de formulation et qui intégreront l’aviculture dans le développement agro-industriel global de ces pays. Sept exemples expérimentaux illustrent la recherche de solutions adaptées, en collaboration entre l’INRA et plusieurs pays chauds. Pour être efficacement appliquées ces solutions requièrent une adaptation pratique par les professionnels de l’aviculture dans chaque situation. La distribution ad libitum d’un régime complet laisse peu d’espoir de pouvoir compenser les effets négatifs de la chaleur sur les performances par des ajustements de sa composition. Par contre, certaines erreurs comme l’augmentation de la teneur de l’aliment en protéines de mauvaise "qualité", c’est-à-dire avec des concentrations relativement basses d’acides aminés indispensables digestibles, peuvent aggraver les effets du climat. Le niveau d’ingestion énergétique faible des poules pondeuses permet d’envisager l’utilisation de régimes dilués, granulés, contenant des quantités plus importantes de sous-produits disponibles localement et ayant une valeur nutritionnelle, comme les issues de céréales. La combinaison de rythmes lumineux et de systèmes d’alimentation discontinue en supprimant l’accès à la mangeoire quelques heures avant et pendant le pic thermique quotidien permet de maîtriser les mortalités excessives des poulets de chair en période de finition. Le fractionnement du régime complet ouvre des voies de recherches stimulantes dont deux ont déjà prouvé un intérêt :- technico-économique, dans le cas de l’alimentation calcique séparée des poules pondeuses qui induit une augmentation de l’ingéré énergétique du matin et une amélioration de la ponte ;- économique par l’utilisation d’un aliment complémentaire unique pour le poulet et la pondeuse distribué en libre choix avec des céréales graines entières pouvant être produites par l’aviculteur ou acquises à moindre coût (et des coquilles d’huîtres pour la ponte). Cette solution permet de limiter les transports et les gaspillages de matières premières en concentrant l’effort technique sur un seul produit. La mise au point de modèles d’alimentation alternatifs prenant en compte les rythmes de températures et de lumière existant dans les poulaillers ouverts des pays tropicaux est un domaine d’avenir qui devrait stimuler les échanges scientifiques Sud-Nord.

L'objectif principal de cette étude est de quantifier les performances énergétique, thermique et hydrodynamique d'une cellule ohmique à jet innovante. Ceci pour traiter thermiquement des fluides visqueux et encrassants. Tout d'abord, les bilans de puissance, réalisés en aval et en amont du convertisseur triphasé/monophasé ainsi que celle dissipée dans le jet de fluide, nous ont permis de quantifier les rendements énergétiques de ce nouveau procédé ohmique. Ce travail préliminaire a permis de proposer un modèle, prédisant le temps non-conduit à imposer, pour parvenir à dissiper la puissance thermique requise tout en conservant des rendements énergétiques élevés. Ensuite, au niveau hydrodynamique des essais de visualisation des écoulements dans la cellule ohmique ont permis de mettre en évidence qu'il pouvait, selon la viscosité des fluides et les conditions opératoires, se produire des écoulements secondaires dans le réceptacle de la cellule à jet de fluide. De plus, des mesures de Distribution des Temps de Séjour dans le réceptacle ont montré que celles ci étaient aussi fortement influencées par la viscosité et les conditions opératoires dans le jet de fluide. Deux modèles, constitués d'assemblage de réacteurs idéaux, ont été proposés pour décrire les Distributions des Temps de Séjour obtenues pour certains cas limites. Enfin, au niveau thermique, un modèle mathématique a été développé puis validé, avec des mesures infrarouges, pour prédire la température le long du jet de fluide en fonction des conditions opératoires. Couplé au modèle analytique du profil de vitesse dans le jet, ceci permet à un utilisateur d'obtenir le barème thermique (couple temps-température) subi par le produit dans le jet. Ce travail nous a également permis d'affirmer que le niveau de fluide dans le réceptacle est le paramètre critique de régulation de cette cellule ohmique à jet. Une nouvelle géométrie de cellule ohmique à jet de fluide avec un capteur radar a été développée pour obtenir une détection plus fiable de cette commande et permettre une régulation plus aisée du procédé. Finalement, des essais avec des fluides modèles encrassants dans la nouvelle cellule ohmique à jet ont montré que le dépôt protéique est essentiellement localisé sur l'électrode de masse et qu'il n'a pas d'influence (dans le domaine exploré) sur les performances hydraulique, thermique ou énergétique du procédé. Des essais de comparaison, sur produits réels, laissent présager que ce nouveau procédé ohmique présentait des avantages en termes d'encrassement par rapport aux procédés thermiques traditionnels
The main objective of this experimental work was to quantify the energetic, thermal and hydrodynamic performances of an innovative fluid jet ohmic heater designed for the heat treatment of viscous and highly fouling liquids. First, energy balance, in the upstream-downstream of the power supply and that dissipated in the fluid jet, enabled the quantification of the energy efficiency of this new ohmic heating process. This preliminary work has led to propose an empirical model to predict the imposed delay time, in order to dissipate the required power while maintaining high energy efficiency in the ohmic system. Then, the hydrodynamic study, in the non-fouled ohmic heater, showed that dead zones should exist in the receptacle of the ohmic cell according to the fluid viscosity and operating conditions. The Residence Time Distribution in this receptacle was interpreted using an arrangement of simple ideal reactors. In addition, measurements of the Residence Time Distribution, in this receptacle of the ohmic heater, showed that they were also heavily influenced by the viscosity and the operating conditions in the fluid jet. Two models, using an arrangement of simple ideal reactors, were proposed to describe the Residence Time Distribution of some borderline cases. Lastly, in the thermal study, a mathematical model was developed and validated, using experimental infrared thermography, to predict the material temperature rise along the ohmically heated fluid jet. The predicted temperature and velocity profiles along the fluid jet can be further used for obtaining the sterilising or pasteurising effect of heat in ohmic fluid jet. This work has also highlighted that the fluid level in the receptacle of the ohmic heater is the primarily critical process factor. Thus, new ohmic heater geometry with a radar sensor was designed and validated for more reliable detection of this fluid level and easier regulation of this parameter. Finally, tests with fouling model fluids in the new ohmic cell showed that the protein deposit is essentially located on the electrode of mass and did not affect (in the explored area) the hydraulic, energetic or thermal performances of the new ohmic heater. Comparison tests, with real products, suggest that this new ohmic heating were advantageous in terms of fouling, compared to conventional heating

L’amélioration de la récupération d’énergie dans les procédés industriels passe par une meilleure compréhension des phénomènes d’encrassement dans les échangeurs de chaleur. L’encrassement se caractérise par la formation de dépôts non désirés sur les surfaces d’échange de l’échangeur. Cette étude porte sur l’amélioration de l’efficacité énergétique des raffineries de pétrole par réduction de l’encrassement dans les échangeurs de chaleur du train de préchauffe.Pour cela, une boucle d’essai reproduisant les niveaux d’échange et les écoulements rencontrés en raffinerie a été employée pour tester un échangeur de type tubes et calandre. Les fluides traités sont du pétrole brut et de résidu de distillation atmosphérique (coupe lourde du pétrole) comme dans le procédé industriel. On s’intéresse à l’influence de la géométrie de l’échangeur. Des faisceaux de tubes avec des corrugations internes hélicoïdales et des ailettes externes sont successivement testés. Pour chacune des technologies, les paramètres opératoires optimums permettant de limiter la formation d’un dépôt encrassant sont identifiés sur une gamme de température de film et de cisaillement s’échelonnant respectivement de 230 à 300°C et de 1,3 à 8,8 N/m2. L’efficacité des tubes optimisés pour lutter contre l’encrassement est évaluée par comparaison avec l’encrassement obtenu sur le faisceau de tubes lisses pris comme référence. Les deux technologies se sont révélées efficaces pour réduire l’encrassement. Par rapport aux tubes lisses, l’encrassement a été réduit d’un ordre de grandeur à cisaillement et température de film équivalentes aussi bien avec les tubes structurés qu’ailetés.En parallèle, une simulation d’encrassement numérique (CFD) a été élaborée pour mieux comprendre le développement de l’encrassement dans l’échangeur équipé de tubes lisses. Les phénomènes dominants à l’origine de l’encrassement de l’échangeur ont été déterminés : la vitesse de formation du dépôt, peu affectée par les variations spatiales de la thermo-hydraulique, pilote l’encrassement. Les hétérogénéités d’encrassement sont causées par les disparités locales de la vitesse d’arrachement du dépôt qui varie en grande proportion mais dont l’influence sur la vitesse d’encrassement est faible. Elles sont dues à une inhomogénéité spatiale du cisaillement qui est la conséquence de l’établissement de l’écoulement dans les tubes. Une tentative d’amélioration de la précision de la prédiction de l’encrassement a été également entreprise en optimisant les paramètres d’un modèle d’encrassement existants et en tenant compte du vieillissement du dépôt
Improving energy recovery in industrial processes requires a better understanding of fouling phenomena in heat exchangers. Fouling is the grow up of unwanted materials on heat transfer surfaces. This study focuses on improving the energy efficiency of petroleum refineries by reducing fouling in heat exchangers of the pre-heat train.For this purpose, a test rig reproducing thermal and flow characteristics encountered in the last heat exchanger of the pre-heat train was used to test a pilot-scale shell-and-tube heat exchanger. Fluids are the same as the ones processed in refineries: crude oil and atmospheric tower bottom, a heavy residue of oil. This study focuses on the influence of the heat exchanger geometry. Internally helically-finned tubes and externally low-finned tube bundles are successively tested. For each one, optimum operating parameters which reduce fouling are identified over a 230-300°C film temperature range and a 1.3-8.8 N/m2 wall shear stress range. The fouling mitigation efficiency of the enhanced tubes is compared with smooth tubes taken as a reference. Compared to smooth tubes, fouling on helically-finned and low-finned tubes is reduced by an order of magnitude when they are operated at equivalent wall shear stress and film temperature.In addition, a numerical (CFD) fouling simulation has been developed to provide a better understanding of the fouling in the heat exchanger with smooth tubes. Dominant phenomena driving fouling in the heat exchanger were determined. The deposition rate is weakly impacted by the spatial variations of the thermo-hydraulic and controls the overall fouling rate. Heterogeneities in fouling rate are caused by the local scattering in the removal rate, which varies in a broad range but whose impact on the overall fouling rate is low. The broad range of the shear stress is the consequence of the fluid flow entrance effects. An attempt to improve accuracy of the fouling model has been undertaken by optimizing the model parameters and by considering aging of the deposit

L’objectif de ces travaux est de développer une méthode d’aide à la conception des réseaux de chaleur urbains (RCU). Cette méthode utilise un modèle de type MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming) pour l’optimisation simultanée de la configuration et du dimensionnement d’un RCU. Aux variables continues pour l’aide au dimensionnement (température, vitesse, diamètre, aire des échangeurs), s’ajoutent des variables binaires aidant à définir la configuration du réseau (maillage et choix des technologies). La fonction objectif à minimiser est le coût total (capex et opex), qui est soumise à un ensemble de contraintes non linéaires (p. ex. pertes thermiques et de charge, bilans). La méthode développée dans ce manuscrit offre la possibilité de connecter en cascade des consommateurs n’ayant pas les mêmes besoins en température, et de réaliser des réseaux bouclés (une canalisation par tranchée). Elle permet aussi de choisir : les consommateurs à connecter au RCU, le ou les sites de production ainsi que le type de technologie utilisée. Enfin la bonne prise en compte de la physique permet de choisir le meilleur compromis entre pertes thermiques et pertes de charge, sur une large gamme de température. Cette formulation permet donc d’optimiser des réseaux de 4éme génération et de démontrer la rentabilité de l’intégration d’EnR&R sur le long terme (30 ans). Un premier travail est réalisé afin de proposer une méthodologie de résolution en plusieurs étapes permettant l’obtention de l’optimum global. Différents cas d’études académiques sont utilisés pour présenter les intérêts multiples de cette formulation. Enfin la comparaison avec un réseau existant a permis de démontrer la cohérence des résultats du modèle et a servi de base pour l’optimisation d’un cas d’étude de grande dimension. Plusieurs études de sensibilité post-optimale sont réalisées afin de démontrer l’intérêt de cet outil pour l’aide à la conception initiale ou l’extension de RCU existants
The aim of this thesis is to develop a method that provides design assistance for District Heating Network (DHN). This tool allows simultaneously the optimization of the configuration and its sizing, thanks to an MINLP formulation (Mixed Integer Non-Linear Programming). Binary variables help to choose the optimal configuration (network layout and technologies of production), whereas continuous variables help DHN sizing (temperature, diameter, velocity, heat exchanger area, thermal generating capacity …). The objective function to minimize is the total cost (capex and opex), subjected to numerous nonlinear constraints (e.g. thermal losses, pressure drop, energy balance).This method enables to design temperature cascade between consumers, when consumer temperature requirements are different, and also looped network (only one pipe in one trench). It helps also the decision to connect (or not) consumers to the main network and also the location(s) and type(s) of the heating plant. Moreover, the arbitrage between heat losses and pressure drops is taken into account thanks to physical considerations (non-linear equations). Eventually, it is possible to design 4th generation DHN and prove their financial profitability over the long terms (30 years). First a multi-step resolution strategy is proposed to ensure finding global optimum of the complex MINLP problem. Then academic study cases are analyzed to underline the numerous assets of the formulation. Finally, the optimal design compared to an existing DHN ensures the consistency of the method and allows to build a study case at a wider scale, which can be solved thanks to the comprehensive strategy developed. The design assistance method is available for initial design as well as for extension of existing DHN

On considère le transfert de chaleur au travers d'un film liquide de faible épaisseur s'écoulant par gravité le long d'un plan incliné, l'objectif étant de comprendre les mécanismes d'intensification des transferts par l'hydrodynamique du film et d'optimiser la géométrie d'un échangeur.Un modèle simplifié fondé sur une méthode intégrale aux résidus pondérés appliquée aux équations de Navier-Stokes et de Fourier a été développé. Un outil de résolution de système d'équations aux dérivées partielles utilisant la méthode des lignes a été écrit. Celui-ci utilise les différences finies pour discrétiser les dérivées spatiales et un schéma Runge Kutta implicite d'ordre élevé couplé à un contrôleur de pas de temps afin de garantir une résolution stable et performante des modèles.Ce modèle simplifié nous a permis de mettre en avant les liens entre l'hydrodynamique (et en particulier la recirculation ayant lieu au sein de la crête des ondes propagatives) et l'intensification des phénomènes de transferts, lien confirmé par résolution des équations primitives du problème.En effet, une étude paramétrique de l'intensification des transferts sur un élément représentatif d'une plaque d'échangeur par une excitation monochromatique en entrée d'écoulement a été menée. Elle montre le lien entre la présence de recirculation au sein des ondes propagatives et accroissement des transferts.Le modèle a été étendu afin de prendre en compte un fond à géométrie variable. Des travaux préliminaires sur l'effet d'un fond ondulé sur les transferts indiquent qu'une faible inclinaison soit nécessaire pour qu'un effet notable soit observé
We consider the heat transfer across a thin liquid film flowing by gravity along an tilted plane. This work aims at the identification of the mechanisms of heat transfer intensification and the optimization of the geometry of a plate exchanger.A simplified model based on weighted residual integral method applied to Navier Stokes and Fourier equations has been developed. A tool for solving system of partial derivative equations using the method of line has also been written. Spatial discretization is dealt with finite differences. A high order implicit Runge Kutta scheme with an adaptative time stepping, allows a stable and efficient resolution.This simplified model allowed us to link the fluid's dynamics (and especially the presence of recirculations under traveling wave crests, alos called roll waves) with transfer intensification. This link has been confirmed solving the primitive equations . Indeed, a parametric study of the transfer intensification on a signature/representative element of an exchanger plate by a monochromatic frequency has been conducted showing that transfer intensification is related to the onset of roll waves.The effect of a variable wall goemetry has been included to the model. Preliminary work points out the need for a low inclination to yield a significant effect on transfer intensification

L'objectif principal de cette thèse est de proposer une méthodologie et un outil de modélisation pour concevoir des systèmes hybrides de réfrigération et de climatisation à haute performance, abordables et flexibles. Il se concentre sur des systèmes hybrides basés sur le couplage d'un cycle de dessiccation et un cycle de compression de vapeur permettant un contrôle efficace de l'humidité dans les applications de climatisation et un fonctionnement sans givre dans les applications de réfrigération. Le travail a été développé pour étudier une nouvelle conception d'un échangeur membranaire de chaleur et de masse à l'aide de membranes originales et d'une nouvelle conception liée à la distribution de liquide. La conception tire parti des matériaux à faible coût qui sont testés expérimentalement à l'aide d'une nouvelle méthodologie pour déduire leur perméabilité de la vapeur d'eau qui affecte significativement le transfert de masse. Un prototype de l'échangeur membranaire proposé est alors construit et une approche de modélisation des phénomènes de transfert de chaleur et de masse est développée et appuyée par des caractérisations expérimentales. Ce modèle est ensuite utilisé pour étudier l'intérêt énergétique de l'intégration de ces échangeurs dans les applications de climatisation et pour concevoir une architecture flexible capable de faire face à la variation saisonnière du rapport de charge latente à sensible. Les résultats montrent que le système hybride étudié présente des solutions alternatives prometteuses comparé aux cycles conventionnels, où ils peuvent améliorer de façon significative les performances et réduire la consommation d'électricité
The major objective of this thesis is to propose a methodology and a modeling tool to design high performance, affordable and flexible hybrid refrigeration and air conditioning systems. It focuses on hybrid systems based on coupling a desiccant cycle with a vapor compression cycle allowing an efficient humidity control in air conditioning applications and a frost free operation in refrigeration applications. The work was developed to investigate a novel design of a membrane based heat and mass exchanger using original membrane materials and new design related to liquid distribution. The design takes advantage of materials with low cost that are experimentally tested using a new methodology to infer their water vapor permeability that greatly affects the mass transfer. A prototype of the designed membrane exchanger is then built and a modeling approach of the heat and mass transfer phenomena is developed and is supported by experimental characterization. This model is then used to study the energy interest of the integration of these exchangers in air conditioning applications and to design a flexible architecture able to cope with the seasonal variation of the latent to sensible load ratio. The results show that the studied hybrid system present promising alternatives for conventional cycles where they can significantly improve the performance and decrease the consumption of electricity

Les systèmes géothermiques de surface extraient l’énergie du sol via un fluide caloporteur circulant dans un échangeur pour une profondeur ne dépassant pas 200 m. Deux typologies d’échangeurs sont généralement utilisées : les systèmes avec échangeurs verticaux, principalement affectés par les conditions géologiques ; et les échangeurs horizontaux, plus proches de la surface du sol, impactés essentiellement par les conditions climatiques. Dans le sol, les échanges thermiques sont majoritairement des transferts de chaleur par conduction. Ainsi, les propriétés thermo-physiques du sol influencent la quantité d’énergie extraite par les échangeurs. Afin de quantifier les propriétés thermo-physiques d’un sol sous l’influence des conditions géologiques et climatiques, deux dispositifs expérimentaux sont élaborés, conçus, instrumentés et validés au sein de notre laboratoire. Les résultats expérimentaux enrichissent les connaissances scientifiques sur le comportement hydrique d’un sol soumis à des événements pluvieux et l’impact de la contrainte verticale sur les propriétés thermo-physiques d’un sol. De plus, une étude numérique, à partir d’une modélisation 2D par éléments finis d’un échangeur airsol, évalue les performances énergétiques de ce dernier en fonction de différentes humidifications du sol et différents scénarios de pluie. Les résultats numériques révèlent ainsi l’intérêt d’utiliser un sol d’enrobage très humide pour accroître significativement les performances énergétiques d’un échangeur air-sol
Surface geothermal systems extract energy from the ground via a fluid circulating in an exchanger at a depth not exceeding 200 m. Two typologies of exchangers are generally used: systems with vertical exchangers, mainly affected by geological conditions; and horizontal exchangers, closer to the surface of ground, impacted mainly by weather conditions. Thermal exchanges in the soil are mainly conduction heat transfers. Thus, thermo-physical properties of soil influence, mostly, energy extracted by exchangers. In order to quantify influence of geological and meteorological conditions on thermo-physical properties of soil, two experimental devices are developed, designed, instrumented and validated. The experimental results provide more appropriate scientific knowledge on hydric behavior of a soil subjected to rain events and influence of compactness on thermal properties of soil. In addition, one numerical study, based on a finite element 2D modeling of an earth-air heat exchanger, evaluates their energy performance under different soil moisture conditions and rain scenarios thus revealing the utility of water to significantly improve its performance

Nos travaux portent sur la technique de refroidissement par multiperforation (film cooling) utilisée, par exemple, pour le refroidissement d'une paroi de chambre de combustion. Cette étude se décompose en deux parties : La première partie consiste en une étude expérimentale du film cooling dans les conditions de basses températures: 40°C pour l'écoulement principal et 20°C pour l'écoulement secondaire. Le taux de soufflage M est variable de 1 à 4. Le banc d'essais est composé d'une plaque comportant 81 orifices d'injection inclinés de 30° par rapport à la surface de la plaque. Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence du taux de soufflage M et de l'ouverture des rangées d'injections sur la formation de la couche de refroidissement. Cette première étape a permis de déterminer une configuration de base. Cette configuration correspond au nombre de rangées minimal nécessaire à la formation de la couche de refroidissement. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'influence de deux paramètres géométriques sur le film cooling : l'espacement entre deux injections p/D=4, 8, 12 et l'espacement entre deux rangées ouvertes s/D=4, 8, 12. Les résultats obtenus ont montré que l'augmentation de l'espacement entre les injections entraîne d'une part, la diminution de l'efficacité adiabatique du refroidissement, d'autre-part la diminution des transferts de chaleur. Dans un dernier temps, l'objectif de nos travaux est l'optimisation du maintien de la couche de refroidissement. Pour cela, nous avons proposé l'ajout d'une zone d'injection supplémentaire à la suite de la configuration de base. Ainsi, nous avons trouvé que l'ouverture d'une seule rangée supplémentaire permettait d'améliorer l'efficacité du refroidissement quelle que soit la position de cette rangée par rapport à la zone d'injection de base. D'autre part, l'efficacité du film cooling s'améliore significativement à l'ouverture de trois rangées supplémentaires. Nous constatons un meilleur maintien de la couche de refroidissement par l'ajout de rangées adjacent à la configuration de base. La deuxième partie est consacrée aux études du refroidissement sur un banc d'essais quasi industriel, appelé banc Thalie. Ce banc d'essais permet de reproduire des conditions aérothermiques proches de celles rencontrées dans une chambre de combustion (température jusqu'à 1400K et pression jusqu'à 7. 10 5 Pa). Cependant, ces conditions extrêmes n'autorisent pas l'application directe des techniques expérimentales développées à des conditions de températures et de pressions plus faibles. Aussi, l'objectif de cette partie expérimentale est de mener une étude de faisabilité sur une nouvelle technique de mesure. Pour cela, une technique de mesure en régime transitoire est proposée. Le principe de cette méthode est d'imposer un échelon de température sur l'écoulement primaire et de suivre l'évolution du champ de température de la paroi. Les coefficients d'échange entre la paroi et les écoulements sont identifiés en minimisant l'écart entre le champ de température mesuré par thermographie infrarouge et celui calculé par la résolution de l'équation de transfert de chaleur
Our work focuses on the technique of film cooling used, for example, for cooling wall of the combustion chamber. This study consists of two parts : The first part consists of an experimental study on the film cooling in conditions of low temperature : 40°C for the mainstream flow and 20°C for the coolant flow. The blowing ratio M ranges from 1 to 4. The test rig consists of a plate with 81 injection holes inclined at 30° with respect to the surface of the plate. The first, we study the influence of blowing ratio M and the influence of the opening of the rows of holes on the formation of the film cooling. This first step has determined a base configuration. This configuration corresponds to the minimum required number of rows of holes for the formation of the film cooling. The second, we studied the influence of two geometric parameters on the film cooling: the inter-holes distance p/D = 4, 8, 12 and the inter-rows distance s/D = 4, 8, 12. The results showed that increasing of the spacing between injections leads to the decrease of the adiabatic effectiveness of film cooling and the decrease of the heat transfer coefficient. The last, the goal of our work is to optimize the maintenance of the cooling layer. For this, we proposed adding a further injection pattern following the basic configuration. Thus, we found that the opening of one additional row improve the cooling effectiveness whatever the position of the adding row of holes is from the base configuration. On the other hand, the opening of three additional rows gives significant improvements of the adiabatic effectiveness of film cooling. We have noted better maintenance of the film cooling by adding rows adjacent to the base configuration. The second part is devoted to studies of cooling on a virtual test bench industrial bench called Thalie. This test bench allows to reproduce conditions similar to those aero-thermal encountered in a combustion chamber (temperature up to 1400K and pressures up to 7. 10 5 Pa). However, these extreme conditions do not allow the direct application of the experimental techniques developed in the conditions of lower temperature and pressures. Therefore, the objective of this experimental part is to conduct a feasibility study on a new measurement technique. For this, a technique for measuring transient is proposed. The principle of this method is to impose a level of temperature on the primary flow and monitor the temperature field of the wall. The heat transfer coefficients between the wall and flows are identified by minimizing the difference between the wall temperature measured by infrared thermography and the one calculated by solving the equation of heat transfer

La conception des bâtiments à faible consommation d'énergie est devenue un enjeu très important à travers le monde afin de minimiser la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre associés. Au Maroc, le secteur du bâtiment représente 25% de la consommation énergétique finale du pays avec 18% réservée au résidentiel et 7% pour le tertiaire (ADEREE 2011). L'intégration de systèmes passifs ou semi-passifs de rafraîchissement/chauffage dans le bâtiment est désormais indispensable pour la réduction de la consommation énergétique tout en améliorant le confort thermique. Un de ces systèmes est l’échangeur air-sol (EAHX). Le principe du rafraîchissement à l'aide de l’échangeur air-sol est bien établi, mais le comportement d'un tel système dépend des conditions climatiques et de la nature du sol. L’échangeur air-sol étudié est installé dans une maison type villa située dans la banlieue de Marrakech. Un monitoring de ce système a été réalisé durant l’été 2013 à travers un suivi des températures et de l'humidité durant 39 jours. Les résultats montrent que l’échangeur air-sol est un système adapté pour le rafraîchissement de l’air dans les bâtiments à Marrakech, puisqu’il procure une température de soufflage quasi-constante d’environ 22°C pour le débit 244 m3/h et 25°C pour le débit de 312m3/h, avec une humidité relative autour de 50 % alors que la température extérieure dépasse 40°C. Le modèle mathématique choisi et l’outil de simulation associé, Type 460 opérant sous le logiciel commercial TRNSYS, sont analysés et validés par confrontation avec les résultats expérimentaux. Cette confrontation a montré une excellente concordance, avec un écart absolu moyen entre la mesure et la simulation toujours inférieur à 0,5°C et décroit à 0,2°C à la sortie de tube enterré. La validation de l’outil de simulation avec un échangeur air-sol enterré dans un sol soumis à conditions météorologiques extérieures n’a pas été réalisée auparavant. D'autre part, les simulations dynamiques de l’échangeur air-sol sont réalisées en fonctionnement continu, avec 1 et 3 tubes durant la période chaude de l’année (mai-septembre). Les résultats montrent que le système procure une température à la sortie de tube enterré de 25,1°C (1 tube) et 26 °C (3 tubes). Il en résulte une capacité de refroidissement de 58w/m2 (1 tube) et 55w/m2 (3 tubes) pour une température à l’entrée de 44,6°C. Une étude de sensibilité, utilisant la méthode de Sobol, de la performance thermique de l'échangeur durant la saison chaude (mai-septembre) a permis de dégager les paramètres les plus influents. Par la suite, une étude paramétrique complète sur l’énergie sensible totale perdue par l’air lors dans son passage dans l’échangeur air-sol est réalisée en fonction des paramètres les plus influents déterminés auparavant
The low energy buildings tendency has become a major worldwide key to minimize energy consumption and greenhouse gas emissions issues. In Morocco, the building sector represents 25% of the total final energy consumption, whereas 18% is dedicated for residential and 7% for the tertiary sector (ADEREE 2011). The integration of passive or semi-passive for cooling/heating purposes into buildings is an essential act for reducing energy consumption while improving thermal comfort. One of these systems is the Earth to Air Heat Exchanger (EAHX). Its principle to use the ground-coupled heat exchanger for cooling is well established, but the behavior of such a system depends on the climate and the soil, which influences the choice of design parameters of this system. We performed a numerical and experimental study on the thermal performance of an Earth to air heat exchanger installed in a villa type house in the suburbs of Marrakech. A monitoring survey was conducted during the summer period of 2013, to acquire temperature and humidity measurements for 39 days. The results show that the earth to air heat exchanger is a system more adapted to refresh the air in buildings in Marrakech, as it provides a quasi constant air temperature of approximately 22°C for flow 244 m3/h and 25°C for flow of 312 m3/h, with relative humidity that is around 50% when the outside temperature exceeds 40°C. The mathematical model chosen and the associated simulation tool used is Type 460 operating under the TRNSYS commercial software, analyzed and validated by comparison with experimental results. This comparison showed excellent agreement, with an average absolute difference between the measurement and simulation that is always lower than 0.5°C and 0.2°C as it decreases at the output of the buried pipe. On the other hand, dynamic simulations of the EAHX using TRNSYS software (TYPE 460) were performed with one pipe or three pipes continuously running. The achieving specific cooling capacity is 58 W/m2 (one pipe) and 55 W/m2 (three pipes) obtained for air temperatures of 25 °C and 26 °C respectively, at the EAHX outlet and 44.6 °C at its inlet. A sensitivity analysis, using the method of Sobol, of the thermal performance of the earth air heat exchanger (EAHX) in the hot season (May-September) has identified the most influential parameters. Thereafter, a complete parametric study on the total sensible energy lost through the air when in passing through the air-ground heat exchanger is made based on the most influential parameters determined previously