Dissertations / Theses: 'Matériaux à changement de phase Microcapsulés'

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El, moustapha Bouha. "Formulation et étude d’un géopolymère accumulateur d’énergie thermique dans le cadre de l’éco-construction des bâtiments." Electronic Thesis or Diss., Paris, HESAM, 2023. http://www.theses.fr/2023HESAE001.

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Abstract:

L'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés (MCPM) dans des matériaux à base de ciment ou des géopolymères est l'une des technologies efficaces pour répondre à la demande énergétique finale. Cependant, en raison du taux élevé d'impacts environnementaux associés à la fabrication du ciment, l'utilisation de géopolymères a suscité un grand intérêt de la part des chercheurs en raison de leur faible impact environnemental et de leurs propriétés mécaniques et de durabilité supérieures à celles des matériaux à base de clinker.En revanche, l'incorporation de MCPM dans les géopolymères induit des effets négatifs sur leurs performances mécaniques et thermiques. L'utilisation de ces derniers nécessite encore des investigations approfondies sur leurs indicateurs de durabilité (diffuvisivité des chlorures, porosité, perméabilité etc..). Ce travail de thèse s'inscrit parfaitement dans cette problématique, et traite de l’effet de la combinaison du gel NASH (sodium alumina silicate hydrate) et du gel CASH (calcium alumina silicate hydrate) pour surmonter les effets négatifs de l'incorporation de MCPM sur les performances des géopolymères à base de laitier de haut fourneau. Pour atteindre cet objectif, douze mortiers ont été étudiés (trois à base de ciment et neuf à base de géopolymère) en variant le pourcentage d'ajout de métakaolin (0%, 10% et 20%) dans les mortiers géopolymères, et le taux d'incorporation de MCPM (0%, 5% et 10%) dans les deux types de mortiers : mortiers géopolymère (MGP) et mortiers de ciment (MC).La première partie de cette étude est consacrée à la caractérisation de la microstructure, des propriétés physiques, mécaniques et thermiques des MGP et des MC. Les résultats obtenus ont montré que la coexistence du gel NASH et CASH a apporté des améliorations en termes de propriétés mécaniques et de conductivité thermique par rapport au MGP-MCPM sans ajout de metakaolin. En effet, l'ajout de 10 et 20% de métakaolin était suffisant pour obtenir cette coexistence. Avec une concentration de MCPM allant jusqu'à 10% dans les mortiers géopolymères, la résistance en compression a été augmentée d'environ 21% et la conductivité thermique a été augmentée d'environ 31%, ce qui a conduit à une amélioration de la capacité thermique spécifique allant jusqu'à 1280 J/Kg.K.La deuxième partie du travail porte sur l’étude de l’effet de l'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés sur quelques indicateurs de durabilité des MGP et MC. Les résultats indiquent que l’incorporation des MCPM augmente la porosité totale, ceci induit une augmentation de l'absorption d'eau par capillarité et une diminution de la résistivité électrique du MGP et du MC. En revanche, l'inclusion du MCPM exerce une influence sur la diminution de la connectivité des pores et l'augmentation de la tortuosité du réseau poreux d'une part et l'augmentation de la capacité de fixation des ions chlorure d'autre part. Ceci a conduit à la diminution du coefficient de migration des chlorures à l'état stationnaire. En outre, il convient de noter que les MGP présentent des pores de plus grande taille que les MC. Cela peut être dû au protocole de séchage qui est susceptible d'induire une dessiccation et des microfissures dans le gel CASH. Cependant, en présence de ces microfissures, l'étude a révélé que la réaction chimique du MGP contrôle davantage les mécanismes de transport des ions chlorure par rapport à sa porosité The incorporation of microcapsulated phase change materials (MPCM) into cement-based materials or geopolymers is one of the effective technologies to meet the final energy demand. However, due to the high rate of environmental impacts associated with cement manufacturing, the use of geopolymers has attracted great interest from researchers due to their low environmental impact and superior mechanical and durability properties compared to clinker-based materials.On the other hand, the incorporation of MPCM in geopolymers induces negative effects on their mechanical and thermal performances, the use of the latter still requires in-depth investigations on their durability indicators (chloride diffuvisivity, porosity, permeability etc.). This thesis work is perfectly in line with this problematic, and deals with the effect of the combination of NASH (sodium alumina silicate hydrate) and CASH (calcium alumina silicate hydrate) gel to overcome the negative effects of MPCM incorporation on the performance of geopolymers based on blast furnace slag. To achieve this objective, twelve mortars were studied (three cement-based and nine geopolymer-based) by varying the percentage of metakaolin addition (0%, 10% and 20%) in geopolymer mortars, and the rate of MPCM incorporation (0%, 5% and 10%) in both types of mortars: geopolymer mortars (GPM) and cement mortars (CM).The first part of this study is devoted to the characterization of the microstructure, physical, mechanical and thermal properties of GPM and CM. The results obtained showed that the coexistence of NASH and CASH gel brought improvements in terms of mechanical properties and thermal conductivity compared to GPM-MPCM without metakaolin addition. Indeed, the addition of 10 and 20% metakaolin was sufficient to achieve this coexistence. With a concentration of MPCM up to 10% in the geopolymer mortars, the compressive strength was increased by about 21% and the thermal conductivity was increased by about 31%, leading to an improvement in the thermal capacity up to 1280 J/Kg.K.The second part of the work deals with the study of the effect of the incorporation of microcapsulated phase change materials on some durability indicators of GPM and CM. The results indicate that the incorporation of MPCM increases the total porosity, this induces an increase in the water absorption by capillarity and a decrease in the electrical resistivity of the GPM and CM. On the other hand, the inclusion of MPCM exerts an influence on the decrease of the pore connectivity and the increase of the tortuosity of the pore network on the one hand and the increase of the chloride ion binding capacity on the other hand. This led to the decrease of the chloride migration coefficient in the steady state. In addition, it should be noted that GPM have larger pore sizes than CM. This may be due to the drying protocol which is likely to induce desiccation and microcracks in the CASH gel. However, in the presence of these microcracks, the study revealed that the chemical reaction of the GPM controls the chloride ion transport mechanisms more than its porosity

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Soupart-Caron, Adèle. "Stockage de chaleur dans les matériaux à changement de phase." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI078/document.

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Abstract:

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM

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Rakotondrandisa, Aina. "Modélisation et simulation numérique de matériaux à changement de phase." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR051/document.

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Abstract:

Nous développons dans ce travail de thèse un outil de simulation numérique pour les matériaux à changement de phase (MCP), en tenant compte du phénomène de convection naturelle dans la phase liquide, pour des configurations en deux et trois dimensions. Les équations de Navier-Stokes incompressible avec le modèle de Boussinesq pour la prise en compte des forces de flottabilité liées aux effets thermiques, couplées avec une formulation de l’équation d’énergie suivant la méthode d’enthalpie, sont résolues par une méthode d’éléments finis adaptatifs. Une approche mono-domaine, consistant à résoudre les mêmes systèmes d’équations dans les phases solide et liquide, est utilisée. La vitesse est ramenée à zéro dans la phase solide, en introduisant un terme de pénalisation dans l’équation de quantité de mouvement, suivant le modèle de Carman-Kozeny, consistant à freiner la vitesse à travers un milieu poreux. Une discrétisation spatiale des équations utilisant des éléments finis de Taylor-Hood, éléments finis P2 pour la vitesse et éléments finis P1 pour la pression, est appliquée, avec un schéma d’intégration en temps implicite d’ordre deux (GEAR). Le système d’équations non-linéaires est résolu par un algorithme de Newton. Les méthodes numériques sont implémentées avec le logiciel libre FreeFem++ (www.freefem.org), disponible pour tout système d’exploitation. Les programmes sont distribués sous forme de logiciel libre, sous la forme d’une forme de toolbox simple d’utilisation, permettant à l’utilisateur de rajouter d’autres configurations numériques pour des problèmes avecchangement de phase. Nous présentons dans ce manuscrit des cas de validation du code de calcul, en simulant des cas tests bien connus, présentés par ordre de difficulté croissant : convection naturelle de l’air, fusion d’un MCP, le cycle complet fusion-solidification, chauffage par le bas d’un MCP, et enfin, la solidification de l’eau In this thesis we develop a numerical simulation tool for computing two and three-dimensional liquid-solid phase-change systems involving natural convection. It consists of solving the incompressible Navier-Stokes equations with Boussinesq approximation for thermal effects combined with an enthalpy-porosity method for the phase-change modeling, using a finite elements method with mesh adaptivity. A single-domain approach is applied by solving the same set of equations over the whole domain. A Carman-Kozeny-type penalty term is added to the momentum equation to bring to zero the velocity in the solid phase through an artificial mushy region. Model equations are discretized using Galerkin triangular finite elements. Piecewise quadratic (P2) finite-elements are used for the velocity and piecewise linear (P1) for the pressure. The coupled system of equations is integrated in time using a second-order Gear scheme. Non-linearities are treated implicitly and the resulting discrete equations are solved using a Newton algorithm. The numerical method is implemented with the finite elements software FreeFem++ (www.freefem.org), available for all existing operating systems. The programs are written and distributed as an easy-to-use open-source toolbox, allowing the user to code new numerical algorithms for similar problems with phase-change. We present several validations, by simulating classical benchmark cases of increasing difficulty: natural convection of air, melting of a phase-change material, a melting-solidification cycle, a basal melting of a phase-change material, and finally, a water freezing case

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Chahine, Rebecca. "Ingénierie aux échelles nanométriques de matériaux chalcogénures à changement de phase pour les mémoires à changement de phase du futur." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY058.

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Abstract:

En terme de performance, de coût et de vitesse de fonctionnement, les mémoires à changement de phase occupent une place importante dans les technologies de stockage de données. Elles utilisent les propriétés de certains matériaux à changement de phase (PCM), principalement des alliages de matériaux chalcogénures, qui présentent des caractéristiques uniques : commutation rapide et réversible entre un état amorphe et un état cristallin avec un contraste optique et électrique important entre les deux états. Cependant, pour de meilleures performances, la consommation d’énergie due aux courants de programmation élevés doit être réduite et la température de cristallisation augmentée. Dans ce contexte, nous avons élaboré de nouveaux systèmes de multicouches de [GeTe/C]n et [Ge2Sb2Te5/C]n. Le but est d’obtenir de manière contrôlée et reproductible une couche mince de PCM nanostructuré avec une ou des dimensions caractéristiques inférieures à 10 nm. Les multicouches ont été élaborées par la technique de dépôt par pulvérisation cathodique magnétron dans un bâti de dépôt industriel 200 mm équipé d’une chambre multi-cathodes. Les multicouches sont amorphes après dépôt. Des analyses par faisceaux d’ions ont permis de contrôler la périodicité et la composition des multicouches ainsi élaborées. Des mesures de résistivité et de réflectivité en température montrent que la température de cristallisation du PCM dans la structure multicouche augmente et dépend de l’épaisseur du PCM et des films de carbone. Aussi, la cinétique et l’amplitude de la transition amorphe-cristal du PCM dans la multicouche est aussi largement affectée. L’impact de la structure multicouche sur la cristallisation du GeTe et du Ge2Sb2Te5 est alors comparée et discutée au regard de la nature de leur mécanisme de cristallisation. Nous montrons que la structure multicouche initialement amorphe est conservée même après cristallisation du PCM lors d’un recuit identique à celui utilisé pour la fabrication des dispositifs mémoires (300 °C pendant 15 min). Ainsi, il est possible d’obtenir des grains nanocristallins de PCM dans du C amorphe de l’ordre de 4 nm verticalement et de 20-30 nm dans le plan des couches. Ces résultats sont comparés à la microstructure de films de GeTe et Ge2Sb2Te5 dopés avec du C. Enfin, l’analyse de l’évolution de la structure de ces multicouches par des mesures de diffraction de rayons X en laboratoire et par des mesures in situ au cours d’un recuit au synchrotron SOLEIL a été réalisée. Ceci a permis par exemple de mettre en évidence au-delà d’une certaine température la percolation locale des grains de GeTe entre les couches de C In terms of performance, cost and functional speed, phase-change memories are playing a key role in data storage technologies. Leveraging the properties of some chalcogenide materials, phase-change materials (PCMs) present unique features, mainly: fast and reversible switching between amorphous and crystalline states with significant optical and electrical contrasts between the both states. However, for an improved performance, the elevated power consumption due to the high programming current must be reduced, and the crystallization temperature also has to be increased. In this context, we have developed new multilayer systems of [GeTe/C]n and [Ge2Sb2Te5/C]n. The aim is to obtain, in a controlled and reproducible manner, a thin layer of nanostructured PCM with dimensions less than 10 nm. The multilayers were produced by the magnetron sputtering deposition technique in a 200 mm industrial equipment with a multi-cathode chamber. The multilayers are amorphous after deposition. Ion beam techniques permitted to check periodicity and composition of the multilayers. The sheet resistance and reflectivity as a function of temperature were measured in situ. The crystallization temperature of PCM in the multilayer structure increases and is dependent on the thickness of the PCM layer and that of the carbon films. The kinetics and magnitude of the amorphous-crystal transition of PCM in the multilayers are also significantly affected. The impact of the multilayer structure on the crystallization of GeTe versus Ge2Sb2Te5 is then compared and discussed with respect to their crystallization mechanism. We show that the initially amorphous multilayer structure is retained even after PCM crystallization during an annealing that is identical to the one used for the manufacture of memory devices (300 °C for 15 min). Thus, it is possible to obtain nanocrystalline grains of PCM in amorphous C on the order of 4 nm vertically and 20-30 nm in the layer plane. These results are compared with the microstructure of C-doped GeTe and Ge2Sb2Te5 films. Finally, by using X-ray diffraction measurements in the laboratory and by in situ experiments at the SOLEIL synchrotron, we were able to follow the evolution of the structure of these multilayers during annealing. For example, we reported that a local percolation effect of the GeTe grains between the layers of C occurs above a certain temperature

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Hyot, Bérangère. "Etude physique et théorique des matériaux à changement de phase pour disques optiques." Grenoble INPG, 2001. http://www.theses.fr/2001INPG0087.

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Le thème de cette thèse s'inscrit dans l'étude et le développement de la technologie de l'enregistrement optique réversible par changement de phase (technologie des DVD-RAM). La compréhension des phénomènes physiques intervenant dans les processus d'écriture et d'effacement des dommées est aujourd'hui indispensable pour permettre le développement des DVD de demain. La très forte interactions entre les aspects optique, thermique, thermodynamique et cinétique des transitions de phase impliqués dans des systèmes e couches minces nous a conduit à mettre en place des modèles pour chacun de ces aspects puis à coupler ces différents phénomènes dans une simulation globale; celle-ci permettant d'analyser avec précision les mécanismes et les paramètres influençant les processus d'amorphisation et de cristallisation qui régissent respectivement les opérations d'écriture et d'effacement. Cette simulation a été construite à partir d'un support expérimental varié : dépôt de couches minces, caractérisation optique d ces couches, caractérisation structurale : microscopie électronique à transmission, diffraction des rayons X, EXAFS.

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Hariri, Ahmad. "Etude de commutateurs hyperfréquences bistables à base des matériaux à changement de phase (PCM)." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0013/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conception, simulation et réalisation des nouvelles structures des commutateurs hyperfréquences basées sur l’intégration des couches minces des matériaux innovants fonctionnels tels que les matériaux à changement de phase (PCM) et les matériaux à transition de phase (PTM). Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité présenter par ces matériaux. Nous avons exploité le changement de résistivité réversible du GeTe de la famille des matériaux à changement de phase (PCM) entre les deux états : amorphe à forte résistivité et cristallin à faible résistivité, pour réaliser une nouvelle structure d’un simple commutateur SPST. Ensuite, nous avons intégré ce commutateur dans une nouvelle structure de la matrice de commutation DPDT (Double Port Double Throw) à base de PCM pour l’application dans la charge utile du satellite. Nous avons utilisé la transition isolant-métal présenté par le dioxyde de vanadium (VO2) de la famille des matériaux à transition de phase, pour réaliser une nouvelle structure de commutateur simple à deux terminaux sur une très large bande de fréquence (100 MHz–220 GHz) The work presented in this manuscript focuses on the design, simulation and realization of new microwave switches structures based on the integration of thin layers of innovative functional materials such as phase change materials (PCM) and phase transition materials. (PTM). The operating principle of these components is based on the change of resistivity present by these materials. We exploited the reversible resistivity change of GeTe of phase change materials family between the two states: amorphous with high resistivity and crystalline with low resistivity to realize a new structure of SPST switch. Then, we have integrated this switch structure on a new structure of DPDT (Double Port Double Throw) switch matrix based on phase change materials for application in satellite payload. We have used the insulatingmetal transition presented by the vanadium dioxide (VO2) of phase transition materials family to realize a new two terminals simple switch structure on a very wide frequency band (100 MHz–220 GHz)

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Figus, Christophe. "Changement de phase en milieu poreux : application à l'étude d'un évaporateur capillaire." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT101H.

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La description des phenomenes qui se produisent lors du transfert de chaleur et de masse par vaporisation en milieu poreux, peut se faire de differentes manieres selon l'echelle caracteristique choisie pour effectuer cette description. La methode la plus rigoureuse est celle qui decrit les phenomenes en chaque point du domaine traite et dans chaque phase en utilisant les equations classiques de la mecanique des fluides. Toutefois, cette description microscopique est generalement inutilisable vue la complexite geometrique du domaine porometrique. Pour palier cette difficulte, on utilise la notion de continuum fictif afin de decrire les phenomenes a une echelle macroscopique (volume elementaire representatif englobant un certain nombre de pores). Apres l'analyse sommaire de quelques aspects fondamentaux du changement de phase par autovaporisation (chute de pression a t constant) ou par surchauffe (elevation de temperature a p constant), l'etude d'un evaporateur capillaire est abordee. Dans un premier temps, cette etude basee sur un modele numerique developpe a partir des equations bilans de transfert de chaleur et de masse au niveau du volume elementaire representatif permet de decrire l'extension d'une poche de vapeur sous l'ailette de l'evaporateur capillaire, et d'acceder ainsi aux grandeurs dimensionnantes de ce dernier. Dans un second temps, developpe a partir d'un modele a geometrie simplifiee appele reseau numerique representant chaque pore d'une structure de l'evaporateur et decrivant les transferts de chaleur et de masse a cette echelle ; nous confortons les resultats precedemment acquis, et accedons en outre aux mecanismes lies aux heterogeneites de la microstructure

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Lassabatère, Thierry. "Couplages hydro-mécaniques en milieu poreux non saturé, avec changement de phase : Application au retrait de dessication." Marne-la-vallée, ENPC, 1994. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00523300.

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Abstract:

Ce travail cherche à élaborer un cadre théorique unifié et cohérent, fondé sur les principes rigoureux de la thermodynamique et permettant de modéliser une classe étendue de phénomènes physiques intervenant dans les milieux poreux non saturés, ainsi que leur interaction avec l'état mécanique des structures. Cette classe est celle des phénomènes réactifs, parmi lesquels le changement de phase (la dessiccation), modélisé dans l'ensemble de ses conséquences (fluage, mais surtout retrait) sera abordé comme exemple particulier d'application. Le premier chapitre rappelle les fondements de la description adoptée du milieu poreux, ainsi que le cadre thermodynamique global qui sous-tend l'ensemble de la modélisation. Le chapitre II s'attache à la formulation essentiellement nouvelle et à l'identification d'une loi de comportement élastique non linéaire du milieu. Différents éléments de réflexion liés aux comportements microscopiques des constituants et à l'expérience, orientent le modèle vers certaines hypothèses fortes qui permettent la détermination complète et explicite de loi de comportement macroscopique. Le chapitre III expose les différentes expériences à disposition pour l'identification de la loi de comportement et permet de les intégrer, en tant que caractéristiques comportementales, dans le modèle théorique. Chapitre IV et chapitre V sont des exemples d'application: le chapitre IV étudie le problème du retrait et du fluage de dessiccation en comportement couple élastique linéaire ; le chapitre V se limite au cas du retrait de dessiccation, par application numérique du modèle élastique non linéaire complet. Les résultats obtenus présentent une bonne adéquation avec l'expérience

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Maréchal, William. "Utilisation de méthodes inverses pour la caractérisation de matériaux à changement de phase (MCP)." Thesis, Pau, 2014. http://www.theses.fr/2014PAUU3014/document.

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Abstract:

Avec le développement des énergies intermittentes et la raréfaction des énergies fossiles, le sujet du stockage de l’énergie prend de plus en plus d’ampleur. Une des voies étudiée est le stockage thermique par utilisation de matériaux à changement de phase (MCP). Cette voie est en outre développée pour améliorer l’inertie thermique dans le secteur du bâtiment. Pour utiliser au mieux ces matériaux il est nécessaire de pouvoir prévoir leur comportement énergétique. Cela nécessite une connaissance précise des propriétés thermophysiques, et en premier lieu de la fonction enthalpie massique . Actuellement, il est souvent proposé d'approximer cette enthalpie par l'intégration directe des thermogrammes de la calorimétrie utilisant notamment la notion de capacité calorifique "équivalente". Cette approche est cependant fausse car le thermogramme n’est qu'une représentation en fonction du temps de phénomènes complexes faisant intervenir non seulement les propriétés énergétique du matériaux mais également les transferts thermiques au sein de la cellule du calorimètre. Il en résulte, par exemple, que la forme des thermogrammes, et donc l’enthalpie apparente, dépend de la vitesse de réchauffement et de la masse de l'échantillon ce qui n'est pas le cas de l'enthalpie des MCP qui ne dépend, à pression fixe, que de la température ou de la concentration (pour les solutions). On propose de comparer la sortie d’un modèle numérique direct avec des thermogrammes expérimentaux. L’objectif principal de cette thèse est alors d’utiliser ce modèle dans le cadre d’une méthode inverse permettant l’identification des paramètres de l’équation d’état permettant alors de calculer l’enthapie massique . Dans un premier temps, il est donc présenté le détail d'un modèle 2D dit enthalpique qui néglige la convection, validé par l'expérience, permettant de reconstituer les thermogrammes de corps purs ou de solutions binaires dont les enthalpies sont connues. Il en est déduit une étude de l'influence des différents paramètres ( , , , ...) sur la forme des thermogrammes pour en déduire leurs sensibilités. Une réduction de ce modèle est ensuite effectuée pour réduire le temps de calcul du modèle direct en vue de l’utilisation dans une méthode inverse. Cette dernière est décrite ainsi que les algorithmes d’optimisation correspondants (de Levenberg-Marquardt, génétique ou du simplexe qui s'est avéré le plus rapide) dans un second temps. Nous appliquerons ensuite cet algorithme pour identifier, à partir d'expériences, la fonction enthalpie de corps purs ou de solutions binaires. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible d’identifier une fonction independante de la vitesse de réchauffement et de la masse, ce qui valide la méthode. Une analyse des différentes sources d’erreurs dans le processus d’identification et leurs influences sur le résultat permet d’évaluer la qualité de la fonction enthalpie que l’on identifie. Enfin, cette même approche a été utilisée pour analyser une expérience réalisée sur un échantillon d’un matériau composite utilisé dans le bâtiment (ciment avec inclusion de MCP micro-encapsulé). Dans ce cas encore, nos méthodes permettent une caractérisation énergétique pertinente With the development of intermittent sources of energy and the depletion of fossil fuels, the subject of energy storage is becoming an important topic. One of the studied options is tthe latent hermal storage using of phase change materials (PCM). One application for this type of energy storage is to improve the thermal insulation in buildings. To make the best use of these materials it is necessary to be able to predict their energy behavior. This requires a precise knowledge of their thermophysical properties, first of all of the specific enthalpy function of the material . Currently, it is often suggested to approximate the enthalpy by the direct integration of the thermograms obtained through calorimetry experiments (notion of "equivalent" calorific capacity). This approach is false because thermograms are only a time related representation of complex phenomena where thermal transfers arise in the cell of the calorimeter acting with the thermophysical properties. As a result, for example, the shape of thermograms depends on the heating rate and on the mass of the sample, which is not the case for the enthalpy of the PCM, which depends, at constant pressure, only on the temperature or on the concentration (for the solutions). We propose to compare the results given by a of a numerical direct model with experimental thermograms. The main objective in this thesis is then to use this direct model in an inverse method in order to identify the parameters of the equation of state, which enables us to calculate the specific enthalpy . First of all, the detail of an enthalpy model is presented, and then validated by comparison with experiments, allowing us to reconstruct the thermograms of pure substances or of salt solutions, of which the enthalpies are known. A study of the influence of the various parameters ( , , , .,..) on the shape of thermograms is also undertaken in order to deduce their sensibilities. A reduced model is then developed in order to reduce the calculating time of the direct model. This optimized model allows the use of inverse methods with acceptable durations. Several inverses algorithms are then presented: Levenberg-Marquardt, evolutionary and Simplex which has proved to be the fastest). We shall then apply this algorithm to identify, from calorimetric experiments, the enthalpy function of pure substances or of salt solutions. The results that we obtain show that it is possible to identify a function independent of the heating rate and of the mass, which validates the method. An analysis of the various sources of errors in the identification process and of their influences on the result allows us to estimate the quality of the enthalpy function that we identify

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Trigui, Abdelwaheb. "Analyse du transfert de chaleur dans les matériaux composites à changement de phase (MCP)." Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST1040.

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A l'heure où chacun débat sur la protection de l'environnement et les diminutions de la consommation énergétique, de nouveaux matériaux apparaissent sur le marché. Les matériaux à changement de phase (MCP) présentent un avantage et une technologie qui serait avantageuse tant sur le plan écologique qu'économique. Ils peuvent apporter des avantages compétitifs (baisse de la consommation d'énergie, gain du confort dans la vie sociale, refroidissement de packaging électronique….etc). Les enjeux écologiques mondiaux donnent plus de légitimité et intérêt à l'utilisation des matériaux à changement de phase (MCP) dans plusieurs domaines (les biomatériaux, le bâtiment, les semi-conducteurs, composites…). Ce travail vise à mettre au point l'intégration de Matériaux à Changement de Phase (MCP) encapsulés/ou non encapsulés dans une matrice de polymère renforcée par des charges conductrices/ou non conductrices. La matrice peut être un thermoplastique ou un thermodurcissable. Le but est d'augmenter la conductivité effective et la vitesse de stockage/restitution de l'énergie sous forme de chaleur latente. La maîtrise du comportement thermique de ces matériaux passe par l'analyse fine de leurs propriétés thermophysiques. Il est donc indispensable de disposer d'outils expérimentaux adaptés pour caractériser ces matériaux. Nous avons donc fabriqué des échantillons « MCP » et conçu une plaque chaude gardée transitoire (PCGT), instrumentée de capteurs de température et de flux placés sur les deux faces de l'échantillon pour qu'ils soient sensibles aux variations des conditions aux limites thermiques contrôlées. La réponse thermique de ces échantillons à un cycle thermique de stockage-déstockage est présentée puis analysée. Les paramètres mesurés sont les conductivités thermiques et les chaleurs massiques dans les états solides et liquides, la température et la chaleur latente de changement de phase. Ces mesures fluxmétriques sont une source de données expérimentales très intéressante qui viennent compléter nos mesures calorimétriques de DSC Pas de résumé en anglais

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Le, Gall Nicolas. "Etude et optimisation de composants radiofréquences à base de matériaux à changement de phase." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2023. http://www.theses.fr/2023LIMO0096.

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Abstract:

Les composants radiofréquences sont des éléments clefs dans les systèmes de télécommunications modernes. Les commutateurs par exemple, permettent de laisser passer, ou non, le signal électrique. Il en existe différentes technologies, comme les transistors, les relais électromécaniques ou les MEMS RF. L'utilisation de matériaux à changement de phase permet le développement de composants miniaturisés à la fois performants et bistables. Ces matériaux n'ayant été que récemment intégrés dans le domaine des hautes fréquences, il convient d'étudier cette famille de composants et de modéliser au mieux leurs architectures. Ces études ont ensuite permis leur optimisation, et le développement de nouveaux composants, comme les condensateurs reconfigurables. Cette thèse traite de l'étude et de l'optimisation de composants à base de matériaux à changement de phase. Tout d'abord, les commutateurs RF à base de matériaux à changement de phase sont présentés et comparés aux autres technologies existantes. Ensuite, la technologie de fabrication et la géométrie des commutateurs sont optimisées, avant de présenter des condensateurs reconfigurables, développés à partir de la technologie des commutateurs RF. Enfin, des éléments de fiabilité sont présentés Radiofrequency devices are essential components in innovative telecommunication technologies. For example, RF switches allow electric signals to pass through different parts of a circuit. Different technologies of RF switches exist, like transistors, electromechanical relays or RF MEMS. The main benefit of the implementation of phase change materials is the development of miniaturized, bi-stable, low-loss components. These materials have recently been integrated in High Frequency circuits and have to be well studied and understood. This thesis also presents optimization and development of new devices, like reconfigurable capacitors. This thesis presents investigation and optimization of radiofrequency devices based on phase-change materials. First, RF switches based on phase-change materials are presented and compared to existing technologies. Then, fabrication process and switches geometry are optimized, before presenting reconfigurable capacitors. Those capacitors have been developed from RF switches. Eventually, first results on reliability are presented

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Mathis, Damien. "Développement de nouveaux matériaux de haute inertie thermique à base de bois et matériaux à changement de phase biosourcés." Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/33718.

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Abstract:

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. Les Matériaux à Changement de Phase (MCP), par stockage de chaleur latente, peuvent améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. En saison froide, ils peuvent emmagasiner de la chaleur durant le jour pour qu’elle soit relâchée durant la nuit, réduisant le besoin en chauffage. En saison chaude, ils peuvent permettre, moyennant une ventilation nocturne adaptée, de réduire la surchauffe des bâtiments. Afin d’optimiser le bénéfice énergétique, l’intégration de MCP doit être minutieusement réfléchie. Ce travail de thèse présente trois grands axes dédiés à l’étude de matériaux hybrides bois/MCP. Le premier axe traite de la mise en forme et de la caractérisation de panneaux décoratifs intérieurs de haute inertie thermique. Le second axe a pour objectif d’évaluer la performance de ces panneaux à l’aide de deux maisonnettes expérimentales instrumentées et placées sur le campus de l’Université LAVAL. Le troisième axe étudie l’imprégnation de la couche de surface d’une Lame de Plancher d’Ingénierie (LPI) avec des microcapsules de MCP. Dans le premier axe, des panneaux intérieurs décoratifs ont été mis en oeuvre. Ils sont constitués de MDF (Medium Density Fiberboard), HDF (High Density Fiberboard) et de différents MCP biosourcés. Les MCP ont été macroencapsulés dans des sachets de polyéthylène avant d’être placés dans les panneaux. Leur stockage de chaleur latente a été mesuré avec un débitmètre thermique selon la méthode Dynamic Heat Flux Meter Apparatus (DHFMA). Les panneaux stockent une chaleur latente maximale de 57.1 J/g, ce qui est comparable à des solutions existantes de panneaux embarquant des MCP. Leur comportement thermique a été comparé au comportement des MCP purs testés par DSC (Differential Scanning Calorimetry) et des différences significatives ont été observées. Le comportement hygromécanique des panneaux a été évalué et s’est révélé être une question d’importance en vue d’une d’industrialisation. Dans le deuxième axe, deux maisonnettes expérimentales en ossature légère de bois ont été conçues puis placées sur le campus de l’Université LAVAL. Une maisonnette a été équipée de panneaux en bois standards tandis que l’autre contenait les panneaux bois/MCP. Grâce à l’instrumentation embarquée, la performance insitu des panneaux formulés dans le premier axe a pu être étudiée. Les résultats montrent, en saison de chauffe, une réduction de la consommation en chauffage pour la maisonnette équipée de MCP. Cette réduction atteint un maximum de 41 % pour le mois de mai. Pour le confort d’été, les panneaux permettent généralement d’améliorer le confort thermique, en réduisant la surchauffe. Leur efficacité a cependant été révélée limitée par la solidification limitée du MCP pendant la nuit. Malgré une ventilation importante, lors des nuits les plus chaudes, le matériau n’était pas en mesure de se solidifier. Dans le troisième axe, des couches de surface de Lames de Planchers d’Ingénierie (LPI) ont été imprégnés avec des microcapsules de MCP biosourcés. De l’eau distillée a été utilisée comme solvant. Deux essences de bois ont été choisies : le chêne rouge et l’érable à sucre. Le gain de masse thermique s’est révélé significatif pour le chêne rouge mais négligeable pour l’érable à sucre. Pour le chêne rouge, un bénéfice de masse thermique de 77% a été mesuré. Les microcapsules ont été observées dans le bois par microscopie réflective. Elles se sont révélées être principalement présentes, formant des amas, dans les larges vaisseaux du bois initial pour le chêne rouge. Des microcapsules étaient également présentes dans les vaisseaux de l’érable à sucre, en plus petite quantité. Des tests d’adhésion ont été menés sur des lames de planchers vernis et ces tests n’ont révélé aucune influence significative de l’imprégnation sur la tenue d’un vernis. Phase Change Materials (PCMs) are able to store a high amount of latent heat, which can improve buildings energy efficiency. During the heating season, solar energy can be stored during the day to be released at night, reducing the heating needs. During summer, daily maximum peak temperature can be reduced. In order to maximize the energy benefits, PCMs have to be implemented carefully. This thesis presents three major axes of research about wood/PCMs hybrid materials. The first axis is about manufacturing and characterizing woodbased decorative panels of high thermal mass. The second axis aims to evaluate the performance of such panels with two instrumented wood-frame test huts placed on LAVAL University Campus. The third axis is about impregnating the lamella of Engineering Wood Flooring (EWF) with PCM microcapsules. For the first axis, interior wood-based decorative panels containing PCMs were manufactured. Medium Density Fiberboard (MDF), was used as the main component and High Density Fiberboard (HDF) was used for the inner side of the panel. Several bio-based PCMs were chosen to load the panels. A macroencapsulation of the PCMs was achieved using polyethylene bags. The latent heat storage of the panels was assessed with a thermal flow meter using a Dynamic Heat Flux Meter Apparatus (DHFMA) method. A maximum latent heat storage of 57.1 J/g has been measured, which is comparable to existing panels containing PCMs. Thermal behavior of pure PCMs has been assessed by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and then compared to the panels behavior. Significant differences have been revealed. Hygromechanical behavior of the panels has been evaluated, compared to a reference, and has been revealed of importance in case of industrialization. For the second axis, two experimental timber-frame test-huts have been implemented and were placed on the LAVAL University campus. One hut was equipped with standard wood panels whereas the other one was equipped with wood-based panels containing PCMs such as manufactured in the first axis. The in-situ performance of the panels was assessed over several seasons. In winter, the panels induced a reduction of the heating consumption. This reduction reached a maximum of 41% in May. During summer, the panels are generally able to reduce the daily peak temperature. However, their performance was found limited by the solidification of the PCM, which was hard to achieve during hottest nights. For the third axis, lamellas of Engineered Wood Flooring (EWF) have been impregnated with bio-based PCM microcapsules, using water as a solvent. Two wood species were chosen: red oak and sugar. A significant thermal mass enhancement of 77% was measured for the red oak. Impregnation of sugar maple was found harder to achieve and thus its thermal mass enhancement was lower. Reflective microscopy allowed to observe the microcapsules filling red oak initial wood big vessels, forming aggregates. Some microcapsules were also observed in the sugar maple vessels but in lower quantity. Red oak was varnished with a 100 % UV solid wood coating and submitted to pull-off adhesion tests. These tests did not reveal any significant effect of an impregnation on the varnish adherence.

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Dauvergne, Jean-Luc. "Réduction et inversion de modèles de conduction thermique avec changement de phase." Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13616.

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Abstract:

"Ce travail porte sur la réduction et l'inversion de problèmes de conduction avec changement de phase. Nous proposons dans un premier temps différentes méthodes permettant de réduire efficacement ces problèmes fortement non linéaires. Il s'agit, pour la plupart, de méthodes spectrales "a priori" reposant sur la troncature de la base singulière. On distingue dans ce travail trois cas de figure. Le premier implique des conductivités thermiques indentiques en phases solide et liquide. Le second lève cette restriction de conductivités thermiques constantes mais impose des conditions aux limites particulières (Dirichlet et/ou Neumann). Le troisième, enfin, voit la mise en place de deux approches distinctes visant à réduire des problèmes généraux, c'est-à-dire à conductivités thermiques variables et pour tout type de conditions limites. La première est une méthode spectrale "a posteriori" de type P. O. D. Et la seconde repose de nouveau sur la base singulière mais pondérée en considérant un modèle de sollicitations de type Markovien. Différents tests numériques ont, à chaque étape, permis de mettre en évidence la qualité des méthodes proposées. La seconde partie de ce travail est consacrée à l'estimation de fonctions enthalpie/température qui résument à elles seules l'essentiel du phénomène de changement de phase. La méthode proposée repose sur l'écriture d'un problème d'estimation de sources par inversion d'un modèle linéaire de conduction. Le problème inverse consiste en l'intégration temporelle d'un simple modèle d'état dont les sollicitudes sont l'observation, complète ou non, de l'évolution thermique du matériau testé. On montre également que l'on peut aisément remonter aux fonctions enthalpie/température recherchées par une simple intégration temporelle des sources estimées. Des exemples numériques et une validation expérimentale ont montré la puissance de la méthode, que ce soit en termes de rapidité, de précision ou de robustesse au bruit de mesure. "

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Arnault, Axel. "Simulation et optimisation de l'intégration de matériaux à changement de phase dans une zone thermique." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28549/28549.pdf.

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Sari-Bey, Sana. "Mise au point de nouveaux matériaux à changement de phase pour optimiser les transferts énergétiques." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1158.

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Abstract:

Les recherches dans le domaine des matériaux innovants possédant une meilleure efficacité énergétique présentent un enjeu environnemental majeur. L'un des moyens d'économiser l'énergie est le stockage. L'utilisation des matériaux à changement de phase est une solution permettant d'absorber, de stocker et de restituer de grandes quantités d'énergie. Ce travail porte sur l'étude expérimentale des propriétés thermophysiques et des changements de phase de matériaux composites à matrice polymère contenant un matériau à changement de phase microencapsulé et sur l'optimisation de ces propriétés. Des composites contenants différentes fractions massiques de microcapsules de paraffine ont d'abord été caractérisés. Afin d'améliorer le transfert thermique des microcapsules de paraffine métallisées avec de l'argent ont ensuite été utilisées. Une nouvelle série d'échantillons a été réalisée. Dans les composites la matrice polymère choisie est le polycaprolactone (PCL), ce polymère a une température de fusion particulièrement faible (53°C), qui permet de le mélanger aux microcapsules sans les détériorer. Les mélanges polymère/microcapsules ont été réalisés à l'aide d'un mélangeur interne, ils ont ensuite été pressés pour obtenir des plaques de composites. L'homogénéité des échantillons a été vérifiée en faisant des observations au microscope électronique à balayage et des mesures de densité. Le matériau à changement de phase utilisé est un mélange de paraffines qui a une température de changement de phase de 26°C, microencapsulé dans du PMMA hautement réticulé, et commercialisé par la société BASF® sous la dénomination commerciale de Micronal® DS 5001 X. Le PCL a une température de fusion inférieure à la température de ramollissement du PMMA. Un des objectifs de cette étude était d'obtenir un matériau qui reste solide même quand la paraffine fond. La microencapsulation a permis cela en évitant que la paraffine ne diffuse hors de l'échantillon lors de cycles successifs, elle permet également d'éviter les phénomènes de convection quand la paraffine est liquide. D'autre part, un autre objectif était de voir si la métallisation des particules permettait d'améliorer les propriétés thermiques en augmentant significativement la conductivité et la diffusivité thermique. La DSC a été utilisée pour connaître les températures et les enthalpies de changements de phase ainsi que les Cp des matériaux entre -20 et 40 °C. Une technique expérimentale développée au laboratoire (DICO) permet de mesurer simultanément la conductivité thermique (λ) et la diffusivité thermique (a) à température ambiante. Une évolution récente de ce dispositif permet maintenant de faire des mesures en rampe en température entre -15°C et 180°C. Les mesures de l'évolution de la conductivité et de la diffusivité thermique en fonction de la température ont donc été réalisées en chauffe et en refroidissement. Les changements de phase observés en DSC se retrouvent sur l'évolution de la conductivité et de la diffusivité thermiques tracées en fonction de la température. On voit également l'impact de l'état solide ou liquide de la paraffine contenue dans les microcapsules sur ces propriétés. Enfin l'évolution de la capacité calorifique volumique a pu être calculée à partir des résultats obtenus avec la DICO (Cp=λ/a) et comparée à l'évolution de la capacité calorifique massique mesurée en DSC. Globalement le transfert thermique a été amélioré pour les composites contenant des Micronal® argentés mais leur capacité de stockage est inférieure aux composites ne contenant que des Micronal® Research in the field of innovative materials with improved energy efficiency have a major environmental issue. One way to save energy is storage. The use of phase change materials (PCM) is a solution for absorbing, storing and releasing large amounts of energy. This study focuses on the experimental study of the thermophysical properties and phase changes of polymer matrix composite materials containing microencapsulated PCM and the optimization of their thermophysical properties. Composite containing different mass fractions of paraffin microcapsules were first characterized. To improve heat transfer, paraffin microcapsules metallized with silver were then used. A new set of samples was elaborated. In the composite the selected polymer matrix is polycaprolactone (PCL), this polymer has a particularly low melting point (53°C), which allows to mix the microcapsules without damaging them. The polymer/microcapsules mixtures were prepared using a blender, they were then pressed to obtain plates of composites. The homogeneity of the samples was verified by scanning electron microscopy observations and density measurements. The phase change material used is a mixture of paraffins having a phase change temperature of 26°C, in microencapsulated highly crosslinked PMMA, and marketed by BASF under the trade name of Micronal®DS 5001 X. PCL has a melting temperature lower than the softening temperature of PMMA. One objective of this study was to obtain a material that remains solid even when the paraffin melts. Microencapsulation has avoided that the paraffin in the sample diffuses out during successive cycles, it also avoids convection when paraffin is liquid. On the other hand, another goal was to see if metallization of the particles allowed to improve the thermal properties by significantly increasing the thermal conductivity and diffusivity. DSC was used to determine the temperatures and enthalpies of the phase changes and the materials Cp between -20 and 40 ° C. An experimental technique, developed in the laboratory (DICO), can simultaneously measure the thermal conductivity (λ) and thermal diffusivity (a) at room temperature. A recent development of this system now allows to make measurements in ramp between -15°C and 180°C. The measures of the change in thermal conductivity and diffusivity as a function of temperature have been carried out by heating and cooling. Phase changes observed in DSC are found on the evolution of thermal conductivity and thermal diffusivity plotted as a function temperature. It also shows the impact on these properties of solid or liquid state of the paraffin contained in the microcapsules. Finally the evolution of the volumetric heat capacity was calculated from the results obtained with DICO (Cp=λ/a) and compared with the evolution of the specific heat capacity measured by DSC. Globally, heat transfer was improved for composites containing silver but their storage capacity is lower than for the composites containing only Micronal®

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Adjali, Mohamed Hicham. "Etude d'une méthode de détermination de la conductivité thermique de matériaux au cours d'un changement de phase." Lyon, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAL0017.

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Abstract:

Les possibilités de la sonde à flux linéaire pour la détermination de la conductivité thermique ont été étudiées dans le cas de matériaux à changement de phase. Une modélisation numérique en coordonnées cylindriques lD a été effectuée afin de prédire le comportement thermique du système sonde-matériau. Elle tient compte de l'importante variation de l'enthalpie et de la forte dépendance des autres caractéristiques thermophysiques à la température au cours du changement de phase. Une formulation en enthalpie a permis de s'affranchir du calcul de la position de l'interface solide-liquide. Des simulations ont été effectuées dans le but de déterminer les possibilités et les limites de l'identification de la conductivité. Ceci repose sur l'évaluation et l'étude des coefficients de sensibilité de la variation de température aux différents paramètres. Des thermogrammes calculés et bruités ont permis de mettre au point une méthode d'identification. Il s'agit de la méthode de minimisation de Gauss linéarisée (moindres carrés non linéaires au sens de l'estimation de paramètres) et modifiée de manière à supprimer les instabilités et les divergences dues à la forte corrélation des coefficients de sensibilité à la conductivité. Une expérimentation a été réalisée et la méthode a été testée sur un gel modèle eau-agar au cours du changement de phase The capabilities of the thermal probe for determining the thermal conductivity have been studied in phase change materials. A numerical modeling in ID cylindrical coordinates has been performed in order to predict thermal behaviour of the probe-material system. Lt takes into account the important variation of specific heat. An enthalpy formulation suppres the need of calculating the solid-liquid interface position. Faisability and limits of the method have been obtained from simulations. Lt needs evaluation of sensitivity coefficients for all parameters. Calculated and noised thermograms have allowed to develop a modified Gauss minimisation method wich removes instability and divergence caused by linear dependence of sensivity coefficients. An experimental set up has been carried out and water-agar gel conductivity has been determined

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Ghezzi, Giada Eléonora. "Etude de matériaux pour mémoires à changement de phase : effets de dopage, de réduction de taille et d'interface." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952979.

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Abstract:

Les mémoires à changement de phase sont l'un des candidats les plus prometteurs pour la prochaine génération de mémoires non-volatiles. Un intense effort de recherche est requis pour optimiser les matériaux à changement de phase (PC) utilisés dans ces mémoires. En particulier, il a été démontré que le dopage améliore les propriétés de rétention des dispositifs. Par ailleurs, l'étude des effets de réduction de taille et des effets des matériaux d'interface sur les propriétés des matériaux à changement de phase est encore un sujet de recherche ouvert. Dans ce contexte, la première partie de la thèse est dédiée à l'investigation de la structure locale de GeTe amorphe dopé avec C ou N. L'effet du dopage sur la structure a été observé expérimentalement via l'apparition d'un nouveau pic dans la fonction de distribution de paires de GeTe dopé, ce qui montre la formation d'une nouvelle liaison interatomique absente dans le matériau non dopé. La présence de nouvelles configurations incluant le carbone et l'azote a été confirmée par des simulations ab initio. L'objet de la deuxième partie de la thèse est l'influence de la réduction de taille sur la cristallisation de Ge2Sb2Te5 (GST). Des agrégats nanométriques de GST ont été fabriqués par pulvérisation puis déposés et étudiés par diffraction des rayons X en utilisant le rayonnement synchrotron. Dans l'état cristallisé une très forte déformation positive des agrégats est observée et attribuée à la matrice d'Al2O3 qui entoure les agrégats. La température de cristallisation des agrégats est de 25°C plus élevée que celle d'un film de GST de 10 nm déposé dans les mêmes conditions. Ce résultat est encourageant pour les futurs développements des mémoires à changement de phase car il montre que l'effet de réduction de taille sur la température de cristallisation peut-être faible. La troisième et dernière partie de la thèse est dédiée à l'investigation des effets des matériaux d'interface sur la température de cristallisation de films minces de GeTe et GST par des mesures de réflectivité et de diffraction des rayons X. Pour les deux matériaux, la température de cristallisation de films de 100 nm est plus grande pour une interface avec du Ta que pour une interface avec du TiN ou du SiO2. Une différence aussi marquée n'était jamais montré auparavant. Les résultats suggèrent que l'interface SiO2/GeTe est énergétiquement favorable pour la nucléation et la croissance de grains avec une orientation préférentielle et que les mécanismes de nucléation et croissance sont différents pour différents matériaux d'interface.

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Rouault, Fabien. "Système intégré de rafraîchissement d’air pour le bâtiment à base de matériaux à changement de phase." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0009/document.

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Abstract:

Les systèmes de rafraîchissement d'air basés sur des échangeur-stockeurs composés de Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont une alternative possible aux systèmes de climatisation pour le confort d'été dans les bâtiments. Toutefois, les performances de tels systèmes de rafraîchissement sont étroitement liées aux conditions climatiques et aux configurations des bâtiments à rafraîchir. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un outil d'aide à la conception permettant un pré-dimensionnement optimal de systèmes de rafraîchissement d'air utilisant des MCP dès le stade de la conception préliminaire. Un modèle thermique dynamique simulant le comportement d'un échangeur-stockeur air/MCP est donc développé puis couplé à une plateforme logicielle de simulation thermique dynamique du bâtiment. Les modèles d'échangeur-stockeurs et de co-simulation sont validés à l'aide d'expériences menées sur deux prototypes d'échangeur-stockeur et la plateforme expérimentale de maison à énergie positive NAPEVOMO. Enfin un premier outil d'aide à la conception utilisant un algorithme d'optimisation est développé pour définir une configuration optimale de système maintenant le confort estival dans la maison NAPEVOMO Air-cooling systems using latent heat thermal energy storage (LHTES) are potential alternatives to air-conditioners for summer climate control in buildings. However, the performances of such systems are tightly linked to weather conditions and the configuration of the building to be cooled. The aim of this doctoral work is to develop a design support tool allowing optimally dimensioning an air-cooling system using phase change material at the preliminary design stage. A dynamic thermal model, simulating the behaviour an LHTES device exchanging with air, is developed and coupled with a building performance program. The LHTES and the co-simulation models are validated by comparison with experiments carried out on two prototypes of LHTES device and the experimental platform of zero energy building NAPEVOMO. Finally, a first design support tool using genetic algorithm is developed to define the optimal configuration of an air-cooling system for the summer comfort in « NAPEVOMO » house

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Navarro, Gabriele. "Analyse de la fiabilité de mémoires à changement de phase embarquées basées sur des matériaux innovants." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061792.

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Abstract:

Les Mémoires ont de plus en plus importance à l'époque actuelle, et sont fondamentales pour la définition de tous les systèmes électroniques avec lesquels nous entrons en contact dans notre vie quotidienne. Les mémoires non-volatiles (NVM), représentées par la technologie Flash, ont pu suivre jusqu'à présent l'effort à la miniaturisation pour satisfaire la demande croissante de densité de mémoire exigée par le marché. Cependant, la réduction de la taille du dispositif de mémoire est de plus en plus difficile et la complexité technologique demandé a augmenté le coût par octet. Dans ce contexte, les technologies de mémoire innovantes deviennent non seulement une alternative, mais la seule solution possible pour fournir une densité plus élevée à moindre coût, une meilleure fonctionnalité et une faible consommation d'énergie. Les Mémoires à Changement de Phase (PCM) sont considérées comme la solution de pointe pour la future génération de mémoires non-volatiles, grâce à leur non-volatilité , scalabilité, "bit-alterability", grande vitesse de lecture et d'écriture, et cyclabilité élevée. Néanmoins, certains problèmes de fiabilité restent à surmonter afin de rendre cette technologie un remplacement valable de la technologie Flash dans toutes les applications. Plus en détail, la conservation des données à haute température, est l'une des principales exigences des applications embarquées industrielles et automobiles. Cette thèse se concentre sur l'étude des mémoires à changement de phase pour des applications embarquées, dans le but d'optimiser le dispositif de mémoire et enfin de proposer des solutions pour surmonter les principaux obstacles de cette technologie, en abordant notamment les applications automobiles. Nous avons conçu, fabriqué et testé des dispositifs PCM basés sur des structures reconnues et innovantes, en analysant leurs avantages et inconvénients, et en évaluant l'impact de la réduction de la taille. Notre analyse de fiabilité a conduit au développement d'un système de caractérisation dédié à caractériser nos cellules PCM avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde, et à la mise en oeuvre d'un outil de simulation basé sur un solveur thermoélectrique et sur l'approche numérique "Level Set", pour comprendre les différentes mécanismes qui ont lieu dans nos cellules pendant les opérations de programmation. Afin de répondre aux spécifications du marché des mémoires non-volatiles embarquées, nous avons conçu le matériau à changement de phase intégré dans le dispositif PCM avec deux principales approches: la variation de la stoechiométrie et l'ajout de dopants. Nous avons démontré et expliqué comment la rétention des données dans les dispositifs PCM à base de GeTe peut être améliorée avec l'augmentation de la concentration de Te, et comment les inclusions de SiO2 peuvent réduire les défauts causés par la tension de lecture à températures de fonctionnement élevées. En outre, nous avons présenté les avantages sur la réduction de la puissance de programmation du dopage de carbone dans les dispositifs à base de GST. Enfin, nous avons étudié les effets de l'enrichissement en Ge dans le GST, combiné avec le dopage N et C, intégré dans des cellules PCM à l'état de l'art. Grâce à l'introduction d'une nouvelle technique de programmation, nous avons démontré la possibilité d'augmenter la vitesse de programmation de ces dispositifs, caractérisés par des performances de rétention des données parmi les meilleurs rapportés dans la littérature, et de réduire le phénomène de la dérive de la résistance qui affecte la stabilité de l'état programmé des cellules PCM. Nous avons donc prouvé, avec ces derniers résultats, la validité de la technologie PCM pour les applications embarquées.

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Rigal, Sacha. "Stockage par matériaux à changement de phase de l’énergie thermique rejetée par l’industrie à basse température." Thesis, Pau, 2017. http://www.theses.fr/2017PAUU3003/document.

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Abstract:

Une grande quantité d’énergie est rejetée par l’industrie à bas niveau de température, en dessous de 200 °C. Afin d’améliorer le rendement énergétique global des procédés utilisés, il est envisageable de valoriser cette chaleur perdue appelée chaleur fatale. Cependant cette valorisation est souvent rendue difficile par la présence d’un décalage temporel entre le moment où l’énergie est rejetée et le moment auquel cette énergie pourrait être de nouveau utilisée. Associant de fortes capacités de stockage ainsi qu’une possible restitution d’énergie à température constante, la solution du stockage de l’énergie thermique par des Matériaux à Changement de Phase, appelés MCP, apparaît comme particulièrement attractive. Cependant, la mise en œuvre de ces systèmes de stockage se heurte à des verrous scientifiques et technologiques tant au niveau du matériau de stockage que du système mais également de son contrôle commande et de son insertion dans les procédés industriels.L’objectif de la thèse est de mettre au point un système de stockage par MCP solide-liquide dans deux gammes de température : 70-85 °C et 120-155 °C. La première correspond aux températures des réseaux de chaleurs ou des chauffages domestiques alors que la deuxième s’applique au préchauffage des procédés industriels déjà existants. La thèse vise à démontrer la faisabilité technique du système de stockage. Le travail s’articule autour de différentes tâches allant de la sélection et la caractérisation des MCP jusqu’à leur mise en œuvre dans un organe de stockage et la simulation numérique de la solution de stockage.Les MCP recensés dans la bibliographie à ces niveaux de températures ont été caractérisés finement par calorimétrie (DSC) afin de déterminer leurs propriétés thermo-physiques sur des échantillons de grade laboratoire. L’acide stéarique pour la gamme 70-85 °C et l’acide sébacique pour la gamme 120-155 °C ont été sélectionnés. Des analyses calorimétriques plus poussées sur le grade industriel de ces matériaux ont été réalisées avec notamment des analyses de vieillissement et de compatibilité avec leur encapsulation respective au sein d’un banc expérimental. Le prototype expérimental de stockage thermique a été dimensionné et conçu pour répondre aux sollicitations simulant les rejets et les demandes d’un procédé industriel. Ce banc d’essais est composé principalement de deux organes de stockage que sont une cuve cylindrique et un échangeur multitubulaire et d’un thermorégulateur servant à simuler le fonctionnement du procédé industriel. Dans l’échangeur multitubulaire, le MCP occupe toute le volume de la calandre tandis que le fluide caloporteur circule dans les tubes. La cuve, quant à elle, contient des capsules sphériques en polyoléfines dans lesquelles le MCP est confiné. Elle est traversée par le fluide caloporteur procédant aux échanges thermiques. Ces capsules sphériques appelées nodules ne peuvent supporter plus de 100 °C et sont exclusivement réservées pour la gamme basse température. Ainsi, l’acide stéarique a été confiné dans les nodules afin de remplir la cuve de stockage. L’acide sébacique a lui été intégré dans la calandre de l’échangeur multitubulaire. Les campagnes expérimentales réalisées ont montré la faisabilité de ces types de stockage. Enfin, un modèle numérique simulant les performances du module de stockage utilisant les MCP encapsulés a été réalisé. Il constitue la première étape d’un outil de simulation complet intégrant les briques technologiques du stockage latent A large amount of energy is rejected by the industry at low temperature level, below a temperature of 200 °C. In order to improve the overall energy efficiency of industrial processes, it is possible to re-use this waste heat. However, this energy recovery is often made difficult because of the time difference between the process step at which the energy is lost and the process step at which this energy could be reused. Combining high energy storage capabilities and a possible energy recovery at constant temperature, thermal storage solution by phase change materials (PCM) is particularly attractive. However, this storage systems implementation faces scientific and technologic obstacles concerning both the storage material and system but also its command system and its integration into industrial processes.This thesis aims to develop a thermal energy storage system using a solid-liquid PCM technology in two temperature ranges: 70-85 °C and 120-155 °C. The first one corresponds to temperatures of heating networks or domestic heating systems, while the second one could directly preheat existing industrial processes. The thesis aims to demonstrate the technical feasibility of the storage system. The purpose is divided into different tasks such as PCMs selection and characterization, PCM implementation in a storage system but also numerical simulation of the storage solution.PCM documented in the literature at those temperature ranges were characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC) in order to determine thermo physical properties on laboratory grade samples. Stearic acid for the 70-85 °C temperature range and sebacic acid for the 120-155 °C temperature range were selected. Deeper differential scanning calorimetry analyses were carried out on those industrial grade materials including material ageing process analyses and their compliance with their respective encapsulation within an experimental test bench.Thermal storage experimental prototype was designed in order to meet the demands simulating the rejects and needs of industrial processes. The test bench is mainly composed of two storage systems : a cylindrical tank, a multitubular exchanger and a thermoregulator used to simulate industrial process functioning. The PCM, while in the multitubular exchanger, fills up the whole volume of the shell whereas the heat transfer fluid flows in tubes. The tank, for its part, contains polyolefin spherical capsules in which the PCM is contained. The tank is crossed by the heat transfer fluid conducting heat exchanges. Those spherical capsules called nodules cannot be exposed to temperatures exceeding 100 °C and are exclusively reserved for the low temperatures range. Thus, stearic acid was confined in nodules so as to fill the storage tank. The sebacic acid was incorporated in the multitubular exchanger shell. Experimental campaigns carried out have demonstrated the feasibility of those storage types

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Leon, Valdes Jehison Rafael. "Antennes agiles reconfigurables optiquement dans le domaine millimétrique avec l’intégration de matériaux à changement de phase." Thesis, Limoges, 2020. http://www.theses.fr/2020LIMO0066.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation de systèmes antennaires reconfigurables optiquement dans le domaine des ondes millimétriques avec l’intégration de matériaux à changement de phase (PCM). Le principe d’agilité repose sur les changements de résistivité des PCM qui ont la propriété de passer d’un état isolant (amorphe) à un état conducteur (cristallin) de manière réversible, répétitive et non-volatile (bistable) par l’application de stimuli externes de nature thermique, électrique ou optique. L’activation optique des PCM, en plus d’assurer des vitesses de commutation élevées, permet de s’affranchir des lignes de polarisation (commandes électriques) qui augmentent la complexité des dispositifs et introduisent des rayonnements parasites qui deviennent contraignants au sein d’une antenne. Nous avons conçu et étudié plusieurs antennes reconfigurables en fréquence et en polarisation opérant autour de 30 GHz intégrant le GeTe comme élément agile. Ainsi, nous proposons des solutions alternatives aux technologies de commutation classiques pour des fonctions de reconfigurabilité This thesis address the design and realization of optically reconfigurable antenna systems in the millimeter wave domain integrating phase change materials (PCM). The principle of agility is based on the changes in resistivity of PCM, which have the property of changing from an insulating (amorphous) to a conductive (crystalline) state in a reversible, repetitive and non-volatile (bistable) manner by the application of a thermal, electrical or optical external stimuli. We have designed and studied several frequency and polarization reconfigurable antennas operating around 30 GHz integrating GeTe as an agile element. Thus, we propose alternative solutions to conventional switching technologies for reconfigurability functions

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Pech, Thibault. "Etude expérimentale et modélisation d'emballages de produits de santé utilisant des matériaux à changement de phase." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI039/document.

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Abstract:

Les emballages thermiques, fabriqués à partir de matériaux isolants et associés à des matériaux à changement de phase, constituent une solution à la problématique de la conservation de produits thermosensibles tout au long de la chaîne de distribution. Cependant, l'optimisation des configurations représente un défi, compte tenu du nombre de paramètres en jeu, et la voie expérimentale demeure coûteuse en temps et en ressources. C'est pourquoi un modèle numérique simplifié a été développé dans le cadre de cette thèse. La thèse comporte un volet expérimental sur la détermination de la perméabilité des emballages ainsi que l'observation de la répartition des températures au sein d'un modèle d'emballage, et un volet numérique. Le volet expérimental a permis de déterminer les coefficients de perméabilité de deux types d'emballages pour différentes configurations, montrant des différences notables selon le modèle de caisse considéré. Les fuites d'air sont principalement dues à l'ouverture de la porte, d'où l'importance du type de joint utilisé et du système de fermeture. Le corps de la caisse, de par sa méthode de manufacture, présente lui aussi des fuites, rendant impossible l'éventualité d'une caisse totalement imperméable. L'observation des températures au sein d'un emballage met en évidence une certaine stratification des températures intérieures, pouvant être diminuée par la présence d'un volume d'air suffisamment important pour permettre des mouvements de convection. Un test avec simulation d'ensoleillement a permis d'observer l'impact important du flux solaire sur le comportement thermique de la caisse, tout en mettant en évidence l'efficacité des matériaux à changement de phase pour l'absorption des variations de température. Le modèle développé est basé sur une méthode nodale. Le programme a été construit de manière à pouvoir simuler un grand nombre de configuration en faisant varier l'agencement des éléments et leur nature. La simulation d'un certain nombre de ces configurations a permis de déterminer la sensibilité du système à divers paramètres. Ainsi il a été montré que la nature du chargement (caractérisée par les valeurs de conductivité, densité et capacité thermique) constitue un paramètre influent sur le système, et donc la connaissance des produits transportés s'avère indispensable à la définition d'une configuration optimale. De la même manière, la nature des matériaux à changement de phase, et en particulier la température de fusion, a une importance notable sur le comportement du système. En revanche, la température d'introduction des MCP a peu d'influence, du moment que le matériau est introduit dans la bonne phase correspondant à son application. La perméabilité de l'emballage quant à elle montre peu d'incidence sur les résultats à long terme, mais des effets de sursaut de température ponctuels dus à des variations brusques de pression extérieure peuvent être observés localement Thermal packaging made from insulating materials and associated with phase change materials are a solution to the problem of preservation of temperature sensitive products throughout the distribution chain. However, optimizing configurations is challenging, given the number of parameters involved, and experimentally remains costly in time and resources. This is why a simplified numerical model was developed as part of this thesis. The thesis includes an experimental part on determining the permeability of packaging as well as observation of the temperature distribution within a packaging model, and a digital component. The experimental component made it possible to determine permeability coefficients of two types of packaging for different configurations, showing significant differences in the packaging considered. Air leaks are primarily due to the opening of the door, hence the importance of the type of seal used and the closure system. The body of the box, due to its manufacturing method, presents leaks, making impossible the possibility of a completely impermeable case. The observation of the temperatures within a package highlights some stratification of internal temperatures, which can be reduced by the presence of a sufficiently large volume of air to allow convection movements. A test with sunlight simulation allowed to observe the impact of the solar flux on the thermal behavior of the fund, while highlighting the effectiveness of phase change materials to absorb temperature changes. The developed model is based on a nodal method, associating with each node a wall thickness, which are solved for the associated heat balance equations. Treatment of the phase change is by a method called "equivalent heat capacity". The program was constructed to be able to simulate a large number of configuration by varying the arrangement of the elements and their nature. Simulating a number of these configurations enabled to determine the sensitivity of the system to various parameters. Thus it has been shown that the nature of the load (characterized by the values of conductivity, density and thermal capacity) is a parameter influencing the system, and therefore knowledge of the transported products is essential to the definition of an optimal configuration . Similarly, the nature of phase change materials, and in particular the melting temperature, has a significant importance on the system behavior. In contrast, the PCM introduction temperature has little influence as long as the material is fed in the proper phase corresponding to its application. The permeability of the packaging shows little impact on long-term results, but occasional startle temperature effects due to the rapid changes in external pressure can be observed locally

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Mennai, Amine. "Conception et réalisation de commutateurs RF à base de matériaux à transition de phase (PTM) et à changement de phase (PCM)." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0035/document.

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Abstract:

Ces travaux de recherche portent sur la conception et la réalisation de commutateurs RF basées sur l’intégration de matériaux innovants fonctionnels tels que le dioxyde de vanadium (VO2) et les alliages de chalcogénures de types Ge2Sb2Te5 (GST) et GeTe. Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité que présentent ces matériaux. Le VO2 possède une transition Isolant-Métal (MIT) autour de 68°C à travers laquelle le matériau passe d’un état isolant (forte résistivité) à un état métallique (faible résistivité). La transition MIT présente l’intérêt de pouvoir être initiée sous l’effet de plusieurs types de stimuli externes (thermique, électrique et optique) avec de faibles temps de commutation. Les alliages de types GST et GeTe ont la particularité de commuter réversiblement entre un état amorphe à forte résistivité à un état cristallin à faible résistivité suite à un traitement thermique spécifique. Les commutateurs à base de GST ou de GeTe présentent l'avantage de pouvoir opérer en mode bistable car le changement de résistivité présenté par ces matériaux est de type non volatile. Les composants réalisés ont de bonnes performances électriques (isolation et pertes d’insertion) sur une large bande. Nos travaux de recherche visent à proposer une solution alternative aux solutions classiques (semi-conducteurs et MEMS-RF) pour réaliser des commutateurs RF qui peuvent être par la suite utilisés dans la conception des dispositifs reconfigurables (filtres, Antennes) This research work focuses on the design and realization of RF switches based on the integration of new materials such as vanadium dioxide (VO2), Ge2Sb2Te5 (GST) and GeTe chalcogenides alloys. The operating principle of these devices is based on the resistivity change presented by these materials. VO2 exhibits a Metal-Insulator transition (MIT) around 68°C for which the material changes from an insulating state (high resistivity) to a metallic one (low resistivity). The MIT transition can be triggered in different ways (thermally, electrically and optically) with low switching time. GST and GeTe alloys have the particularity to be reversibly switched between a high resistive-amorphous state to low resistive-crystalline state, under a specific heat treatment. Thanks to the non-volatile resistivity change presented by these materials, GST/GeTe-based switches are able to operate in bistable mode. The fabricated devices exhibit good electrical performances (insertion loss and isolation) over a broadband. The aim of our work is to propose an alternative solution to conventional technologies (semiconductors and RF-MEMS), to design RF switches that can be used afterward in the design of reconfigurable devices (filters, antennas)

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Kodjo, Jérôme. "Modélisation multi échelle du comportement thermomécanique des bétons incluant des matériaux à changement de phase micro encapsulés." Thesis, Paris Est, 2019. http://www.theses.fr/2019PESC2010/document.

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Abstract:

Les matériaux à changement de phase (MCP) constituent une alternative prometteuse pour l'amélioration de l'inertie thermique des matériaux de construction. Grâce à leur chaleur latente, ces matériaux permettent de stocker des quantités importantes d'énergie thermique, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie liée au chauffage et à la climatisation. Cependant, leur incorporation dans les matériaux cimentaires entraine une baisse de la résistance mécanique du nouveau matériau composite ainsi obtenu. Durant ces dernières décennies, les composites MCP/bétons ont suscité un grand intérêt conduisant à un grand nombre de travaux expérimentaux. Cependant, les modèles théoriques et numériques pour prédire les comportements de ces matériaux complexes sont aujourd'hui très peu développés en raison de la complexité du comportement thermique avec changement de phase, de la séparation d'échelle et de la difficulté que représente la prédiction de l'endommagement par fissuration à l'échelle des hétérogénéités microscopiques. L'objectif de cette thèse est précisément de développer des outils de modélisation numériques pour prédire le comportement thermomécanique effectif du matériau en vue de calculs de structures. Pour cela, des modèles numériques sont développés pour simuler le transfert de chaleur, le comportement mécanique, la fissuration ainsi que la fuite du MCP liquide à travers les fissures, à l'échelle d'un Volume Elémentaire Représentatif du matériau. Après avoir étudié les effets des changements de phase dans le MCP sur le comportement mécanique effectif, une approche multi-échelle (méthode EF²$) est proposée afin de réaliser des calculs de structures en tenant compte des phénomènes à l'échelle des micro capsules. Des caractérisations expérimentales thermo-physiques sont menées afin de prouver l'utilité des MCP dans les matériaux de construction et de faire des comparaisons avec les outils d'homogénéisation développés. Enfin, nous proposons une étude dans le but de comprendre et d'évaluer les effets du MCP dans la dégradation des propriétés mécaniques de ces nouveaux matériaux A promising way to enhance thermal inertia of buildings is the use of phase change materials (PCMs). Thanks to their high latent heat, PCMs can be used to store a significant amount of thermal energy in order to reduce energy consumption related to air conditioning. However, their use leads to a decrease in the mechanical strength of the obtained composites. During the last decades, the incorporation of PCMs in concrete has been of great interest leading to many experimental works. However, theoretical and numerical models to predict the behavior of such complex materials are not developed so far, due to the complexity of the phase change behavior, the scale separation and issues associated to the damage which is mainly induced by microcracking at the scale of microstructural heterogeneities. The objective of this thesis is precisely to develop numerical modeling tools to predict the effective thermomechanical behavior of the material with aim of structural calculations. For this purpose, numerical tools based on microstructures at the scale of microencapsulated PCM are developed to simulate heat transfer, mechanical response, cracks propagation as well as leakage of liquid PCM through cracks. After studying the effects of phase changes in the PCM on the effective mechanical response of the composites, a multi-scale approach (FE² method) is proposed to carry out structural calculations taking into account phenomena at micro scale. Thermo-physical experimental characterizations are carried out to show the usefulness of PCMs in building materials and to make comparisons with the developed homogenization tools. Finally, we propose a study to understand and evaluate the effects of PCMs in the degradation of the mechanical properties of these new materials

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Younsi, Zohir. "Étude expérimentale et numérique du comportement thermique de matériaux à changement de phase : intégration dans un composant solaire passif pour l'habitat." Artois, 2008. http://www.theses.fr/2008ARTO0208.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le contexte du bâtiment à haute efficacité énergétique, celui du stockage d'énergie en général et celui de la caractérisation thermophysique des matériaux à changement de phase (MCP) en particulier. Le mur étudié est un mur solaire composite intégrant un MCP. Ce dernier est conditionné dans une enveloppe parallélépipédique en polyoléfine. Avant d’intégrer ce matériau dans ce type de mur, une étude préalable et une caractérisation thermophysique est nécessaire. Pour cela un dispositif expérimental a été conçu. La méthode de caractérisation est basée sur la mesure des flux associé à la mesure de température. Elle permet de déterminer la quantité de chaleur stockée/déstockée par le matériau, la chaleur latente de fusion, les capacités calorifiques et les conductivités thermiques. L’influence de la surfusion du MCP sur le déstockage thermique du matériau a été démontrée. Un code de calcul pour la résolution de problèmes de transfert thermique avec changement de phase a été élaboré avec la méthode enthalpique en 1D et 2D. Une simulation du transfert thermique du MCP27 à l'aide du code commercial Fluent a été entreprise. Ainsi, ont été données des informations sur les échanges thermiques à la paroi de la briquette ainsi que sur la cinétique de changement de phase et la position du front de fusion. Ensuite, une étude expérimentale sur le mur solaire intégrant les MCP a été effectuée. Les résultats sont prometteurs. L’utilisation des MCP a permis de concevoir une enveloppe légère, facilement intégrable, ayant une grande capacité de stockage et une forte inertie This work is related to the context of building with high energy efficiency, energy storage in general and thermophysical characterization of materials with phase change (PCM) in particular. The studied wall is a composite solar wall integrating a PCM. This last is conditioned in a parallelepipedic polyolefin envelope. Before integrating this material in this type of wall, a preliminary study and a thermophysical characterization of material was necessary, so, an experimental device was designed. The method of characterization is based on the measure of associated flow with temperature field. It allows getting the quantity of stocking and destocking heat by the material, the latent heat of fusion, the thermal heat-storage capacities and conductivities. The influence of overmelting of the MCP on the thermal destocking of the material has been illustrated. A computer code for the resolution of heat transfer problem with phase change was developed with enthalpy method in 1D and 2D. A thermal transfer simulation of the MCP27 was realized with the commercial code Fluent. Thus, information on heat exchanges on briquette wall, the kinetic of phase change and the position melting front were obtained. Afterwards, an experimental study on the solar wall integrating the PCM was carried out. The results obtained are promising. The use of the PCM permits to design a light envelope, easily incorporated, having a high storage capacity and a strong inertia

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Lissner, Michael. "Utilisation des matériaux à changement de phase pour une gestion thermique optimale des modules de refroidissement moteur." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066063.

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Abstract:

L'intégration d'un accumulateur de chaleur dans les systèmes de refroidissement d'un véhicule permet d'optimiser la gestion thermique du groupe motopropulseur et ainsi de réduire la consommation et les émissions polluantes du véhicule. L'intérêt d'un tel accumulateur réside dans sa capacité à stocker / déstocker de l'énergie dans des matériaux à changement de phase (PCM) avec des puissances échangées en adéquation avec les besoins de l'automobile. La problématique scientifique concerne l'intensification, dans un volume restreint, des transferts thermiques dans le matériau de stockage. Le recours à des échangeurs compacts et l'optimisation de la géométrie des ailettes du côté du PCM permettent d'une part de maximiser la puissance échangée grâce à l'augmentation de la surface d'échange avec le PCM et d'autre part d'optimiser la capacité énergétique en améliorant le taux de remplissage en PCM. Le problème est abordé ici de deux façons : théorique, par le développement d'un modèle numérique d'optimisation, puis expérimentale, par la mise au point d'un banc d'essai et de prototypes. Le modèle numérique, validé à partir d'essais, a servi à optimiser la conception de l'accumulateur de chaleur. Enfin, l'intégration de ce composant dans un module de refroidissement pour améliorer la montée en température du groupe motopropulseur a montré des gains significatifs sur le temps de fonctionnement à froid du moteur, réduisant ainsi les émissions polluantes Integration of heat accumulator within engine cooling systems allows to optimize powertrain thermal management and to reduce vehicles consumption and pollutant emissions. Interest of such accumulators lies in their capacity to store and release energy within phase change materials (PCM) with powers in accordance with the automotive needs. Scientific problem concerns heat transfer enhancement, for a limited volume, in a phase change material. The use of compact heat exchangers filled with PCM and the optimization of fin design allow to maximize heat transfer thanks to extended heat transfer area with PCM. On the other hand, energy storage capacity is optimized by increasing PCM volume ratio. The problem is approached by two ways: theoretically, by the development of a numerical model of optimization, and experimentally, by the development of a test bench and several prototypes. The numerical model of heat accumulator, validated with test results, was used to run a parametric study to optimize the conception of the heat accumulator, in particular the fin design. Finally, integration of this new component within the cooling system in order to improve the warm-up of the powertrain has shown significant gains on the functioning time of engine during cold start, leading to reduced pollutant emissions

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Ekomy, Ango Blaise. "Contribution au stockage d'énergie thermique en bâtiment : déveveloppement d'un système actif à matériaux à changement de phase." Paris, ENSAM, 2011. http://www.theses.fr/2011ENAM0032.

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Abstract:

L'objectif de nos travaux de thèse est de concevoir, dimensionner et fabriquer un système actif à matériaux à changement de phase (MCP) pour le rafraîchissement et réchauffement de la maison Napévomo en région Aquitaine, ce dernier participant au concours Solar Décathlon (SDE2010). L'approche proposé a pour but de fournir au lecteur suffisamment de connaissant en stockage thermique à base de MCP pour entreprendre la conception d'un système de rafraîchissement et de réchauffement d'un bâtiment passif. La démarche utilisée consisté dans un premier temps à faire l'état de l'art des systèmes de stockage thermique à base de MCP et à établir un cahier des Charges du système à concevoir. Ces données ont amèné à proposer un modèle de calcul stationnaire basé sur une approche NUT-ε moyennant la caractérisation préalable des MCP pour dimensionner et concevoir le système. Le dimensionnement étant validé en fonction des pertes de charge et le COP (coefficient de performance). Le système est fabriqué à l'échelle 1. Il est composé de quatre échangeurs Air-MCP. Chaque échangeur renferme un amas contenant de MCP. Ils sont disposés en quinconces sur des colonnes de petits tubes. Un ensemble de dispositifs expérimentaux améliorent la conductivité des MCP ainsi que l'échange thermique entre le système et son environnement. Les essais réalisés sur l'un des échangeurs montrent des résultats encourageants. Ce dernier rafraîchit l'air en 7-8 heures et il permet de régénérer les MCP en 6 heures en moyenne. Lors du concours Solar Décathlon (SDE2010), le système installé dans la maison Napévomo a montré sa capacité à assurer le rafraîchissement de l'air ambiant durant les 6 jours de la démonstraction The aim of our thesis work is to design size and manufacture an active system to phase change materials (PCM) for cooling and warming the house Napévomo located in Aquitaine, the latter participating in the Solar Decathlon competition (SDE2010). The approach proposed is intended to provide the reader with enough knowledge in thermal storage based on PCM to tockle the design of a cooling and heating system in passive building. The approach started by a state of the art of thermal storage systems based on PCM and determines the design requirements. These data leads us to developed a numerical model based on a static approach NUT-ε through the PCM characterization determine the main dimensioning elements of the system. The design is validated according to the energy loss of the system and it performance coefficient. The system has been manufactured in full size. It consists in four heat exchanger containing the PCM. Each heat exchanger is composed by exchanger a cluster of PCM. They are arranged in staggered rows on columns of tubes. A set of experimental devices has been made to observe the improvement of the heat exchange conductivity between the environment and the heat exchanger containing the PCM. The tests performed on one of the exchangers show encouraging results. Indeed, it enables to cool down in 7-8 hours and to regenerate the PCM during of 6 hours. At the Solar Decathlon (SDE2010), the developed system has proved to be efficient in cooling down the ambient air during the 6 days of the demonstration

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David, Damien. "Etude expérimentale de la convection naturelle aux abords de parois contenant des matériaux à changement de phase." Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0114/these.pdf.

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Abstract:

Les parois légères contenant des matériaux à changement de phase (MCP) constituent une solution au manque d’inertie des bâtiments à structure légère. Cependant, aucune valeur du coefficient d’échange convectif aux abords ce type de paroi n’a encore été déterminée afin de permettre la validation numérique de leur efficacité énergétique. C’est pourquoi une étude des échanges convectifs aux abords de parois MCP a été réalisée dans le cadre de cette thèse. La thèse comporte un volet théorique sur le couplage air / paroi en régime instationnaire, et un volet expérimental. Le volet théorique a permis de montrer que la capacité calorifique des parois légères de bâtiment est trop élevée pour que des phénomènes transitoire de type “effet de bord d’attaque" puisse se produire dans la couche limite. Un modèle simple basé sur la méthode de Von-Karmann Polhaussen a été développé afin de quantifier les effets d’une stratification thermique linéaire sur les profils de température à la paroi dans le cas d’une plaque plane verticale avec un flux constant. Le montage expérimental qui a été développé pour cette thèse a pour objectif d’imposer des rampes de température à l’air ambiant. La face arrière des parois test est isolée thermiquement. Le montage a été réalisé à partir de deux demi-caissons qui forment un cube isolé de 2; 4mde côté. 72 thermocouples ont été déployés dans le montage pour déterminer les flux et les températures à la surface de la paroi et dans l’air ambiant. Les mesures de flux à l’aide de fluxmètre présentant des incertitudes trop élevées, un modèle inverse Wallboards containing phase change materials (PCM) can be used to improve the heat storage in lightweight buildings. This solution needs to be validated with building simulations, but the convection coefficient between PCM panels and air is not known. That’s why a study of the convection heat transfer near a PCM wallboard has been achieved during this PhD thesis. The work done during the thesis consisted in a theoretical study of the air / wall coupling during the transient regime, and an experimental study. The theoretical study showed that the heat capacity of building wallboards is too high to consider the transient effects in the boundary layer, such as the leading edge effect. A simple model, based on the Von-Karmann Pohlhausen method, has been developed in order to predict the temperature profiles on a wall with a constant heat flux, in a linearly stratified media. The experimental setup is designed to impose a ramp to the ambient temperature. The back face of the test panel is thermally insulated. The setup has been designed from one insulated 2:4m_2:4m_2:4m box. 72 thermocouples are used to determine temperatures and heat fluxes at the surface of the test panel and in the ambient media. The heat flux values obtained with heat flux meters have shown high measurement errors. That’s why an inverse model has been developed to predict the value of the heat flux leaving homogeneous and PCM panels

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Lopez, Jérôme. "Nouveaux matériaux graphite/sel pour le stockage d'énergie à haute température : étude des propriétés de changement de phase." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00276277.

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Abstract:

Ce travail est une contribution à l'étude de nouveaux matériaux composites graphite/sel pour le stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C), l'objectif étant d'analyser et de comprendre l'influence du graphite et de la microstructure des matériaux graphite/sel sur les propriétés de transition de phase des sels. Cette thèse a été effectuée dans le cadre de deux projets : DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français). Les apports majeurs de ce travail sont triples : 1) Il apporte une base de données importante (propriétés de changement de phase solide-liquide) sur six sels et les composites correspondants grâce à l'analyse calorimétrique effectuée. 2) Des modélisations rigoureuses de la fusion de sels en milieu confiné dans plusieurs géométries ont été proposées pour comprendre pourquoi lors de la première fusion des composites mis en forme par compression, des problèmes de fuite de sel ont été observés. Ces modèles montrent que la morphologie de ces matériaux sont à l'origine de ces phénomènes : la matrice de graphite contraint l'expansion volumique du sel lors de la fusion : le sel fond sous pression ce qui aboutit à une fusion sur une large gamme de température et à une perte de densité énergétique. L'analyse de sensibilité aux divers paramètres (géométriques et physiques) montre que le module de rigidité de la matrice est le paramètre sur lequel il faut agir lors de l'élaboration des matériaux pour estomper ce phénomène. 3) Enfin ce travail propose une formulation thermodynamique des phénomènes de surface/interface et de présence d'impuretés dissoutes pouvant aboutir à un abaissement de la température de fusion. Il semble que les avancements de fusion observés (~5°C) soient essentiellement dus à la présence d'impuretés dissoutes (apportées par le graphite) dans le liquide, un effet Gibbs-Thomson pouvant aussi s'ajouter (~1°C, lié à la taille des amas de cristaux).

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Mondieig, Denise. "Vers la valorisation de nouveaux matériaux à changement de phase : les alliages moléculaires MCPAM agents stockant de l'énergie." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10614.

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Abstract:

Determination d'un diagramme de phases binaires mettant en jeu le tetrachloro-1,2,4,5 benzene et le tetrabromo-1,2,4,5 benzene; caracterisation cristallographique des differents alliages moleculaires. Tests sur ces alliages, comme agents de stockage d'energie par chaleur latente, par cyclages a l'echelle des mg, 10g, 100g et kg; prototype montrant la faisabilite (rendement, fiabilite. . . ) de ces alliages. Proposition d'une modelisation de stockage par casiers

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Ianniciello, Lucia. "Etude du comportement thermique d'une batterie électrochimique thermorégulée par matériaux à changement de phase pour le véhicule électrique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM020/document.

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Abstract:

La gestion thermique des batteries Li-ion pour le véhicule électrique est essentielle, pour assurer une autonomie et une durée de vie optimales de ces batteries. Habituellement, des circuits d'air ou de liquide de refroidissement sont utilisés comme systèmes de gestion thermique. Cependant, ces systèmes sont coûteux en termes d'investissement et d'exploitation et doivent être dimensionnés sur la puissance maximale à extraire. L'utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) pour l’absorption sous forme de chaleur latente de la chaleur à dissiper peut représenter une alternative moins coûteuse et plus facile à utiliser. En effet, les MCP peuvent stocker passivement la chaleur excédentaire produite et être utilisés en tant que systèmes passifs. Cependant, les MCP présentent de nombreux inconvénients comme la difficulté de décharger l’énergie thermique stockée, ce qui limite l’aptitude du système au cyclage, ou encore leur conductivité thermique peu élevée qui limite les capacités d’échange. Pour résoudre le problème de la régénération des MCP, un système actif supplémentaire peut être ajouté, dimensionné sur une puissance modérée; l'ensemble devient alors un système semi-passif. Dans cette étude, un système de gestion thermique composé d'un MCP et d’air en convection forcée est évalué. Ce système permet de coupler les avantages de ces deux techniques. Une modélisation du système est développée pour une cellule de batterie. Une comparaison avec de l’air uniquement, en convection forcée, montre l'utilité du MCP. Pour augmenter la capacité d’échange du MCP, un matériau à haute conductivité thermique peut être ajouté au MCP, ce qui permet d’obtenir un composite ayant une conductivité thermique plus élevée. Des composites basés sur les MCP étudiés et des nanostructures de carbone sont élaborés, leur conductivité thermique est mesurée. Ensuite, un système expérimental simulant la dissipation d’une cellule de batterie est construit et utilisé pour évaluer le MCP seul, le MCP inclus dans une mousse métallique et le meilleur composite obtenu. Enfin, pour se rapprocher des conditions réelles, un modèle représentant un stack entier de batterie est développé, des simulations sont produites et les résultats obtenus sont commentés Li-ion battery thermal management is essential for electric vehicles (EVs), to ensure an optimal autonomy and lifespan of those batteries. Usually, air or coolant circuits are employed as thermal management systems. However, those systems are expensive in terms of investment and operating costs and must be dimensioned on the maximal power to be extracted. The use of phase change materials (PCMs) as latent heat storage medium allowing the absorption of the heat to be dissipated as latent heat may represent an alternative cheaper and easier to operate. In fact, PCMs can passively store the excess heat produced by a device and be used as passive systems. However, PCMs have several drawbacks like the difficulty to discharge the stored thermal load which limits the system’s cyclability or their low thermal conductivity which limits their heat transfer capacity. To solve the problem of the PCM regeneration, an additional active system can be added, dimensioned on a moderate power; the whole becomes a semi-passive system. In this study, a thermal management system composed of a PCM and forced air convection is evaluated. This system permits to combine the respective advantages of the two techniques. A model of the system is developed for one battery cell. A comparison with forced air convection only points out the usefulness of the PCM. To overcome the PCM low thermal conductivity, a highly conductive material can be added to the PCM permitting to obtain a composite with a higher thermal conductivity. Composites based on the PCMs studied and carbon nanostructures are elaborated, and their thermal conductivity is measured. Then, an experimental system permitting to simulate the dissipation of a battery cell is build and used to evaluate the PCM alone, the PCM embedded in metal foam and the better obtained composite. Finally, to be closer to the real conditions, a model representing an entire battery stack is developed, simulations are produced and the obtained results are discussed

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Kousksou, Tarik. "Etude de l'écoulement et du transfert de chaleur dans un milieu poreux avec changement de phase. : Application au stockage du froid." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3002.

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Ce travail présente une analyse du comportement d'un procédé de stockage du froid qui utilise une cuve de dimension importante, remplie d'un grand nombre de nodules contenant un matériau à changement de phase (MCP). Un fluide caloporteur liquide circule dans la cuve permettant les échanges d'énergie. Il est tenu compte de la différence entre le stockage (cristallisation) et le déstockage (fusion) due à la surfusion. Nous avons mis au point un nouveau modèle, basé sur l'approche milieu poreux, qui permet d'étudier l'influence de la convection naturelle au sein de la cuve. Le code validé à l'aide des résultats expérimentaux dans le cas d'un drainage vertical, permet d'étudier l'état de la cuve en position horizontale. A cause des phénomènes de convections naturelles donnant naissance à des chemins préférentiels, le drainage horizontal est moins efficace et les phases de stockage et de déstockage sont beaucoup plus longues qu'avec un drainage vertical The objective of this work is the study of an industrial process of energy storage which consists in the use of a cylindrical tank filled with encapsulated phase materials (PCM). A particularity is met in this kind of processes; it concerns the delay of the crystallization of the PCM, called supercooling phenomenon. A detailed analysis of the system permitted the development of the two-dimensional porous-medium model, which was made with two different approaches: quasistationary approximation and enthalpic formulation. First the numerical model has been compared with experimental results for the tank in vertical position; Then, the code was used to study the thermal behaviour of the tank in horizontal position. We found that the optimum running of the charge mode is obtained in the case of the vertical position where the motions due to the natural convection are in the same direction as the forced convection

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Berthou, Yannick. "Étude de parois de bâtiments passifs associant un Matériau à Changement de Phase (MCP) et une super isolation transparents." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0109.

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Abstract:

Afin de réduire l'impact environnemental des bâtiments, il est prioritaire de développer des stratégies nouvelles en termes d'isolation et d'exploittion des énergies renouvelables. De ce contexte s'est dégagée l'idée de concevoir, mettre en oeuvre et étudier un mur capteur de chaleur nouvelle génération semi-transparent associant une couche super-isolante (aérogel de silice) et une couche pour l'absoption, le stockage et la restitution de chaleur (Matériau à Changement de Phase). Ce mur a été caractérisé expérimentalement en ambiance contrôlée et in situ sur un bâtiment grandeur nature. Ses qualités en therme d'isolation thermique et de contribution aux apports énergétiques et lumineux ont été mises en évidence. Une limite d'utilisation du mur MCP-aérogel a été observée en été et sur une partie des intersaisons. Le MCP reste liquide d'une journée à l'autre, ce qui est causé par une restitution insuffisante de chaleur la uit engendrant à termes une surchauffe du bâtiment. Un modèle numérique du mur MCP-aérogel a été développé et validé. Ce modèle, couplé au logiciel de simulation dynamique des systme thermiques TRNSYS, a permis d'étudier le coportement du mur pour quatre climats et deux types de bâtiment (un bâtiment d'habitation : une maison "incas" de l'INES à Chabéry, et un bâtiment en évolution libre : la cellule test expérimentale du CEP à Sophia Antipolis). Ces études ont confirmé l'intérêt du mur MCP-aérogel pour l'amélioration des performances énergétiques du bâtiment To reduce the environmental impact of buildings, it is a priority to develop new strategies concerning the insulation and the exploitation of the renewable energies. Xithin this context appeared the odea to design, to implement an to study a new generation of semi-transparent solar wall associating a super-insulating layer (silica aerogel) and a layer of a material ermitting the absorption, the storage and the restituion of heat (Phase Change Material). This wall was experimentally characterized in controlled atmosphere and in situ on a full-size building. Its qualities in terms of heat insulation and contribution to the energy balance and daylight were revealed. A limit of use pCM-aerogel wall was noticed in summer and on a part of the inter seasons. The PCM aerogel wallwas developed and validated. This model, coupled withTRNSYS, a software for the dynamic simulation of thermal systems, allowed to study the behavior of the wall for four cliamtesand two types of building (a residential building : an "Incas" house of the ines at Chambéry, and a building in free evolution : the experimental test cell of the CEP at Sophia Antipolis. These studies confirmed the interest of he MCP-aerogel wall for the improvement of the energy performances of the building

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Karim, Laurie. "Optimisation des transferts d'énergie thermique par l'utilisation du materiaux à changement de phase (MCP) : application aux bâtiments." Paris 7, 2014. http://www.theses.fr/2014PA077018.

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Abstract:

La réduction de la consommation énergétique dans les secteurs très énergivores peut être envisagée à travers l'utilisation de nouveaux matériaux. La solution envisagée dans le cadre de cette thèse porte sur l'intégration de Matériau à Changement de Phase (MCP) dans la structure du bâtiment afin d'augmenter l'inertie globale. Ainsi, le confort thermique est amélioré et les consommations liées au chauffage et la climatisation sont diminuées. Un MCP ayant la possibilité de conserver une structure solide quel que soit l'état physique de l'élément à changement de phase est mis au point. Le verrou technologique de l'enrobage est résolu permettant une intégration du MCP compatible avec des exigences de chantier. Plusieurs formulations de MCP sont réalisées et caractérisées expérimentalement. La formulation représentant le meilleur compromis entre paramètres thermiques et mécaniques est déterminé€ pour une intégration dans des planchers de bâtiments. Deux méthodes d'intégration sont testées : une incorporation directe dans les volumes disponibles d'une dalle alvéolée et une incorporation diffuse dans le béton de la dalle de compression. Des prototypes à l'échelle 1/5 et 1/2 de ces dalles optimisées sont réalisés et testés sous différentes sollicitations thermiques. Des simulations numériques, menées en parallèle, permettent de valider les modèles développés pour définir le comportement thermo-dynamique du MCP et des planchers incorporant du MCP. Finalement des études numériques prédisent l'impact de ces solutions à l'échelle réelle, en évaluant le gain de confort et les économies d'énergie réalisées pour une salle de bureau lors d'un épisode caniculaire The current energetic issues lead us to find technical solutions for a sparing energy control and consumption. This research work embodies this approach by proposing an enhancement of thermal characteristics of buildings envelop. For this purpose, a new Phase Change Material is developed to increase the thermal inertia of buildings. Consequently, the HVAC consumption is drastically decreasing while thermal comfort for occupants is improved. A new shape stabilized PCM component is optimized to be appropriated for a building application. Many PCM compositions are tested to evaluate structural, thermal and mechanical properties. The PCM that represents the best compromise between the two last properties is chosen for an integration into floor panels. Two methods of incorporation are tested : direct integration into hollow floor panels and diffuse integration into the concrete of floor slab. Floor prototypes are made and tested under diverse thermal solicitations. At the same time, numerical studies corne to the conclusion that the thermal mode) for PCM behavior is valid. Finally, simulations forecast the impact of PCM integrated solutions by giving the comfort gains and energy savings for an office room during ar heatwave

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Camassel, Bruno. "Contribution à l'étude du changement de phase liquide-vapeur en milieu poreux." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30157.

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Aumporn, Orawan. "Contribution à l'étude des performances d'un séchoir serre avec stockage de chaleur dans des matériaux à changement de phase." Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0032/document.

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Abstract:

Ce travail concerne une étude numérique des performances thermiques d’un séchoir- serre équipé d’une unité de stockage de chaleur solaire dans des matériaux à changement de phase (MCPs). L'unité de stockage de chaleur solaire, placée sous le sol de la serre, est composée d’une couche de MCPs (paraffine) disposée entre une plaque en acier et une couche de béton. L'écoulement de l'air asséchant se déroule par convection forcée et le produit disposé sur les claies du séchoir est la banane (Bananas Musa ABB CV. Kluai "Namwa"). Les équations de transfert de chaleur dans la serre, basées sur la méthode nodale, sont déduites d'un bilan thermique établi pour les différents composants du séchoir-serre. Les transferts de chaleur dans les couches de MCPs et de béton sont décrits respectivement par le modèle enthalpique et l'équation de la conduction. Le modèle de cinétique de séchage de la banane est celui d’Oswin modifié. Les équations de transferts sont résolues par une méthode implicite aux différences finies et les algorithmes de Gauss et de Thomas. Nous analysons l'influence du débit d'air asséchant et de l’irradiation solaire sur les distributions spatio-temporelles des températures des composants de la serre et de l'unité de stockage, la durée de séchage, les efficacités thermiques du séchoir-serre et de l'unité de stockage d'énergie. Cette modélisation est complétée par des simulations du fonctionnement du séchoir serre-unité de stockage de chaleur en utilisant la notion de journée type et les données météorologiques de Nakorn Pathom (Thaïlande) et par une analyse de faisabilité technico-économique. Les résultats montrent notamment que l’unité de stockage de chaleur contribue à la réduction de la durée de séchage et augmente les performances thermiques du séchoir et l’unité de stockage This work is about a numerical study of the thermal behavior of a solar greenhouse dryer and a heat storage unit in phase change materials (PCMs). The heat storage unit containing of PCMs (paraffin) is disposed between a metal plate and a concrete layer and placed under the floor of the greenhouse. The air drying flows along the greenhouse by forced convection and the products placed on the dryer's rack is bananas (Bananas Musa ABB CV Kluai "Namwa"). The heat transfer equations in the greenhouse are based on the nodal method and deduced from a thermal balance on the different components of the solar greenhouse dryer. The heat transfers in the PCMs and the concrete slab are described by the enthalpy method and the conduction equation, respectively. The banana drying kinetic is described by the model modified of Oswin. Transfer equations are solved using an implicit finite difference method associated to Gauss and Thomas algorithms. We analyze the effects of the air drying volumetric flow rate and the solar irradiance on the temperature distribution of the greenhouse dryer and the heat storage unit, the drying time, the solar greenhouse dryer and heat storage unit efficiencies. This modeling is complemented by simulations of the solar greenhouse dryer with the heat storage unit using the day type and the meteorological data of Nakorn Pathom (Thailand) and by an economic analysis. The results show that the heat storage unit provides the reduction of the drying time and increases the thermal performances of the solar greenhouse dryer and the heat storage unit

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Aoukar, Manuela. "Dépôt de matériaux à changement de phase par PE-MOCVD à injection liquide pulsée pour des applications mémoires PCRAM." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT075/document.

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Abstract:

Les mémoires résistives PCRAM sont basées sur le passage rapide et réversible entre un état amorphe hautement résistif et un état cristallin faiblement résistif d’un matériau à changement de phase (PCM). Ces mémoires constituent un des candidats les plus prometteurs pour la nouvelle génération de mémoires non-volatiles grâce à un large éventail de propriétés uniques comme une vitesse de fonctionnement élevée, une capacité de stockage multi-niveaux sur plusieurs bits, une bonne endurance et une possibilité de miniaturisation poussée. Cependant, la nécessité d’utiliser des courants d’effacement (IRESET) importants pour l’étape d’amorphisation du PCM représente l’un des principaux freins à l’explosion de la technologie PCRAM sur le marché des mémoires non volatiles. Dans ce contexte, il a été démontré que le confinement du PCM dans des structures possédant des facteurs de forme élevés permet d’améliorer l’efficacité du chauffage nécessaire au changement de phase du PCM et donc de réduire les courants d’amorphisation. Afin d’incorporer des matériaux PCM dans de telles structures, il est alors nécessaire de développer un procédé de dépôt très conforme. C’est pourquoi un procédé de dépôt PE-MOCVD (Plasma Enhanced- Metal Organic Chemical Vapor deposition) à injection liquide pulsée a été développé dans ce travail. Dans un premier temps des films amorphes et homogènes du composé binaire GeTe ont été déposés à partir des précurseurs organométalliques TDMAGe et DIPTe. Les analyses XPS révèlent que les couches de GeTe déposées sont stoechiométriques mais présentent une forte contamination en carbone. Ainsi, un des objectifs de cette thèse a été de réduire le taux de carbone dans les couches afin d’optimiser leurs propriétés de changement de phase. Une étude de l’impact des paramètres de dépôt tel que la puissance, la pression, la nature et le débit des gaz utilisés est alors présentée. En étudiant et en optimisant les paramètres de dépôt, des couches de GeTe contenant seulement 2 % at. de carbone ont pu être obtenues. Dans un second temps, des films du composé ternaire GeSbTe ont été déposés en injectant simultanément les trois précurseurs TDMAGe, TDMASb et DIPTe dans le plasma de dépôt. Une large gamme de composition peut alors être obtenue en variant les paramètres d’injection et de dépôt. L’un des principaux avantages de ce procédé est la capacité de couvrir une large gamme de compositions permettant d’obtenir des films possédant des propriétés de changement de phase très variées. L’impact des paramètres plasma sur la conformité du dépôt a aussi été étudié. Il est montré que l’ajout d’une composante BF à la puissance RF du plasma permet d’améliorer le remplissage des structures possédant des facteurs de forme élevés. Enfin, l’intégration dans des dispositifs mémoires PCRAM tests de matériaux PCM obtenus par ce procédé PE-MOCVD a mis en évidence des propriétés électriques proches de celles obtenues avec des matériaux déposés par les procédés de dépôt conventionnels de type PVD Phase change random access memories PCRAM are based on the fast and reversible switch between the high resistive amorphous state and the low resistive crystalline state of a phase change material (PCM). These memories are considered to be one of the most promising candidates for the next generation of non volatile memories thanks to their unique set of features such as fast programming speed, multi-level storage capability, good endurance and high scalability. However, high power consumption during the RESET operation (IRESET) is the main challenge that PCRAM has to face in order to explode the non volatile memory market. In this context, it has been demonstrated that by integrating the phase change material (PCM) in high aspect ratio lithographic structures, the heating efficiency is improved leading to a reduced reset current. In order to fill such confined structures with the phase change material, a highly conformal deposition process is required. Therefore, a pulsed liquid injection Plasma Enhanced-Metal Organic Chemical Vapor Deposition process (PE-MOCVD) was developed in this work. First, amorphous and homogeneous GeTe films were deposited using the organometallic precursors TDMAGe and DIPTe as Ge and Te precursors. XPS measurements revealed a stoichiometric composition of GeTe but with high carbon contamination. Thus, one of the objectives of this work was to reduce the carbon contamination and to optimize the phase change properties of the deposited PCMs. The effect of deposition parameters such as plasma power, pressure and gas rate on the carbon contamination is then presented. By tuning and optimizing deposition parameters, GeTe films with carbon level as low at 2 at. % were obtained. Thereafter, homogeneous films of GeSbTe were deposited by injecting simultaneously the organometallic precursors TDMAGe, TDMASb and DiPTe in the plasma. A wide range of compositions was obtained by varying the injection and deposition operating parameters. Indeed, one of the main advantages of this process is the ability of varying films composition, which results in varying phase change characteristics of the deposited PCM. The impact of plasma parameters on the conformity of the process was also studied. It was shown that by adding a low frequency power component to the radio frequency power of the plasma, structures with high aspect ratio were successfully filled with the phase change material. Finally, electrical characterization of PCRAM test devices integrating phase change materials deposited by PE-MOCVD as active material have presented electrical properties similar to the ones obtained for materials deposited by conventional physical vapor deposition (PVD) process

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Falcon, Bruno. "Etude expérimentale et modélisation d'une cuve de stockage du froid par utilisation de matériaux à changement de phase encapsulés." Pau, 1995. http://www.theses.fr/1995PAUU3019.

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Abstract:

L'utilisation de l'énergie latente, en vue du stockage du froid, par les avantages qu'elle propose, s'adapte à de nombreuses applications industrielles. Pour réaliser cette fonction, la société Cristopia propose un dispositif où le matériau à changement de phase (MCP) est confiné dans des enveloppes plastiques sphériques (nodules) qui prennent place dans une cuve. Un fluide caloporteur circule à travers les nodules, cristallisant (stockage) ou fondant (destockage) le MCP. Le but de notre étude, a été de déterminer l'influence de divers paramètres (débit, température du fluide, sens de circulation, position de la cuve, systèmes diffusant le fluide, MCP) sur les stockages et les destockages d'énergie latente, à partir d'une cuve expérimentale de dimension réduite, remplie de nodules et interieurement équipée de thermocouples. Dans le cas d'une évolution des plans isothermes perpendiculaires au sens de l'écoulement, nous avons conçu les modélisations du stockage et du destockage. Nous avons vérifié la bonne adéquation entre les calculs et les résultats expérimentaux.

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Bastien, Jean-Claude. "Étude des matériaux à changement de phase pour application dans le domaine des PCRAM : verres infrarouges pour l'optique spatiale." Phd thesis, Université Rennes 1, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00688593.

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Abstract:

Les mémoires électriques à changement de phase (PCRAM) sont reconnues comme étant très prometteuses pour s'imposer comme la prochaine génération de mémoires non-volatiles du fait de leurs excellentes vitesses de fonctionnement et endurance. Cependant, deux problèmes majeurs doivent être résolus pour permettre leur percée sur le marché des mémoires, à savoir une durée de rétention de l'information faible aux températures élevées et une consommation électrique encore trop importante. Au cours de ce travail de thèse, plusieurs nouveaux matériaux à changement de phase à base d'éléments chalcogènes ont été étudiés an d'adresser le marché des mémoires embarquées fonctionnant à hautes températures. Les propriétés du matériau GeTe ont ainsi été comparées à celle du matériau référence Ge₂Sb₂Te₅ et l'inuence du dopage en azote, carbone ou bore dans le matériau GeTe a été estimée. Il a été constaté une large amélioration de la stabilité thermique de la phase amorphe GeTe comparée à celle de Ge₂Sb₂Te₅, effet exacerbé par le dopage. Le processus de fabrication d'un empilement inédit est décrit et l'impact du connement sur la consommation énergétique a été évalué sur le matériau Ge₂Sb₂Te₅ par le biais d'une analyse par microscopie à force atomique en mode électrique. Un élargissement du travail de thèse a été réalisé en s'intéressant aux verres de chalcogénures infrarouges pour l'optique spatiale. Il est constaté que l'addition d'iodure d'argent aux systèmes vitreux GeTe et GaGeTe permet d'améliorer leurs stabilités thermiques et d'accroître leurs fenêtres de transmission infrarouge.

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Bastien, Jean-Claude. "Étude des matériaux à changement de phase pour application dans le domaine des PCRAM : verres infrarouges pour l'optique spatiale." Phd thesis, Rennes 1, 2011. https://ecm.univ-rennes1.fr/nuxeo/site/esupversions/b2212816-d7ab-4ecb-9a11-ff1040955c39.

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Abstract:

Les mémoires électriques à changement de phase (PCRAM) sont reconnues comme étant très prometteuses pour s'imposer comme la prochaine génération de mémoires non-volatiles du fait de leurs excellentes vitesses de fonctionnement et endurance. Cependant, deux problèmes majeurs doivent être résolus pour permettre leur percée sur le marché des mémoires, à savoir une durée de rétention de l'information faible aux températures élevées et une consommation électrique encore trop importante. Au cours de ce travail de thèse, plusieurs nouveaux matériaux à changement de phase à base d'éléments chalcogènes ont été étudiés an d'adresser le marché des mémoires embarquées fonctionnant à hautes températures. Les propriétés du matériau GeTe ont ainsi été comparées à celle du matériau référence Ge₂Sb₂Te₅ et l'inuence du dopage en azote, carbone ou bore dans le matériau GeTe a été estimée. Il a été constaté une large amélioration de la stabilité thermique de la phase amorphe GeTe comparée à celle de Ge₂Sb₂Te₅, effet exacerbé par le dopage. Le processus de fabrication d'un empilement inédit est décrit et l'impact du connement sur la consommation énergétique a été évalué sur le matériau Ge₂Sb₂Te₅ par le biais d'une analyse par microscopie à force atomique en mode électrique. Un élargissement du travail de thèse a été réalisé en s'intéressant aux verres de chalcogénures infrarouges pour l'optique spatiale. Il est constaté que l'addition d'iodure d'argent aux systèmes vitreux GeTe et GaGeTe permet d'améliorer leurs stabilités thermiques et d'accroître leurs fenêtres de transmission infrarouge Phase Change Random Access Memories (PCRA) are recognized as very promising candidate for the next-generation nonvolatile memory because of their excellent operating speeds and endurance. However, two major problems must be solved to allow their breakthrough in the memory market, namely a low period of data retention at high temperatures and too large power consumption. In this thesis, several new phase change materials based on chalcogen elements were studied in order to address the market for embedded memories operating at high temperatures. GeTe material properties have been compared to that of the reference material Ge₂Sb₂Te₅ and the inuence of doping with nitrogen, carbon or boron in GeTe material was estimated. It has been observed a large improvement in thermal stability of the GeTe amorphous phase compared to that of Ge₂Sb₂Te₅, even more exacerbated by the doping. The process ow of a new stack is described and the impact of connement on energy consumption was assessed on the material Ge₂Sb₂Te₅ through an analysis by atomic force microscopy. An extension of the thesis work was done by focusing on the infrared chalcogenide glasses for optical space. It was found that the addition of silver iodide in glassy systems GeTe and GaGeTe improves their thermal stability and increases their infrared transmission windows

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Bayle, Raphaël. "Simulation des mécanismes de changement de phase dans des mémoires PCM avec la méthode multi-champ de phase." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX035.

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Abstract:

Les mémoires à changement de phases ont basées sur la variation de résistance d’un petit volume de matériau à changement de phase, l'information binaire étant codée à travers la phase amorphe ou cristalline du matériau. Le changement de phase permettant leur programmation est induit par effet Joule sous l’application d’un courant électrique. L’alliageGe2Sb2Te5 est largement utilisé pour les mémoires à changement de phase, car il cristallise rapidement et sans changement de composition. Cependant, pour obtenir la fiabilité requise pour certaines applications à haute température, notamment dans le secteur automobile, un alliage Ge-Sb-Te enrichi en Geest utilisé par la société STMicroelectronics. La cristallisation de cet alliage s’accompagne d’une ségrégation des espèces et de la formation d’une nouvelle phase cristalline. La répartition spatiale des phases et espèces est décisive pour le bon fonctionnement du point mémoire ; il est ainsi très important de pouvoir la prédire.Les modèles de champ de phase permettent,notamment aux échelles de temps et d’espace impliquées dans l’étude des mémoires à changement de phase, le suivi d’interface entre plusieurs domaines occupés par des phases différentes. Dans ce travail de thèse, un modèle multi-champ de phase permettant de simuler l’évolution de la répartition des phases et des espèces dans ce nouvel alliage a été développé.Les paramètres du modèle ont été déterminés à partir des données disponibles sur l’alliage.Deux types de simulations ont été réalisées :d’une part, celle de la cristallisation, lors d’un recuit, d’une couche mince de matériau initialement déposé amorphe ; d’autre part, celle portant sur les changements de phase qui se produisent lors de l’application de champs de température typiques des opérations d’écriture des mémoires. La comparaison entre les résultats de simulations et expériences révèle que les caractéristiques principales des microstructures observées dans les expériences sont bien mises en évidence par le modèle Phase change memories (PCM) exploit the variation of resistance of a small volume of phase change material: the binary information is coded through the amorphous or crystalline phase of the material. The phase change is induced by an electrical current, which heats the material by the Joule effect. Because of its fast and congruent crystallization, theGe2Sb2Te5 alloy is widely used for PCM. Nevertheless, to get a better reliability at high temperatures, which is required e.g. for automotive applications, STMicroelectronics uses a Ge-rich GeSbTe alloy. In this alloy, chemical segregation and appearance of a new crystalline phase occur during crystallization. The distribution of phases and alloy components are critical for the proper functioning of the memory cell; thus, predictive simulations would be extremely useful. Phase field models are used for tracking interfaces between areas occupied by different phases. In this work, a multi-phase field model allowing simulating the distribution of phases and species in Ge-rich GeSbTe has been developed. The parameters of the model have been determined using available data on this alloy. Two types of simulations have been carried out, firstly to describe crystallization during annealing of initially amorphous deposited thin layer; secondly to follow the evolution of phase distribution during memory operation using temperature fields that are typical for those operations. Comparisons between simulations and experiments show that they both exhibit the same features

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Benzadi, Mohamed. "Contribution à l'étude numérique et expérimentale de changement de phase en milieu poreux saturé : généralisation de la formulation enthalpique." Cergy-Pontoise, 1999. http://www.theses.fr/1999CERG0064.

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Abstract:

Cette these constitue une contribution a l'etude numerique et experimentale de changement de phase en milieu poreux sature, elle est consacree a l'etude des processus de fusion et de solidification, tant du point de vue de la connaissance de ces processus (modelisation macroscopique, simulation numerique, experience de laboratoire) que du point de vue de leur controle (identification de position du front dans un milieu poreux sature). Sur le plan theorique et numerique, nous avons expose dans cette etude la formulation mathematique macroscopique des equations de conservation pour decrire clairement le cheminement qui conduit a une modelisation des processus de changement de phase d'un fluide (eau) saturant un milieu poreux, nous avons developpe un modele enthalpique qui nous a permis de traiter explicitement le probleme de changement de phase dans un seul domaine poreux constitue de deux sous domaines, liquide equivalent et glace equivalent. Nous avons developpe un code numerique, en utilisant la methode des volumes finis, ce code a ete valide avec la solution du probleme de stefan adaptee a un milieu poreux sature. Un modele analytique pour les problemes de changement de phase dans un domaine borne, inspire du probleme de stefan a ete developpe. Les resultats experimentaux obtenus permettent de mieux decrire la cinetique des transferts de changement de phase et de verifier la precision des resultats obtenus par simulation numerique. Par ailleurs, pour atteindre une precision significative des mesures de temperature, nous avons developpe une methode acoustique mieux appropriee a l'analyse du front de changement de phase, utilisant un algorithme developpe appele analyse de correlation des temps courts.

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Moumni, Ziad. "Sur la modélisation du changement de phase solide : application aux matériaux à mémoire de forme et à l'endommagement fragile partiel." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1995. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529370.

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Abstract:

La modélisation de certains matériaux solides nécessite la prise en compte des effets de changement de phase. Dans ce travail, un modèle d'un matériau solide présentant ce phénomène est proposé. Le changement de phase y est décrit par des variables internes qui représentent les proportions de phase. A partir de leur définition et du fait que ces variables ne sont pas indépendantes de la déformation macroscopique, le modèle considéré rentre dans le cadre des matériaux standards généralisés avec des variables d'état liées. Une extension de la méthode des deux potentiels en présence des liaisons internes est proposée. Par souci de clarté, la présentation est donnée suivant le formalisme des multiplicateurs de Lagrange. Les équations d'état sont écrites en fonction du lagrangien associé. L'évolution des variables internes irréversibles est obtenue par les lois complémentaires. La possibilité de considérer le changement de phase réversible ou irréversible est discutée d'une manière générale. Le problème de la stabilité du matériau est aussi examiné et met en lumière l'important rôle de l'énergie d'interaction entre les phases. Comme applications, le modèle en question est d'abord utilisé pour décrire le comportement des matériaux à mémoire de forme, ensuite il est appliqué comme un modèle d'endommagement fragile partiel quand l'endommagement est interprété comme étant un changement de phase irréversible. Enfin, un programme de calcul par éléments finis est écrit afin de simuler ce comportement.

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Mint, brahim Maimouna. "Méthodes d'éléments finis pour le problème de changement de phase en milieux composites." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0157/document.

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Abstract:

Dans ces travaux de thèse on s’intéresse au développement d’un outil numérique pour résoudre le problème de conduction instationnaire avec changement de phase dans un milieu composite constitué d’une mousse de graphite infiltrée par un matériau à changement de phase tel que le sel, dans le contexte du stockage de l’énergie thermique solaire.Au chapitre 1, on commence par présenter le modèle sur lequel on va travailler. Il estséparé en trois sous-parties : un problème de conduction de chaleur dans la mousse, un problème de changement de phase dans les pores remplis de sel et une condition de résistance thermique de contact entre les deux matériaux qui est traduite par une discontinuité du champ de température.Au chapitre 2, on étudie le problème stationnaire de conduction thermique dans un milieu composite avec résistance de contact. Ceci permet de se focaliser sur la plus grande difficulté présente dans le problème qui est le traitement de la condition de saut à l’interface.Deux méthodes d’éléments finis sont proposées pour résoudre ce problème : une méthode basée sur les éléments finis Lagrange P1 et une méthode hybride-duale utilisant les éléments finis Raviart-Thomas d’ordre 0 et P0. L’analyse numérique des deux méthodes est effectuée et les résultats de tests numériques attestent des efficacités des deux méthodes [10]. Les matériaux à changement de phase qu’on étudie dans le cadre de cette thèse sont des matériaux pures, par conséquent le changement de phase s’effectue en une valeur de température fixe qui est la température de fusion. Ceci est modélisé par un saut dans la fonction fraction liquide et par conséquent dans la fonction enthalpie du matériau. Cette discontinuité représente une difficulté numérique supplémentaire qu’on propose de surmonter en introduisant un intervalle de régularisation autour de la température de fusion.Cette procédure est présentée dans le chapitre 3 où une étude analytique et numérique montre que l’erreur sur la température se comporte comme " en dehors de la zone de mélange, où " est la largeur de l’intervalle de régularisation. Cependant, à l’intérieur l’erreur se comporte comme p " et on montre que cette estimation est optimale. Cette diminution de vitesse de convergence est due à l’énergie qui reste bloquée dans la zone de mélange [58].Dans le chapitre 4 on présente quatre des schémas les plus utilisés pour le traitement de la non-linearité due au changement de phase: mise à jour du terme source, linéarisation de l’enthalpie, la capacité thermique apparente et le schéma de Chernoff. Différents tests numériques sont réalisés afin de tester et comparer ces quatre méthodes pour différents types de problèmes. Les résultats montrent que le schéma de linéarisation de l’enthalpie est le plus précis à chaque pas de temps tans dis que le schéma de la capacité thermique apparente donne de meilleurs résultats au bout d’un certain temps de calcul. Cela indique que si l’on s’intéresse aux états transitoires du matériaux le premier schéma est lemeilleur choix. Cependant, si l’on s’intéresse au comportement thermique asymptotique du matériau le second schéma est plus adapté. Les résultats montrent également que le schéma de Chernoff est le plus rapide parmi les quatre schémas en terme de temps de calcul et donne des résultats comparables à ceux des deux plus précis.Enfin, dans le chapitre 5 on utilise le schéma de Chernoff avec la méthode d’éléments finis hybride-duale Raviart-Thomas d’ordre 0 et P0 pour résoudre le problème non-linéaire de conduction thermique dans un milieu composite réel avec matériau à changement de phase. Le but étant de déterminer si un matériau composite avec une distribution uniforme de pores est assimilable à un matériau à changement de phase homogènes avec des propriétés thermo-physiques équivalentes. Pour toutes les expériences numériques exposées dans ce manuscrit on a utilisé le logiciel libre d’éléments finis FreeFem++ [41] In this thesis we aim to develop a numerical tool that allow to solve the unsteady heatconduction problem in a composite media with a graphite foam matrix infiltrated witha phase change material such as salt, in the framework of latent heat thermal energystorage.In chapter 1, we start by explaining the model that we are studying which is separated in three sub-parts : a heat conduction problem in the foam, a phase change problem in the pores of the foam which are filled with salt and a contact resistance condition at the interface between both materials which results in a jump in the temperature field.In chapter 2, we study the steady heat conduction problem in a composite media withcontact resistance. This allow to focus on the main difficulty here which is the treatment of the thermal contact resistance at the interface between the carbon foam and the salt. Two Finite element methods are proposed in order to solve this problem : a finite element method based on Lagrange P1 and a hybrid dual finite element method using the lowest order Raviart-Thomas elements for the heat flux and P0 for the temperature. The numerical analysis of both methods is conducted and numerical examples are given to assert the analytic results. The work presented in this chapter has been published in the Journal of Scientific Computing [10].The phase change materials that we study here are mainly pure materials and as a consequence the change in phase occurs at a single point, the melting temperature. This introduces a jump in the liquid fraction and consequently in the enthalpy. This discontinuity represents an additional numerical difficulty that we propose to overcome by introducing a smoothing interval around the melting temperature. This is explained in chapter 3 where an analytical and numerical study shows that the error on the temperature behaves like " outside of the mushy zone, where _ is the width of the smoothing interval. However, inside the error behaves like p " and we prove that this estimation is optimal due to the energy trapped in the mushy zone. This chapter has been published in Communications in Mathematical Sciences [58].The next step is to determine a suitable time discretization scheme that allow to handle the non-linearity introduced by the phase change. For this purpose we present in chapter 4 four of the most used numerical schemes to solve the non-linear phase change problem : the update source method, the enthalpy linearization method, the apparent heat capacity method and the Chernoff method. Various numerical tests are conducted in order to test and compare these methods for various types of problems. Results show that the enthalpy linearization is the most accurate at each time step while the apparent heat capacity gives better results after a given time. This indicates that if we are interestedin the transitory states the first scheme is the best choice. However, if we are interested in the asymptotic thermal behavior of the material the second scheme is better. Results also show that the Chernoff scheme is the fastest in term of calculation time and gives comparable results to the one given by the first two methods.Finally, in chapter 5 we use the Chernoff method combined with the hybrid-dual finiteelement method with P0 and the lowest order Raviart-Thomas elements to solve thenon-linear heat conduction problem in a realistic composite media with a phase change material. Numerical simulations are realised using 2D-cuts of X-ray images of two real graphite matrix foams infiltrated with a salt. The aim of these simulations is to determine if the studied composite materials could be assimilated to an equivalent homogeneous phase change material with equivalent thermo-physical properties. For all simulationsconducted in this work we used the free finite element software FreeFem++ [41]

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Le, Bray Yves. "Contributions à l'étude du changement de phase liquide-vapeur en milieux poreux : simulations numériques sur réseaux de pores." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT025H.

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Abstract:

Nous presentons une etude des phenomenes de changement de phase liquide-vapeur en milieu capillaro-poreux a partir de simulations numeriques sur reseaux de pores et de liaisons. Deux situations sont investiguees. Dans la premiere, le changement de phase, pilote par le transfert de masse en phase gazeuse, s'effectue sous les conditions de saturation. Le cas etudie correspond en fait au probleme classique du sechage d'un milieu capillaro-poreux initialement completement sature. La seconde situation correspond a un cas ou le changement de phase s'effectue a la temperature de saturation. Ce deuxieme cas est motive par une application particuliere, l'etude des transferts couples de chaleur et de masse au sein de la meche d'un evaporateur capillaire. Le simulateur-reseau tridimensionnel mis au point pour l'etude du sechage permet d'apporter un eclairage nouveau sur ce probleme, principalement a partir de l'analyse de l'evolution de la structuration des phases a l'interieur du materiau en cours de sechage. Cette analyse est effectuee dans le cadre de la theorie de la percolation d'invasion. Le cas ou les effets de la gravite ne sont plus negligeables est egalement etudie numeriquement et analyse a l'aide de la theorie de la percolation en gradient. L'effet de la viscosite de la phase liquide est analyse theoriquement a partir de la percolation en gradient. Des comparaisons avec des resultats experimentaux sont effectuees. Pour l'etude du cas ou le changement de phase s'effectue aux conditions de temperature de saturation, un simulateur-reseau bidimensionnel a ete mis au point. Ce simulateur permet l'analyse des transferts couples de chaleur et de masse avec changement de phase. L'etude est principalement consacree a l'analyse de l'effet de l'heterogeneite de la microstructure sur le developpement de la phase vapeur et sur la structure du front de changement de phase en regime stationnaire. Cette partie conduit a la proposition d'un design ameliore de la meche de l'evaporateur en termes de systeme a deux couches ayant des proprietes de transfert differentes

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Wu, Jing. "Modélisation dynamique d’un système couplé pompe à chaleur – stockage thermique par matériaux à changement de phase : approche systémique et validation expérimentale." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10167/document.

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Abstract:

Dans le domaine de la réfrigération des bâtiments, le couplage d'une pompe à chaleur (PAC) avec un stockage d'énergie thermique est un moyen significatif pour en réduire le coût de fonctionnement énergétique et pour mieux dimensionner les équipements. Un prototype de ce système couplé avec un stockage thermique par MCP (Matériaux à Changement de Phase) est construit et mis en oeuvre dans le cadre du projet ANR ACLIRSYS (Commande avancée des systèmes de réfrigération à faible inertie). L'objectif de cette thèse est d'en proposer un modèle dynamique en vue de sa commande. Dans les échangeurs de la PAC, le fluide frigorigène peut être vapeur, liquide ou un mélange des deux tandis que le MCP du stock peut être solide, liquide ou un mélange des deux. Par conséquent, un modèle de type hybride est nécessaire pour tenir compte des différentes configurations possibles afin de résoudre les équations de bilan de masse et d'énergie dont les expressions diffèrent en fonction de ces configurations. Dans ce travail, des modèles statiques sont utilisés pour le compresseur et le détendeur de la PAC, et les modèles des échangeurs de la PAC et du stock sont basés sur une représentation des écoulements par une cascade de Réacteurs Parfaitement Agités Continues (RPAC). Le mécanisme de commutation entre les diverses configurations est conçu pour garantir la continuité de l'évolution simulée du système. Cette commutation est effectuée par des opérations matricielles, ce qui permet d'aboutir à une représentation globale et très compacte du système. Les propriétés thermodynamiques du fluide frigorigène et leurs dérivées partielles sont déterminées de façon analytique à l'aide d'une équation d'état. Deux versions du modèle du stock sont proposées. Une version simplifiée du modèle de surfusion et une version plus détaillée basée sur la méthode des bilans de population. Des données expérimentales recueillies sur le prototype ont permis de valider le modèle développé. Des expérimentations en régime transitoire ont été réalisées en faisant varier les conditions opératoires. Ces données concernent le fonctionnement de la PAC seule, du stock seul et du système couplé. Un bon accord a été obtenu entre les résultats numériques et les données expérimentales In the area of buildings refrigeration, the use of thermal energy storage coupled with heat pump is a significant way for reducing the operating costs and optimizing the design of equipment. A prototype of refrigeration-PCM (Phase Change Material) energy storage system is built and implemented within the framework of the project ACLIRSYS (Advanced Control for Low Inertia Refrigeration Systems), funded by the French National Research Agency. The objective of my PhD thesis is to propose a dynamical physical model for the complete system. Within the evaporator and condenser of the heat pump, the refrigerant can be liquid, vapor or mixture of both, while the storage media can be solid, liquid or a mixture of both. Therefore, it is necessary to consider the discrete events associated to phase changes in order to solve the energy and mass balances in different configurations. In this work, static models are used for the compressor and the expansion valve of the heat pump. The heat exchangers of the heat pump and the storage models are based on a representation of the fluid flows by a cascade of Continuous Stirred Tank Reactors (CSTRs). In order to assure the continuity of system evolution, the switching mechanism between different configurations is established. This switching is performed by matrix operations, which permit to achieve a global and very compact representation of the system. The thermodynamic properties of the refrigerant and their partial derivatives are analytically determined by using an equation of state. Two versions of the model for the storage are proposed. A simplified version where the supercooling is assumed to take place at a constant temperature and a more detailed version based on the population balance equations. Experimental data from the prototype has been used to validate the developed model. Experiments in transient states were performed by varying the operating conditions. These date relate to the functioning of the heat pump alone, the storage alone and the coupled system. A very good agreement between the numerical results and experimental data was obtained

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Bykalyuk, Anna. "Contribution à l'étude des échanges convectifs à l'interface fluide paroi en présence de matériaux à changement de phase : Application au bâtiment." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0132/document.

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Abstract:

De récentes études expérimentales ont montré que les valeurs usuelles du coefficient d’échange convectif sont différentes en présence de matériaux à changement de phase. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude numérique des échanges convectifs fluide/paroi dans une cavité ouverte en régime dynamique. Plus précisément, les parois étudiées sont une paroi avec une capacité thermique et une paroi qui contient des matériaux à changement de phase. Trois modèles distincts ont été développés. Dans un premier temps un modèle (modèle 1) qui concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi résistive (temperature imposée) en régime laminaire stationnaire a été développé et validé. Les résultats ont été confrontés avec la littérature. Ensuite, les échanges convectifs à la surface d’une plaque capacitive (modèle 2) soumise à une rampe de température d’air ont été étudiés. Finalement, un troisième modèle (modèle 3) a été développé, à la suite du modèle 2. Ce dernier modèle concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi contenant des matériaux à changement de phase en régime dynamique. Les résultats obtenus révèlent des pics locaux du flux de chaleur au cours du temps. Ce fait témoigne du changement d’état à l’intérieur de la paroi qui contient le materiau à changement de phase. De plus, les courbes des coefficients d’échanges convectifs moyens révèlent la dépendance du coefficient d’echange convectif à la capacité thermique du materiau. Par conséquent, la présence des matériaux à changement de phase à l’intérieur d'une paroi influence l’évolution et la forme de la couche limite thermique Recent experimental studies have shown that the usual values of the convective heat transfer coefficient h are no longer valid in the presence of phase change materials. Three separate models were developed. Initially a model 1 which treats the fluid-wall (constant temperature) interaction in steady laminar flow has been developed and validated. Then, the wall with heat capacity (model 2) subjected to an air temperature ramp were studied. Finally, a third model (3) has been developed which treats the interaction fluid-wall which contains a phase change material. The results show local peaks of heat flow over time. This fact reflects the phase change inside the wall. Moreover, the curves of the convective heat transfer coefficient indicate the dependence of the coefficient h to the wall’s energy storage capacity. Therefore, the presence of the phase change materials within a wall effect and changes the shape of the thermal boundary layer

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Ben, Abdallah Ronia. "Intégration des matériaux à changement de phase dans les meubles frigorifiques de vente pour améliorer leur effcicacité énergétique et leur flexiblité." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS021.

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Abstract:

L’intégration de matériaux à changement de phase (MCP) dans les systèmes frigorifiques a le potentiel d’augmenter leur flexibilité, de stabiliser les températures des produits, et peut dans certaines conditions réduire leur consommation d’énergie. Cette thèse étudie plus particulièrement l’effet de l’intégration de MCP dans un meuble frigorifique de vente. Deux montages expérimentaux, l’un portant sur un meuble ouvert et un second sur un meuble fermé ainsi qu’un modèle numérique ont été développés afin de vérifier la faisabilité de cette technologie pour ce système et d’étudier l’impact de la présence du stockage sur son comportement thermique. Une étude paramétrique a permis de mettre en avant la nécessité de l’optimisation des meubles après intégration des MCP. Par ailleurs, des scénarios d’utilisation des MCP sont également présentés. Les principaux résultats montrent la faisabilité de la technologie, une augmentation significative de l’inertie thermique du meuble et la possibilité de maintenir la température des produits lors d’un arrêt de la machine frigorifique pendant plusieurs heures It is admitted that the integration of phase change material (PCM) in refrigeration systems has the potential to increase their flexibility, to stabilize product temperatures and in some cases to reduce their energy consumption. This study is about the impact of PCM used in a display cabinet. Two experimental set-ups are presented: the first one is an open display cabinet and the second one a closed display cabinet. A numerical model has been also developed and used to check the feasibility of PCM integration and evaluate its impact on the display cabinet. In addition, a parametric study have been carried out to highlight the importance of a display cabinet optimization after the insertion of PCM. Besides, PCM application in supermarket scenarios are discussed. The main results show the feasibility of PCM insertion, a significant increase of its thermal inertia, and the possibility to keep the compressor off during a few hours without temperature abuse for the products

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Gourvest, Emmanuel. "Développement et élaboration par MOCVD de matériaux à changement de phase à base d'alliages GeTe : applications aux mémoires embarquées pour la microélectronique." Phd thesis, Grenoble INPG, 2010. https://theses.hal.science/tel-00668137.

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Abstract:

Les mémoires à changement de phase électroniques (PCRAM) sont l'un des candidats les plus prometteurs pour la prochaine génération de mémoires non-volatiles. Cette technologie présente cependant deux inconvénients majeurs : un temps de rétention de l'information court pour des températures de fonctionnement élevées et une consommation électrique trop importante. Le premier objectif de ce travail a été de développer de nouveaux matériaux à changement de phase par PVD pour remplacer le traditionnel Ge2Sb2Te5, inadapté pour des applications embarquées. Le second objectif a été d'élaborer le matériau sélectionné par MOCVD assisté plasma afin d'évaluer la faisabilité de dispositifs confinés nécessitant des courants de fonctionnement faibles. L'étude du matériau binaire GeTe a montré des performances supérieures à celles de Ge2Sb2Te5 avec notamment une estimation du temps de rétention de l'information de dix ans à 110°C. L'impact de l'incorporation d'éléments dopants N ou C dans GeTe a été évalué en prévision du développement MOCVD. Il a été démontré une nette augmentation de la stabilité thermique des matériaux dopés, que nous expliquons par la formation d'une phase amorphe de type nitrure ou carbure lors de la cristallisation. L'utilisation d'un système de dépôt MOCVD par injection pulsée avec assistance plasma a permis de réaliser des couches minces conformes de GeTe à l'état cristallin ou amorphe, présentant des propriétés de transition de phase similaires à celles de GeTe de référence élaboré par PVD Phase-Change Random Access Memories (PCRAM) are one of the most promising candidates for next generation of nonvolatile memories. However, this technology presents two major drawbacks: an archival life for high operating temperatures too short and power consumption too high. The first objective of this work was to develop new phase change materials by PVD to replace the common Ge2Sb2Te5 unsuitable for embedded applications. The second objective was to develop the targeted material by plasma-assisted MOCVD to assess the feasibility of confined devices requiring low operating currents. The study of binary GeTe material showed higher performance than Ge2Sb2Te5 including an estimated archival life up to ten years at 110°C. The impact of the incorporation of doping elements N and C in GeTe has been under evaluation for development of MOCVD. It has been shown a pronounced increase in thermal stability of doped materials that we explain by the formation of an amorphous phase of nitride or carbide during crystallization. Using a pulsed liquid MOCVD tool with plasma assistance allowed depositing GeTe thin films in crystalline or amorphous phase, with properties of phase transition similar to sputtered GeTe ones

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Ahmad, Maha. "Nouveaux composants actifs pour la gestion énergétique de l'enveloppe légère des bâtiments. Couplage matériaux à changement de phase, super-isolation, apports solaires." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2004. http://www.theses.fr/2004GRE10167.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est la réalisation de composants de la structure des bâtiments incorporant des Matériaux à Changement de Phase (MCP) couplés à un super-isolant (VIP, Vacuum Insulation Panel), pour d'une part améliorer l'inertie thermique des parois et le confort à l'intérieur des locaux et d'autre part pour réaliser une enveloppe légère l'étude est divisée en deux parties. La première partie est relative à l'étude des propriétés thermiques des parois soit expérimentalemenl soit par simulation numérique. Cette partie a permis de choisir le type de paroi ainsi que le MCP. La deuxième partie concerne l'étude de deux cellule-tests isolées avec un VIP. Une cellule est équipée de panneaux contenant le MCP couplés avec le super isolant. Des mesures de températures et de flux ont permis de caractériser le comportement thermique des deux cellules pour différentes conditions climatiques. Une simulation numérique réalisée à l'aide du logiciel TRNSYS modifié donne des résultats en bon accord avec l'expérience L'étude montre ainsi que telles parois permettent un stockage efficace de l'énergie solaire entrant par les faces vitrées. En été comme er hiver, l'amplitude de la température intérieure de la cellule avec MCP est diminuée de 20. C sur un cycle journalier. Le MCP donc joue convenablement son rôle d'" amortisseur thermique" et les fluctuations des températures intérieures sont considérablement réduites. Les panneaux définis dans cette étude sont susceptibles de développements ultérieurs The objective of this study is the realization of building components incorporating a Phase Change Material (PCM) cou pied with a Vacuuri Insulation Panel (VIP) (i) to improve thermal inertia of the walls and comfort inside the buildings (ii) to build a light envelope. The study is shared in two parts. The first part deals with the thermal study of walls either experimentally or by numerical simulation in order to choose the panels and the PCMs. The second part concerns the study of two test-ce Ils with super-insulated light wallboards, one of them being equipped with PCM panels. Temperature and heat flux measurements allowed us to characterize the thermal behaviour of the two cells submitted to climatic conditions. A numerical simulation with the TRNSYS software has been carried out. This simulation required the implementation of a new computational module in the software. An excellent agreement was found with the experimental results over a large period of time (severé months) thus demonstrating the validity of the mode!. This study showed that the efficiency of PCM is remarkable with a reduction of the indoor temperature amplitude of approximately 20. C in the test-cell. The PCM structure showed significant heat storage and de-storage. PCM panels developed within the framework of this study seem interesting for future development

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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux à changement de phase Microcapsulés'

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