Academic literature on the topic 'Quadripôle thermique'

La consommation énergétique en France a pour origine principale le secteur résidentiel et tertiaire. En environnement urbain, l’habitat est encore principalement ancien, avec des déperditions importantes. L’amélioration des performances énergétiques passe par la quantification des pertes, basée sur une méthode globale de mesure par caméra infrarouge à haute résolution spatiale.L’interprétation des images obtenues nécessite une description des termes radiatifs composant le signal, pour cela un simulateur original est mis au point. A partir d’une scène tridimensionnelle maillée, le champ de température est calculé pour les parois 1D et pour les ponts thermiques 2D, par le programme thermique développé à cet effet, SUSHI qui s’appuie sur un pré-calcul d’éclairement solaire et un pré-calcul de réponse indicielle 2D. Le signal du capteur infrarouge est alors modélisé en adaptant le code radiatif MOHICANS.Cette chaîne logicielle a l’originalité de proposer une fusion efficace des simulations de la réponse dynamique en température et en luminance de zones présentant un transfert 1Dà travers la paroi et de zones présentant un transfert 2D.La mise en œuvre de la campagne expérimentale BATIR a permis de mesurer le comportement thermique d’une façade de bâtiment et de son environnement radiato-convectif. Une validation ponctuelle des températures calculées par SUSHI a été réalisée par confrontation à une mesure par thermocouple. Des caméras infrarouges ont été mises en œuvre afin de collecter la luminance issue de la façade étudiée en bande II et III. Les luminances calculées par MOHICANS sont comparées à ces acquisitions, et valident la chaîne logicielle à ce niveau
The main origin of the energy consumption in France is the residential and commercial sector. In urban environment, housing is mostly old, which means high heat losses. The improvement of energy performances requires the quantification of heat losses. This quantification may be based on a global measurement by an infrared camera with high spatial resolution.The infrared image interpretation requires a description of the radiative terms that make up the signal. For that purpose, a novel simulator is developed. The temperature field is calculated from a meshed three-dimensional scene composed of 1D walls and 2D thermal bridges. This operation is realized by the developed thermal software SUSHI, which is based on solar irradiance pre-computation and on 2D unitary response pre-computation. The software uses as input environmental data measured in the field. The infrared sensor signal is then modelled by adapting the radiative program MOHICANS. This software chain has the distinct advantage of an efficient fusion of dynamic response simulations of temperature and radiance, for areas with unidirectional and 2D heat transfer.The experimental campaign BATIR was set-up for measuring the thermal behavior of a building façade and its convective and radiative environment. A local validation of temperature calculation by SUSHI was realized through a comparison with thermocouple measurement results. Infrared cameras were operated in order to collect the radiance coming from the analyzed façade in band II and III. The radiances calculated by MOHICANS were compared with these acquisitions in order to validate the software chain at this level

Le contrôle thermique est un point clef de la conception des équipements électroniques. En effet les caractéristiques de fonctionnement des composants et la fiabilité des systemes dépendent fortement de la température. Nous avons développé un outil de modélisation des transferts de chaleur dans les composants électroniques de puissance qui permet d'optimiser leur structure d'un point de vue thermique. Ses performances en terme de temps de calcul permettent cette optimisation sans avoir recours à des modèles réduits. La méthode ne nécessite pas de maillage de la structure et son caractère analytique en fait une méthode adaptée à la caractérisation expérimentale des composants. Le premier chapitre est consacré à la mise en place des outils de modélisation thermique de structures à géométrie multibloc, c'est-à-dire de structures composées d'empilements pyramidaux de blocs parallélépipédiques, géométries caractéristiques des composants électroniques de puissance. Le deuxième chapitre est centré sur la validation et l'estimation des performances de la méthode. La simulation thermique d'un module IGBT (lnsulated Gate Bipolar Transistor) est réalisée. Une procédure de conception optimale d'un diffuseur est proposée. La faisabilité de la prise en compte par la méthode des quadripôles thermiques du couplage entre un canal fluide et ses parois solides, ou de la modélisation d'un radiateur à ailettes, est également démontrée. Le troisième et dernier chapitre est consacré à la mise au point d'outils de caractérisation d'empilements, de métrologie de température sur les IGBTs et de fluxmètrie par conduction inverse. Une procédure de mesure de température sur la surface d'un composant est également mise au point. La mesure est réàlisée par thermographie infrarouge, phosphorescence induite U. V. Et par l'intermédiaire d'un paramètre thermosensible afin de procéder à la cartographie des emissivités. La perspective d'utiliser un composant électronique comme fluxmètre est également envisagée.

A la différence de la température de bruit qui est une façon d'estimer la puissance de bruit que mesure un radiomètre à puissance totale, la température de corrélation caractérise la partie corrélée de deux signaux aléatoires que l'on compare en les appliquant sur les deux entrées d'un corrélateur. Ce travail concerne le cas où l'on relie les deux entrées d'un quadripôle passif dissipatif à celles d'un radiomètre microonde à corrélation. Deux types de quadripôles sont considérés : une ligne microruban rendue dissipative par implantation de plots résistifs et un couple d'antennes placées de part et d'autre d'une lame à faces parallèles constituée d'un matériau de permittivité complexe connue. L'expression du signal radiométrique est établie à partir du formalisme d'ondes de bruit. Dans le cas de la ligne microruban, on établit les conditions qui rendent maximale la température de corrélation. Une méthode d'inversion par filtre de Kalman permet de reconstituer le profil de température le long de la ligne, d'où la définition d'un nouveau capteur thermométrique. Le système antenne-milieu dissipatif est traité à partir d'une méthode modale de calcul du champ proche rayonné. Les comparaisons théorie-expérience sont très satisfaisantes. La réalisation d'un radiomètre à corrélation en structure hybride, centré sur la fréquence de 3 GHz, est actuellement bien avancée suite à notre étude d'un modulateur biphase et d'une ligne à retard à commande électronique en structure plaquée

L'objectif de notre travail est d'optimiser une paroi multicouche ou un élément de paroi alvéolaire par rapport à l'isolation thermique et l'inertie thermique. Nous avons montré que la capacité thermique déduite de la représentation quadripolaire d'une paroi est un paramètre caractérisant l'inertie de la paroi. L'optimisation d'une paroi multicouche, en plus de donner la disposition optimale des couches, a aussi déterminé l'épaisseur optimale de la couche massive. La production d'entropie irréversible journalière d'une paroi multicouche a confirmé la meilleure disposition des couches. Un élément de paroi alvéolaire représenté par une cavité partitionnée a été étudié théoriquement et expérimentalement en régime permanent et en régime variable. Cette étude a montré la prépondérance du transfert radiatif sur le transfert convectif dans les alvéoles. Un nombre optimal de cloisons donnant une résistance maximale a été trouvé. L'influence de paramètres pertinents de la cavité partitionnée sur le transfert thermique et sur la résistance thermique a été mise en évidence. L'étude de l'influence de la période de la température excitatrice sur les transferts convectif et radiatif a décelé l'existence d'une fréquence de résonnance dans l'alvéole la plus proche de la condition aux limites variable. Un modèle simplifié 1D des transferts thermiques dans une cavité partitionnée validé numériquement et expérimentalement nous a permis d'appliquer la méthode des quadripôles aux cavités partitionnées. Une cavité partitionnée a pu ainsi être optimisée par rapport à l'isolation thermique et à l'inertie thermique
The objective of this work is to optimize a multilayered wall or an element of alveolar wall in relation to insulation and thermal inertia. We showed that the thermal capacity deducted of the quadruple representation of a wall is a parameter characterizing thermal inertia of the wall. The optimization of a multilayered wall gives the optimal disposition of the wall layers and determines the optimal thickness of the massive layer. The daily entropy production of a multilayered wall confirms the best disposition of the layers. Heat transfer in an element of alveolar wall represented by a partitioned cavity has been theoretically and experimentally studied. Our results show the preponderance of the radiation heat transfer on the convection one. An optimal number of partitions giving a maximal resistance is found. The influence of pertinent parameters on heat transfer and thermal resistance is emphasized. Influence study of the exciting temperature period on the convection and radiation heat transfer shows the existence of a resonance frequency in the alveolus nearest to the variable boundary. A simplified 1D model of heat transfer in a partitioned cavity that has been validated both numerically and experimentally allows to apply quadruple method to partitioned cavity. Thus, a partitioned cavity can be optimized as regards insulation and thermal inertia

Ce travail est une contribution à l'étude de la détection cohérente du bruit thermique en microonde par utilisation d'un radiomètre à corrélation. Il a pour but la compréhension des phénomènes physiques et la définition de nouveaux procédés thermométriques.

Le secteur du bâtiment représente 35% des la consommations énergétiques dans les pays membres de l’agence international de l’énergie en 2010 et 39,8% aux Etats-Unis en 2015. Plus de 50% de cette consommation a été utilisée pour la production de chaleur et de froid. Néanmoins cette consommation peut être réduite par l'amélioration la performance énergétique du bâtiment. La performance thermique de l'enveloppe du bâtiment joue un rôle primordial. Par conséquent, le diagnostic thermique de l'enveloppe du bâtiment est nécessaire pour, par exemple, la réception de nouvelles constructions, l'amélioration de la performance énergétique des anciens bâtiments, ainsi que la vente et la location des logements. Pourtant, il existe très peu de méthodes quantitatives pour la caractérisation des parois épaisses. L'objectif de cette étude est d'explorer des méthodes quantitatives innovantes de diagnostic thermique de l'enveloppe du bâtiment. Des mesures expérimentales ont été réalisées en laboratoire (à l’IFSTTAR à Nantes) et in situ (à l’IUT de Bordeaux). Différents capteurs et méthodes d'instrumentation ont été étudiés pour mesurer la densité de flux et la température de surfaces des parois, afin de procurer des recommandations pour le choix des capteurs ainsi que des protocoles de traitement de données. A partir des données mesurées (température et densité de flux des surfaces de l'enveloppe), trois approches numériques ont été proposées pour estimer des paramètres thermiques des parois multicouches épaisses : par méthode inverse, par réponse à un échelon et par réponse impulsionnelle. En outre, une méthode innovante non-destructive utilisant la rayonnement térahertz a été étudiée. Les mesures ont été effectuées au sein du laboratoire I2M. Cette méthode permet de caractériser le coefficient d'absorption des matériaux constructifs ordinaires comme isolation, plâtre, béton, bois… Elle pourrait postérieurement être combinée avec une méthode thermique pour apporter des informations complémentaires
Buildings represent a large share in terms of energy consumption, such as 35% in the member countries of IEA (2010) and 39.8% in U.S. (2015). Climate controlling (space heating and space cooling) occupies more than half of the consumption. While this consumption can be reduced by improving the building energy efficiency, in which the thermal performance of building envelope plays a critical role. Therefore, the thermal diagnosis of building envelope is of great important, for example, in the case of new building accreditation, retrofitting energy efficiency of old building and the building resale and renting. However, very few diagnostic methods exist for the characterization of thick walls. The present measurement standards that based on steady state heat transfer regime need a long time (several days). The classical transient technologies, such as flash method, are difficult to implement on the walls because of the large thickness of walls and the complex conditions in situ. This thesis aims to explore innovative methodologies for thermal quantitative diagnosis of building envelope. Two experimental cases were carried out: one is in laboratory (IFSTTAR, Nantes) and the other is in situ (IUT, Bordeaux). Different sensors and instruments were studied to measure the wall heat flux and surface temperature, and provided some guidelines for the choice of sensors and data processing protocols as well. Using these measured data, three estimation approaches were proposed to estimate the thermal parameters of the multilayer thick wall: pulse response curve method, step response curve method and inverse method, which can be applied for different diagnostic situations. In addition, an innovative NDE (non-destructive evaluation) method using terahertz (THz) radiation was also investigated. Measurements were carried out in I2M laboratory to characterize the absorption coefficient of standard building materials (insulation, plaster, concrete, wood ...). This THz method can be combined with a previous thermal method to provide some complementary information

L'étude est une contribution : d'une part à la propagation des ondes (E. M. ), acoustiques, optiques. . . ) et aux transferts thermiques dans les matériaux multicouches d'autre part à une étude expérimentale et une modélisation des transferts thermiques dans les bâtiments. A partir des équations de Maxwell et de la théorie des lignes pour la propagation des ondes E. M. , nous donnons les quadripôles équivalents aux matériaux homogènes et linéaires. Nous généralisons la méthode pour les ensembles multicouches et donnons le quadripôle équivalent, nous donnes le coefficient de réflexion, de transmission, etc. Nous étendons cette méthode à toutes les ondes. Par analogie, nous assimilons les transferts thermiques à une propagation «fictive» nous donnons le quadripôle équivalent, nous définissons une impédance «fictive», une constante de propagation «fictive». Nous séparons les contributions flux radiatifs, flux convectifs et nous montrons que les difficultés sont liées aux stratifications des couches d'air et aux couplages flux radiatifs-flux convectifs. L'essai de modélisation porte sur les échanges thermiques et en particulier les couplages. Nous donnons une contribution sur les échanges thermiques et en particulier les couplages. Nous montrons que pour les parois légères il faut négliger l'influence des couplages radiatifs. Les résultats obtenus en régime transitoire valables à quelques % près et nous montrons pourquoi il est difficile―compte tenu de nombreux paramètres―d'obtenir mieux

L'objectif de ce travail est de proposer une amélioration des techniques de mesures par sondes à choc, au vu des récents progrès en matière de traitement du signal, d'acquisition et de pilotage électronique des données. Ce travail comporte plusieurs aspects originaux et démontre les intérêts d'un pilotage électronique des données pour l'etimation de paramètres thermophysiques. Ce pilotage a pu s'opérer sous diverses formes. D'une part, en jouant sur la forme temporelle de l'excitation, en élargissant sa plage fréquentielle en vue d'améliorer la précision de l'estimation des paramètres thermophysiques. Mais aussi, en limitant cette plage des fréquences à une zone déterminée par l'étude de sensibilité ; ceci dans le but de diminuer fortement l'influence de certains paramètres sur la réponse du système. D'autre part, en augmentant lenombre de points de mesure pour l'exploration des possibilités dans le cas du transfert 2D dans des milieux hétérogènes. Dans chacune des études présentées nous avons essayé de mettre l'accent sur les avantages principaux de ces méthodes, notamment par l'utilisation de sondes à chocs qui sont faciles de mise en oeuvre et de moindre coût, mais aussi par la rapidité et la fiabilité de l'estimation qui est toujours basée sur le critère des moindres carrés linéaires. Le formalisme des quadripôles pour modéliser les transferts thermiques par conduction au sein du système sonde-matériau est ici employé. L'objectif final de notre travail étant d'étudier des matériaux stratifiés hétérogènes, nous avons été amenés à développer une extension du formalisme "classique" : les quadripôles "numériques". Ce formalisme semi-numérique (ou semi-analytique) possède certains avantages importants par rapport à une modélisation totalement numérique. Il permet, par exemple, d'étudier simplement le cas des milieux semi-infinis mais également d'analyser la réponse du système étudié à une large échelle de temps.

Ce travail porte sur la détection de l’endommagement de matériaux composites. Une première partie concerne l’élaboration de méthodes permettant d’estimer les termes sources de chaleur d’un matériau sollicité mécaniquement. Lors de ce processus, un ensemble de défauts mécaniques mènent à des productions de chaleur. La détection des sources peut permettre la détection de ces défauts. Deux principales méthodes sont présentées : une méthode dite « directe » basée sur une discrétisation du champ de température mesuré et une méthode « itérative » basée sur la méthode du gradient conjugué. A ces méthodes sont couplées des techniques de filtrages des données comme la SVD. Les équations sont résolues par différences finies sous leur forme linéaire. Des modifications sont apportées à l’algorithme itératif pour améliorer sa convergence ainsi que les résultats. Les problématiques envisagées font partie des problèmes inverses en thermique. L’objectif de la première partie est de trouver un lien entre l’apparition de macro-fissure et la localisation de termes sources de chaleur au sein d’un matériau composite. La seconde partie consiste à élaborer des méthodes d’estimation des diffusivités thermiques directionnelles. Les méthodes reposent sur une modélisation du transfert de chaleur à l’aide des quadripôles thermiques. Les estimations de paramètres sont réalisées sur des zones ciblées à risque sur un matériau déjà endommagé. Le but est de faire le lien entre un endommagement mécanique connu diffus et une dégradation des propriétés thermiques. Ce manuscrit est présenté en deux parties : une partie de validation des méthodes. Une partie expérimentale où sont analysés les composites
This work deals with the damage detection of composite materials. These materials are used in the aeronautics industry. The first part concerns the development of methods to estimate the heat sources terms of a stressed material. During this process, a set of mechanical defects leads to heat productions. The sources detection can conduct to the detection of these defects. Two main methods are presented: a "direct" method based on a discretization of the measured temperature field and an "iterative" method based on the conjugate gradient method. These methods are coupled with data filtering techniques such as SVD. In order to optimize computation time, equations are solved by finite differences in their linear form. Modifications are also made for the iterative algorithm to improve its convergence as well as the results of the estimation. These problems are considered as thermal inverse problems. The main objective of the first part is to find an experimental link between the appearance of a macro fissure and the localization of a heat source term within a composite material. The second part consists in the elaboration of methods for estimating thermal directional diffusivities. The methods are based on a modeling of heat transfer using thermal quadrupoles. Parameter estimations are made on targeted "risked" areas on a material, which is already damaged but not under stress. The aim is to link a known mechanical damage, which is called "diffuse" to thermal properties degradation in the main directions. This manuscript is presented in two parts: a validation part of the methods, and an experimental part in which composites are analyzed