Quelques enjeux en transferts thermiques

Rev. GLn. 0 Elsevier,

Therm. Paris

(1998)

37,

743-758

Quelques enjeux en transferts Jean-Bernard a Laboratoire

d’itudes

thermiques

b Laboratoire d’6nergdtique kale centrale de Paris,

Saulnier”*,

(LET), UMR 6608, 86960 Futuroscope

Jean Taineb

Ensma cedex,

Poitiers,

(Rey

le 9 avril English

1998, version

accept6

BP 109,

Chasseneuil-du-Poitou,

France

mokculaire et macroscopique Grande Voie des Vignes, 92295

Abridged

thermiques

et de combustion ChBtenay-Malabry

le 9 avril

at the end

(EMZC), cedex,

UPR 288, France

1998)

of the

text

Abstract-Some stakes in heat transfer. Heat transfer is strongly involved in many scientific and technologic domains and the French heat transfer laboratories and networks cooperating is this field are first located. The analysis of the main industrial activities demanding heat transfer competence helps one first to identify some up-to-date technological challenges. It appears clearly that connecions are to be reinforced between disciplines like heat transfer, fluid mechanics, combustion, material science, optics, biology... Scientific objectives are then scanned through, by splitting the research activities between mature topics (radiation, particularly in semi-transparent media; convection and thermoconvective instabilities; heat transfer in porous media...), emerging (heat transfer with change of phase, convective heat transfer enhancement by active control in the boundary layer, inverse techniques...) and incipient ones. Among some promising new topics, let us mention microscale heat transfer, and also bioheat transfer. 0 Elsevier, Paris R&urn& - Les transfer& thermiques jouent un rdle majeur dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques, et I’on identifie tout d’abord rapidement les laboratoires universitaires francais et reseaux associes a ce champ disciplinaire. Une analyse des secteurs industriels concern& permet de preciser quelques enjeux technologiques importants sollicitant fortement les competences en transfert thermique. Un constat immediat et evident concerne le caractere interdisciplinaire des recherches a mettre en ceuvre, constat de nature a renforcer les liens entre transferts thermiques et mecanique des fluides, combustion, science des materiaux, optique, biologie par exemple. Une classification des thematiques majeures (rayonnement, instabilites thermoconvectives, transfer% thermiques dans les milieux poreux...), emergentes (transfert avec changement de phase, techniques inverses...) et naissantes tente alors de degager quelques enjeux scientihques porteurs. Le point est effectue en matiere de modelisation et de metrologie thermiques. Parmi les themes nouveaux, mentionnons par exemple la microthermique, et la biothermique. @ Elsevier, Paris

Principaux

LIF DRASC FTIR AMETh Metti ACRT Cirst

Refiom

sigles

Laser Induced Fluorescence Diffusion Raman anti-Stokes coherente Spectroscopic infrarouge a transformee de Fourier (Fourier Transform Spectroscopy in the InfraRed Range) Reseau sur l’amelioration des Bchanges thermiques (soutenu par DSPT8 et SPI) Reseau sur la metrologie thermique par techniques inverses Action concertee en rayonnement thermique Comite interministkriel de la recherche scientifique et thermique

DSPT 2 DSPT 3 DSPT 4 DSPT 5 DSPT 8 MST

* Correspondance

et tires-a-part.

Residus d’epuration des fumees d’incineration des ordures menageres Departement scientifique pedagogique et technique N” 2 de la MST (sciences de la matiere et genie des pro&d&) Departement scientifique pedagogique et technique N” 3 de la MST (sciences de la Terre et de l’univers-Espace) ’ Departement scientifique pedagogique et technique No 4 de la MST (sciences et technologies de l’information) Departement scientifique pedagogique et technique No 5 de la MST (biologie, medecine et Sante) Ddpartement scientifique pddagogique et technique N” 8 de la MST (mecaniaue, genie electrioue. productique, transports et gdnie civil) Mission scientifique et technique (operationnelle au MENRT jusqu’a la fin de 1997)

J.-B.

Saulnier,

1. INTRODUCTION Les transferts thermiques constituent une science confronthe & une demande forte issue de l’industrie : ils sont au cmur de la physique des transferts et, plus &n&alement, au cceur des sciences pour l’ingknieur. Cette physique des transferts recouvre un grand nombre d’khelles : Bchelle mokulaire (phknom&nes de transport, interaction rayonnement-mat&e, rkponse thermique aux impulsions ultra brbves, etc.), Bchelle mksoscopique (interfaces minces, etc.), kchelle du milieu continu, khelles d’homog&Gisation (milieux polyphasiques, etc.), Cchelle des systkmes et pro&d& (satellites, moteurs, fours...). On pourrait ajouter l’khelle planittaire (transferts atmosphkriques, etc.) et l’khelle de l’univers, mais ces disciplines rekvent traditionnellement d’autres secteurs, bien que les connexions thkmatiques soient trbs ktroites. Elle se caractbrise 6galement par une forte interaction entre phQnom&nes, ainsi que l’illustrent les quatre exemples suivants : -. four verrier (combustion, transferts thermiques, en particulier convection, rayonnement de milieux semitransparents, chimie, kventuellement 6lectrocinktique des courants polyphas&) ; - rentrke dans l’atmosphkre (mkcanique des fluides, transferts thermiques, chimie, plasmas) ; ~ soudage (thermomkcanique, plasmas, matkiaux) : .~ propulsion (combustion, transferts thermiques. chimie, matkriaux). Mettant en ceuvre des thkmatiques originales (transferts dans les fluides, dans les milieux h&&o&es, aux micro-khelles, rayonnement.. .), la recherche en transferts thermiques s’appuie sur un ensemble de relations avec d’autres disciplines des sciences physiques : ~ mkanique des fluides et thermodynamique (combustion, cascades de transformation de l’knergie, calodues...) : chimie physique et plasmas (rayonnement. combustion...) ; ~ physique du solide, science des matkriaux (transferts thermiques dans les pro&d& de mise en forme, dans l’usinage et en plasturgie, rkistances thermiques de contact...) : -. tribologie (champs thermiques dans les zones de contact frottant). Elle s’accompagne d’ouvertures vers la biologie (hyperthermie, cryogknie, agro-alimentaire...) et le g6nie des pro&d&. De nombreux dkveloppements mktrologiques originaux repondent aux spkcificitks des transferts thermiques, pour lesquels les mesures s’opbrent souvent dans des conditions d’accks et d’environnement diffitiles, comme par exemple lorsqu’il s’agit d’identifier : --- la tempkrature de palier de vilebrequin en mouvement : 744

J. Taine

la tempkrature de particules lors de leur impact sur une cible solide en projection plasma ; le flux thermique pariktal dans une chambre de combustion : la tempkrature au sein d‘un milieu semitransparent, tel un bain de verre en fusion ; ~ la rksistance thermique d’interface entre renforcement et matrice, dans u11 matkriau composite. La mktrologie en physique des transferts exploit,e frkquemment l’influence qu’exercent les transferts thermiques sur de trks nombreux phknomknes et sur les grandeurs associ6es (mkaniques: optiques, klectriques.. .). Des avanckes substantielles ont 6t6 apportkes ou sont en tours, g&e & l’apparition, en transfert thermique, de techniques s’appuyant sur : l’optique (visualisation, interfkromktrie. diffraction...) ; la physique molkculaire (spectroscopic, diffusion appliquke & la mesure des tempkratures dans les fluides rkactifs : Rayleigh, LIF, DRASC...) : la microklectronique qui est en mesure de donner accbs & la conception d’une nouvelle g6ntkation de capteurs (flux, tempkrature, vitesse, espbces...), et d’actionneurs. Notons enfin que les progrk accomplis par les m6thodes inverses ont 6galement une forte &percussion sur la mktrologie des transferts thermiques au sein des solides et dans les fluides (suivi d’un front de changement de phase ; tomographies de tempkratures, voire d’espkes ; mesure de grandeurs turbulentes t hermiques) La modklisation s’y opkre autant B l’kchelle des systkmes (rkseau thermique d’un moteur & combustion, thermoakraulique des bdtiments, rkduction de modkles...) qu’& celle des milieux continus (dkveloppement de techniques performantes : multigrilles, multidomaines), voire & l’kchelle microscopique (la dynamique mokulaire a rkemment 6t6 adaptke B la thermocinktique du solide pour des temps infkrieurs & la nanoseconde et aux changements de phase avec fort dkskquilibre). Les transferts thcrmiques constituent une science diffuse, dont les applications couvrent tout le champ des activitks industrielles et humaines, d&s que de l’knergie est mise en jeu. sous quelque forme que ce soit : thermique bien silr, mais aussi mkcanique, klectromagnktique ou radiative (des basses frkquences aux rayons gamma). nuclkaire, Blectronique ou chimique... L’objet de la discipline est 1’6tude et la maitrise des transferts de toutes ces formes d’knergie, qui se dkgradent en grande partie en knergie thermique : en bref, la physique des transferts. Le champ des applications est universel: s’ktendant du conditionnement de composants klectroniques miniaturisksjusqu’& la stiretk d’un r6acteur nuclkaire, en passant par l’industrie agro-alimentaire ou la thermothkrapie. Les recherches considkr&s ici sont essentiellement celles men6es au sein de formations relevant, en totalit ou en partic, d’ktablissements d’enseignement supkrieur et. pour nombre d’entre elles, Rtroitement associkesB des

Quelques

enjeux

en transferts

ecoles d’ingenieurs de statuts t&s divers (cf. tableaux I et II). Une part significative de ces recherches presente un caractere fondamental marque, qui exprime l’autonomie et la dynamique specifiques des kquipes et constitue un precieux reservoir de connaissances, permettant d’apporter des reponses aux divers problemes poses par le monde socio-Cconomique. L’equilibre entre ces travaux amont et les necessaires applications peut aussi caracteriser la physique des transferts, et correspond & l’attente des milieux industriels. Confront& a des applications concretes, les laboratoires ont pour role d’ouvrir des voies nouvelles (approches physiques, experimentales et de calcul). La mise en osuvre de ces voies sur des systemes industriels, les recherches a caractere plus technologique et la recherche et developpement, sont me&es dans de grands organismes (CEA, Cnes, Onera, EDF, IFP, etc.), dans les centres de recherche de groupes industriels publics et prives (PSA, Renault, Saint-Gobain, Snecma, Danone, SEP, SEB..., cf. tableau III), dans des centres techniques (Cetiat, Cetim, par exemple), ou dans divers centres de ressources technologiques (GRETh par exemple) et sock%& de recherche sous contrat. Ces differentes structures coop&rent frequemment avec les laboratoires de l’enseignement superieur, consider& comme leur amont : ceux-ci representent a la fois une part de leur vivier en cadres et leurs sources de connaissances pour le moyen et le long terme. En conclusion, presents dans de tres nombreux secteurs de la vie economique, les transferts thermiques font l’objet de travaux de recherche bien equilibres entre les aspects fondamentaux et leurs prolongements appliques.

2. LES LABORATOIRES UNIVERSITAIRES FRANCAIS ET LES RkSEAUX ASSOCIkS La recherche universitaire en transferts thermiques est le fait de laboratoires reconnus par le DSPT8 de l’ancienne Mission scientifique et technique (tableaux I et 14 : de l’ordre de 40 laboratoires, en transferts thermiques (soit p&s de 1000 personnes, toutes categories confondues) dont une part importante a le label du CNRS (20 laboratoires, 600 personnes). Parmi ces differents laboratoires, nombre d’entre eux participent a des GDR du CNRS, ou & des actions incitatives du MENRT. Par ailleurs, un certain nombre de reseaux ont 6te mis en place tels que : - le reseau Ameth, avec pour objectif l’amklioration des connaissances des mecanismes des transferts de chaleur en simple et double phase ; - le groupe Metti, pour developper les methodes inverses en metrologie thermique ; ~ le reseau ACRT, pour renforcer les recherches sur le rayonnement.

thermiques

Les formations doctorales auxquelles sont attachees ces laboratoires de transferts thermiques sont sensiblement au nombre de 20 (tableau IV), sachant que, dans bien des cas, combustion et transferts thermiques se retrouvent au sein d’une meme formation, frequemment associes a la mecanique des fluides et/au & la physique. L’ensemble constitue une recherche structuree et de qualite.

3. LES SECTEURS INDUSTRIELS CONCERNkS EN FRANCE L’impact des transferts thermiques est trbs fort dans de nombreux domaines socio-Qconomiques, et s’identifie t&s bien, par exemple, au sein des sept programmes prioritaires nationaux definis par le Comite interministkriel de la recherche scientifique et technologique (Cirst) le 3 octobre 1996 : - transports terrestres et akronautiques ; ~ industries agro-alimentaires ; ~ industries electroniques et technologies de l’information ; ~ chimie de la formulation ; - Sante ; ~ environnement et cadre de vie ; - sciences de l’innovation et des procedes. 11 apparait clairement, a travers les quelques exemples qui suivent (cf. Cgalement tableau III), que les transferts thermiques sont fortement sollicites par les grands objectifs prioritaires actuels. Notons Bgalement le role important de la recherche en transferts thermiques dans le secteur de l’energie qui, bien que non prioritaire, n’en demeure pas moins un secteur strategique pour l’economie nationale.

3.1. Transports

terrestres

3.1 .l Automobile - Vehicule a moteur thermique (refroidissement des principaux organes du moteur), role des transferts avec Bbullition, gestion thermique des systemes situ& sous le capot, transferts sol-plancher du vehicule, controle thermique de la catalyse. ~ Vehicule electrique : controle thermique du moteur, de l’electronique, de la batterie, integration des boucles fluides. - Thermique de l’habitacle (vitrages, gestion de l’air et climatisation) et confort thermique. ~ Thermique des systkmes de freinage et de ralentissement 745

J.-B.

3.1.2. Transports

Saulnier,

3.6. lknergie

ferroviaires

- Refroidissement des matrices (moteurs, electronique de puissance, freins), climatisation et confort thermique. 3.2. Secteur

akronautique

et spatial

- Refroidissement et controle thermique des parois des chambres de combustion des moteurs aeronautiques. ~ Maitrise des transferts thermiques dans les propulseurs spatiaux cryogeniques et a ergols solides. Controle thermique des satellites : accroissement sensible de l’integration dans les projets de satellites decimetriques, evacuation par boucles fluides diphasiques en apesanteur. ~ Rent&e des navettes spatiales.

3.3. Industries Clectroniques et Clectrotechniques

3.4. Sciences de I’innovation et des procCd& ~~ Thermique de la mise en forme des materiaux et des pro&d& de fabrication (micro-usinage, usinage laser, collage...). - Amelioration des echangeurs. ~ Exploitation des microsystemes (la thermique intervient dans leur conception, mais doit aussi les utiliser pour ses besoins propres). -~ Maitrise des phenomenes thermiques dans la conception de nouveaux produits electromenagers.

agro-alimentaires

- Cycles congelation/decongelation. ~ Pro&d& d’appertisation. - Gestion des aliments, suivi thermique du froid >b et controle bacteriologique. 746

~ Production d’energie thermique (brtileurs, foyers chaudieres. ..), amelioration des echangeurs. Production de froid, nouveaux systbmes de climatisation. Optimisation thermique des systemes electrotechniques et electrochimiques.

3.7. Environnement Gestion de la fin de vie des produits (traitement thermique des dkchets ; inertage : cas des residus d’epuration des fumees d’incindration des ordures menageres [Refiom] et du nucleaire), ~ Qualite de l’air et confort thermique (habitat). Gestion des risques (en particulier ceux associes a la combustion...).

3.8. SantC

~~-Conception thermique de boitiers tklephoniques d’abonnes (nouveaux services : fibre optique, densification du trafic). ~ Accroissement de la densite de flux dissipe dans les puces (quelles technologies de refroidissement ?). ~ Systemes opto-electroniques (diodes laser.. .). ~ Maitrise thermique des technologies submicroniques. ~ Refroidissement des machines electrotechniques et de l’klectronique de puissance.

3.5. Industries

J. Taine

de la “chaine

Hyperthermie et traitement du cancer. ~ Prise en charge des grands brules. ~ Thermique et mort subite du nourrisson. Hypothermie (therapeutique, accidents professionnels...). ~~ Cryoconservation des organes. L’activite en transferts thermiques apparait plutot diversifiee, du fait du caractere relativement universe1 du champ d’application de la discipline et des interactions intenses, deja mentionnees, avec d’autres champs disciplinaires ; le renforcement ou la mise en place d’un certain nombre de synergies est a prevoir en direction par exemple : de l’electronique et du genie electrique ; des sciences des materiaux : des sciences biologiques et medicales. Pour conclure: cet examen des principaux secteurs qui sollicitent nos laboratoires, ainsi que des partenaires concern&, montre que les transferts thermiques sont t&s largement represent& et que nos laboratoires sont en mesure d’apporter une contribution scientifique et technologique dans les programmes prioritaires : tres forte pour les transports terrestres, aeronautiques et spatiaux ; tres presente dans les sciences de l’innovation et des procedes. ou se situe l’essentiel de leur activite ; mais incontournable, pour les plus modeste, industries klectroniques, l’environnement et l’agroalimentaire ; emergente, dans le domaine de la Sante.

Quelques

enjeux

en transferts

Pour achever de prkciser la relation entre le milieu industriel et les laboratoires, indiquons que les relations contractuelles reprksentent en moyenne environ 60 % des ressources, hors salaires, des laboratoires.

4. LES ENJEUX EN TRANSFERTS THERMIQUES Pour situer quelques enjeux, nous avons tout d’abord analysk, & partir de la rkfkrence [I], les probl&mes technologiques et scientifiques qui peuvent Gtre dkgagks dans neuf grands domaines consid&&, au plan international, comme les principaux secteurs dans lesquels les transferts thermiques constituent des verrous technologiques majeurs : cinq sont du ressort de grands secteurs socio-Cconomiques classiques : akrospatial, knergie, kchangeurs, matkriaux et pro&d& de fabrication ; quatre autres correspondent & des kmergences plus rkcentes : biomkdical, klectronique et informatique, environnement, micro et nano-technologies ; Un premier constat apparait & travers le caractkre interdisciplinaire des recherches & mettre en ceuvre. Tout en confortant leur identitk, les chercheurs en transfert thermique sont amen& & s’ouvrir davantage encore vers d’autres champs disciplinaires (mkanique des fluides, combustion. mais kgalement sciences des mattkiaux: klectronique, optique, biologie...). En effet, une grande variktk de probkmes sont & rksoudre, dans lesquels. & ce jour, la connaissance des transferts thermiques doit etre amhliorke. Les principales thkmatiques oti un effort est attendu peuvent se rkuner comme suit : les transferts thermiques polyphasiques et aux interfaces ; les transferts thermiques dans la mise en forme des matkriaux et les pro&d& associks ; les transferts thermiques dans les conditions extremes de flux et de tempkrature, comme dans l’akrospatial: aux micro- voire nanokchelles: dans les matkriaux. l’klectronique. la biologie : la mktrologie thermique (environnement agressif : akrospatial, plasmas ; petites dimensions : rBle croissant de la micro-klectronique et, d’une manikre g&kale, des microtechniques mktrologiques) ; ~ la modklisation thermique (grands systkmes, couplage fort entre nombreux phknomknes, description & l’khelle atomique et molkculaire ; passage microscopique/macroscopique). Cette &ude a permis par ailleurs de mettre en kvidence la relative faiblesse des travaux de recherche de la communauti! fran$aise en transferts thermiques dans les domaines suivants : ~~ mise en forme des matkiaux et pro&d& de fabrication ; micro et nanotechnologies ;

thermiques

~ biomkdical ; ~ environnement, & un degrk moindre. De toute kvidence, des rapprochements seraient souhaitables sur ces sujets entre les spkcialistes des transferts thermiques (ancien dkpartement DSPT8) et ceux des matkiaux de la physique, de la gkophysique, de l’hlectronique, de la biologie et de la mkdecine (anciens dkpartements DSPT2, 3, 4, et 5). Pour compl&er cette premikre ktude, nous avons analysk la situation actuelle des transferts thermiques en France, de faGon & classifier ses forces et ses faiblesses et formuler des suggestions d’actions. Nous proposons ici une classification, selon le caractkre, mature, kmergent, ou naissant des principales thkmatiques scientifiques.

4.1. Quelques

thkmatiques

matures

Nous prksentons tout d’abord trois thkmatiques matures et cohkrentes, fkd&ant chacune une masse critique certaine d’kquipes qui ont acquis une visibilitk mondiale : - le rayonnement thermique, avec un fort accent sur les milieux semi-transparents (cette communautk resserre actuellement ses liens dans le rkseau ACRT qui fonctionne depuis un an) ; ~ les transferts thermiques convectifs, en particulier les instabilitks thermoconvectives ; - les transferts thermiques en milieux hktkrogknes. dont un exemple concerne les milieux poreux. Un &at des lieux a BtB Btabli [2] pour ces trois exemples particuliers de thkmatiques matures, et les perspectives identifikes tant sur le plan scientifique que sur celui des applications technologiques sont prksentkes dans les tableaux V, Wet VII. Nous pouvons les complkter par l’analyse des tendances actuelles en modklisation et en mktrologie des transferts, qui ont aussi acquis une maturit6 certaine en transferts thermiques. La modklisation physique doit progresser pour rep&enter les transferts dans les milieux hktkrogknes (milieux poreux), dans la matike granulaire (lits fluidisk), en cas de rayonnement avec prksence d’agrkgats, ainsi qu’aux 6chelles submicroscopiques (dynamique molkculaire, Monte-Carlo.. .). Au plan des mkthodes numkriques, il faut envisager une association efficace de la modklisation & l’kchelle des systkmes et & celle des milieux continus. D’autre part, face aux caractkres fortement couplks des transferts, & la taille croissante des modkles, l’adaptation et le dkveloppement d’algorithmes performants est attendu (multigrilles, multidomaines, approximation diffuse...) et l’on devra t&s rapidement faire un usage plus intensif du calcul massivement paralkle : la communauth doit combler son retard dans l’utilisation des ressources de calcul paralkle, pour des probkmes autres que ceux relevant de la convection. Enfin la France occupe une des toutes premikes places

747

J.-B.

Saulnier,

dans le domaine de la rkduction des modkles thermiques : cette position doit &re maintenue en poursuivant les recherches en direction de la rkduction des modkles non linkaires. Pour rksumer les principales caractkistiques des progrk accomplis et kvoquer quelques enjeux en mktrologie thermique, indiquons : ~ le r6le croissant de l’imagerie et les perspectives en matikre de tomographies (tempkrature, vitesse...) : -- le rble similaire des moyens optiques et! en particulier, de ceux s’appuyant sur la physique mokkulaire (mesures de tempkrature dans les fluides rkactifs : LIF. DRASC, FTIR...), ~ les perspectives apportkes par l’arrivke de la microklectronique et des microsystkmes (capteurs et actionneurs thermiques) ; - les rkelles avanckes offertes par les dkveloppements des mkthodes inverses en transferts thermiques, lesquelles ne doivent pas seulement 6tre utiliskes pour les probkmes conductifs, mais dkboucher sur de vkritables outils d’identification du thermicien, intervenant dans les diffkrents modes de transfert (phknornknes de propagation, changement de phase, kbullition: rayonnement...) ; -- le caractkre non intrusif des nouvelles techniques mises au point.

4.2. Exemples de thkmatiques en Cmergence Un certain nombre de thkmes sont par ailleurs en kmergence et mkitent d’Ptre confort&. Thkses et publications ont 6th produites, mais la communautk est encore insuffisamment structurke, mkme si certaines Cquipes ont acquis, individuellement, une reconnaissance internationale. Citons par exemple : -- l’amklioration des transferts thermiques convectifs par contr6le de la couche limite, qui devrait constituer une contribution originale au GDR c
J. Taine

mktrologiques ayant une dimension thermique importante (mhthodes photothermiques et thermom&aniques, mkthodes fondles sur la diffusion de rayonnement. tomographies de tempkratures et d’espkces, etc.). avec exploitation de m&hodes inverses (r6le du groupc Metti). Les deux premiitres actions sont animkes par le rkseau Ameth : elles peuvent maintenant iitre considkrkes comme en voie de structuration et de nature & produire des rkultats escomptks. 11 faudrait par contre envisager trks prochainement des efforts de soutien aux travaux sur les microkhelles. Les enjeux se situent tout d’abord au plan des nouvelles lois phknomknologiques & identifier : en conduction, hors des limites de validitk de la loi de Fourier, mais aussi en convect,ion et en rayonnement. 11 faut 6galement envisager de mettre en place une nouvelle mktrologie adapt&e B ces khelles (possibilitks offertes en terme de nar~othermocollples ou d’imagerie thermique par les nouveaux microscopes il force atomique, & champ proche, etc.). La mkconnaissance des transferts thermiques ii ces micro6chelles constitue un vkitable handicap aujourd’hui pour la micro-blectronique. l’optoklectronique et le micro-usinage. L’opkration <~microsystkmes~> pourrait constituer une bonne opportunitk pour mener dans ce domaine une action conjugulie entre les mkaniciens. les klectroniciens et les spkcialistes des transferts tliermiques. Dans lc mirme ordre de priorit& une action devrait 6tre envisagke sur les transferts thermiques dans les pro&d& de fabrication et d’usinage. Quelques actions collectives abordent la prise en compte des transferts thermiques dans ccs pro&d& (ARC Forge 2 : GDR Lasermat...)! mais la prksence des thermiciens y demeure encore insuffisante. D’autres rapprochements entre nkcaniciens du solide. spkialistes des matkriaux et des transferts thermiques s’imposent sur l’usinage et le micro-usinage mfkaniques: l’usinage par laser ou par faisceaux d’klectrons: les traitements de surfaces par plasmas, la mise en forme des matkiaux. La m&zanique, la plasturgie et l’klectronique, par exemple! constituent autant de secteurs concern&.

4.3. Exemples naissantes

de thkmatiques

Restent enfin quelques thklatiques naissantes, en relation avec les enjeux identifik au plan international (voir l’introduction de ce § 4): thbmatiques pour lesquelles la France est en retard. C’est le cas par exemple des transferts thermiques dans le domaine de l’environnement~ mais kgalement dans celui du biomgdical. Or ces deux secteurs figurent commc prioritaires. tant au plan des programmes nationaux qu’& celui des projets fransais en direction du geme PCRD (CEE). Des enjeux importants peuvent y etrc identifiks pour les transferts thermiques, ce qui justifie un effort particulier.

Quelques

enjeux

en transferts

Traditionnellement abordes dans les departement des sciences de l’Univers, les problkmes touchant & l’environnement impliquent des transferts de chaleur et de masse a l’echelle globale, regionale et locale. Qu’il s’agisse des interactions terre/atmosphere, ou ocean/atmosphere, des courants oceaniques, des nuages (en particulier a propos des transferts radiatifs), de la calotte polaire, du pergelisol, un rapprochement des thermiciens et des specialistes de la geophysique s’avererait benefique pour les deux communautes. Des echanges s’imposent sur les approches phenomenologiques (transferts radiatifs, transferts de chaleur et de masse multiphasiques...), sur la modelisation ainsi que sur les techniques inverses. L’inertage des dechets nucleaires (vitrification) puis leur stockage souterrain (prevision de l’histoire thermique du site, role de la convection dans les nouvelles conceptions impliquant une accessibilite ulterieure aux dechets en vue de leur retraitement) nkcessitent une intervention des thermiciens. 11 en est de meme des pro&d& d’inertage ultime en vue de la vitrification des cendres issues des usines d’incineration des ordures m&rag&es (Refiom). Dune facon g&kale, l’optimisation des traitements thermiques des dechets domestiques necessite un rapprochement entre specialistes des transferts, de la combustion et du genie chimique. I1 en est de meme pour les problemes lies & la pollution causee par les moteurs & combustion. La biothermique demeure developpee de faGon encore insuffisante en France. Des equipes de transfert thermique et d’autres specialitb (genie des pro&d&, electronique, electromagnetisme, micro-instrumentation, physiologie, etc.) interviennent dans ce domaine, mais de faGon relativement dispersee. Des actions de coordination sont a prkvoir : - dans l’agro-alimentaire, en vue de la maitrise des transferts thermiques dans les pro&d& de congelation/d&ongelation ; -- dans le domaine de l’environnement immediat de l’homme, pour la caractdrisation thermique de nouveaux vetements (dont les casques en applications civiles et militaires), l’optimisation du confort thermique (domaine des transports, du batiment individuel et collectif, des salles d’operation, etc.) et la prevention des risques (brtilures ou hypothermie, dans les activites industrielles et autres...) ; - dans le domaine de la Sante, les applications de I’hyperthermie (micro-ondes, radio frequences, laser, acoustique...), des exploitations medicales du laser, de l’optimisation des techniques de cryochirurgie, de la cryoconservation (des cellules, tissus et organes), de la thermique du nouveau-n4 (en relation avec la (
thermiques

(glace intra- et extra-cellulaire) et qui conditionnent le comportement ulterieur des produits (agro-alimentaire et cryoconservation d’organes). La modelisation des transferts thermiques dans les tissus prksente encore des difficult& serieuses (modelisation physique, representation delicate de phenomenes comme la perfusion, identification des parametres locaux, probleme, la encore, des microdchelles...) ; il en est de meme de la mktrologie in situ. Ces sujets spnt pourtant actuellement Studies, en particulier aux Etats-Unis, et present& de plus en plus frequemment dans les congres internationaux. La communaute franqaise des thermiciens possitde, a priori, de bons atouts (modelisation, expertise en methodes inverses, en transferts couples, etc.) pour aborder dPs maintenant cette thematique, en relation bien stir, avec les specialistes du biomedical. Nous recommandons de prendre rapidement I’initiative d’une action concertee dans ce domaine de la biothermique.

5. CONCLUSION Les transferts thermiques sont fortement concern& par les grands enjeux scientifiques et technologiques actuels, presents au sein des transports terrestres, de l’aeronautique et du spatial, des industries electroniques et electrotechniques, des secteurs agro-alimentaire, de l’energie, de l’environnement et de la Sante par exemple. Plus de 1 000 acteurs universitaires menent des travaux de recherche dans ce domaine, articules autour de thematiques matures telles : ~ le rayonnement thermique, oti l’accent est mis sur les milieux semi-transparents ; - les transferts convectifs, avec une forte contribution a l’etude des instabilites thermoconvectives ; ~ les transferts thermiques en milieu heterogene, dont un exemple concerne les milieux poreux. Grace a l’impulsion des reseaux mis en place avec le soutien conjugue du ministere en charge de la recherche et de la technologie et du CNRS, des Bquipes structurees apparaissent - ou pourraient etre mises en place dans un proche avenir ~ dans le domaine des transferts avec changement de phase (kbullition, solidification.. .), des transferts aux microdchelles (avec application a la microklectronique, au biomedical.. .), des transferts dans les pro&d& de mise en forme des materiaux (role croissant de la thermomecanique). I1 faut enfin noter l’interet croissant que suscite le domaine de la biothermique, et ce en parallele avec l’evolution observee en biomecanique. Fortement connect& & la mecanique des fluides, aux sciences physiques, au genie des pro&d&, les transferts thermiques sont appeles & s’ouvrir davantage vers la science des materiaux, l’electronique, la biologie, mais ils presentent une telle specificit qu’ils ne peuvent etre reduits ni a une science mecanique, ni & une branche de la physique ou de la chimie. 749

J.-B.

Saulnier,

Remerciements

RkFiRENCES [l] Jacobs H.R., emerging technologies CT59 l-04006, 1992.

Nous souhaitons adresser nos remerciements aux personnes qui ont participe & la rbflexion qui a permis de rkdiger ce document, 8. nos coll&gues membres du COST cb, B ceux du groupe d’experts 8.1 de la DSPT 8, ainsi qu’k tous ceux qui, dans les laboratoires, ont bien voulu nous faire part de leurs suggestions.

Abrigded About 1 000 people are performing academic studies in French universities in the field of heat transfer. which corresponds to a strong industrial demand: space and terrestrial transportation, electronics and electrotechnics, data processing, material processing. energy, environment.. . are now domains of our everyday life where controlled high or low temperatures a.re to be achieved, or where high dissipation rates are concentrated in smaller and smaller volumes, or where the accumulation and the transportation of heat reaches such an impact that our live’s conditions themselves might be drastically affected. The understanding of the phenomena, the conception of systems, and their optimisation are clearly dependent on the scientific approach of heat transfer. Let us first observe that this science involves in fact a lot of embedded scales: at molecular (transport phenomena, interaction between radiation and matter, response to ultra short heat impulse in a solid). at mesoscopic (thin interfaces). at continuum (usual engineering conduction or convection problems) and at system levels (spacecrafts, motors. furnaces.. .) We could extend to planetary or universe levels for atmospheric or stellar heat transfer. A second characteristic lies in the strong interactions between the phenomena involved with heat transfer like for instance : in a glass furnace (combustion, thermodynamics, convection, radiation in semi transparent media. chernistry. or even electrokinetics) ; in atmospheric reentry (fluid mechanics, heat transfer chemistry, plasma) ; in welding (thermomecanics, plasma, material science) ; ~ in propulsion (combustion, heat transfer, chemistry, material science). This means that heat transfer is involved in an interdisciplinary policy, but also! that apart from specific theoritical studies characterizine the nhenomena and the mechanisms of interaction, thue stro;g personality of heat transfer is also present with its modelling techniques and its metrology. Modelling still needs to progress to represent heat transfer in heterogeneous media (multiphase heat transfer in porous media): granular matter (fluidised beds), or radiation with aggregates. A new challenge is offered by the different types of heat transfer at micronic 750

J. Taine

Harnett and

J.P., critical

Thermal phenomena,

[2] Saulnier J.-B., Taine J., Enjeux transferts, MST, DSPT8, minist&e Recherche et de la Technologie, 1997.

English

engineering: NSF Grant

en physique en charge

de

des la

Version and subrnicronic scale (convection in microchannels, micro heat pipes, improvement of microrefrigeratiou systems thanks to conduction in nanowires...). One of the particularities of heat transfer is that it needs to be represented both at molecular, at continuum mechanics and at svstem level, which rneans that we seek modelling techniques which are able to zoorn forth and back between these different levels. Let us also mention the fair position of French teams in the field of thermal model reduction for which a new demand concerns now non-linear problems. We observe in metrology the increasing role of image processing and tomography (Infrared CCD camera picture management, PIV for velocities, Speckle or interferometric holography for temperature. gammametry for porous media...) and of molecular optics techniques (LIF: DRASC...). New developments seem also to appear thanks to emerging microsystems (thermal sensors and actuators) and to the intensive use of inverse techniques. An evaluation of the research activity is alwa,ys difIicult, and the scanning directions WC have retained here are connected to the strength and weakness lines of the topics being dealt with. Some mature researches can be fourld as: radiative heat, transfer, particularly in semitransparent materials: a cooperative network named ACRT has been installed between the main french laboratories operating in this field: ~~ convective heat transfer and more precisely those connected to thermal instabilities: heat transfer in porous media. More recent activities named ‘emerging’ concern for instance: heat transfer with change of uliase (~001 boilina. multiphase heat transfer in p&ous*media.‘:..) for which another network. AMETH. is rather efficient : improvement of convective heat transfer by an active control of the boundary layer: also studied in the AMETH network : the st,udies involving inverse heat transfer problems which are now extended to rather complex configurations (identification of heat flux in combustion chamber, control of change of phase, temperature measurement in semitransparent media...). thanks to the METTI network. Last but not least ~ and particularly promising. are some more incipient topics, like heat transfer at microscale (both time and space). bioheat transfer, or environmental applications.

Quelques

Les transferts Directeur Balbi Jacques-Henri

Brancher Jean-Pierre

Clavin

Paul

Delaunay Didier

Fabre Edouard

Fabre Jean

thermiques

enjeux

en transferts

TABLEAU I / TABLE I dans les laboratoires reconnus par le MENRT et associes au CNRS Statut

Thermique %

Universite de Corse - CMCS Bdtiment 018 - BP 52 Quartier Grossetti 20250 Corte

URA 2053

Thermique 40 %

Ecole nationale superieure d’electricite et de mecanique de Nancy BP 160 2, av. de la For&t-de-Haye 54504 Vandceuvre-les-Nancy

UMR 7563

Thermique 40 %

Mecanique fluides

Combustion Physique

Laboratoire Laboratoire dynamiques, et mecaniques (LSDEM)

thermiques

Adresse

Systemes energetiques

Laboratoire d’energetique et de mecanique theorique et appliquee (Lemta)

Autres dominants Mecanique des Fluides Environnemt

Universite Aix-Marseille I Centre universitaire Saint-Jerome - Service 252 Av. Escadrille Normandie-Niemen 13397 Marseille cedex 20

UMR 6594

Thermique 15 %

Laboratoire de thermocinetique de 1’Isitem (LTI)

Universite de Nantes Isitem - La Chanterie 3, rue Christian-Pauc 44087 Nantes cedex

UMR 6607

Thermique 100 %

Institut des sciences et du genie des matkiaux et des pro&d& (IMP)

Centre national de la recherche scientifique Odeillo Via - BP 5 66120 Font Romeu

UPR 8521

Thermique 40 %

Procedes

Institut

UMR 5502

Thermique 20 %

Mecanique des fluides Combustion

ESA 6015

Thermique 20 %

Plasmas Materiaux

Institut national polytechnique de Grenoble BP 95 - 1340, rue de la Piscine 38402 Saint-Martin-d’Heres cedex

UPR 9033

Thermique 30 %

Procedes

Universite Paris VI 2, place de la Gare-de-Ceinture 78210 Saint Cyr l’Ecole

ESA 7068

Thermique 25 %

Combustion

Ecole superieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (ESPCI) 10, rue Vauquelin 75231 Paris cedex 05

URA 857

Thermique 15 %

Mecanique des fluides Physique

national

- CP 3023

polytechnique

Allee du Professeur-Camille-Soula 31400 Toulouse

Laboratoire ceramiques de surface (LMCTS)

des materiaux et traitement

Garnier Marcel

Elaboration par pro&d& W’M)

Hennion Pierre-Yves

Laboratoire physique (LMP)

Hermann Hans

Laboratoire de physique et mecanique des milieux heterogenes (LPMMH)

magnetiques

de

mecanique

Universite de Limoges Chimie 123, av. Albert-Thomas 87060 Limoges

mt

dl

03

de Toulouse

Frit Bernard

t

cedex

Institut de recherche sur les phenomenes hors Bquilibre (IRPHE)

des fluides (IMFT)

!S

- Batiment

+

J.-B.

Saulnier,

TABLEAU

t

Laboratoire des fluides (LMFA)

Jeandel Denis

t Lint2 Hans-Gunther

Mariani Joseph-Jean

de mecanique et d’acoustique

J. Taine

I /TABLE

I (suite)

Ecole centrale de Lyon 36, av. Guy-de-Collongue 6913 1 Ecully Cedex

- BP 163

/

UMR 5509

Thermique 30 %

Mecanique des fluides Combustion

Laboratoire des sciences du genie chimique (LSGC)

Ecole nationale superieure des industries chimiques de Nancy - Batiment Deglin 1, rue Grandville - BP 45 1 54001 Nancy cedex

UPR 6811

Thermique 15 %

Procedes

Laboratoire d’informatique pour la mecanique et les sciences pour l’ingenieur (Limsi)

Universite Paris XI Batiment 508 BP 133 91403 Orsay cedex

UPR 3251

Thermique 25 %

Procedes

Laboratoire moleculaire scopique, (EMBC)

Ecole centrale de Paris Grande Voie des Vignes 92295 Chatenay Malabry

Thermique 30 %

Combustion

UMR 6595

Thermique 60 %

Mecanique des fluides Combustion

URA a73

Thermique 40 %

Procedes

j

i Martin Pierre

r

Martin

Jean-

Roger

d’energetique et macrocombustion

UPR 288

Institut universitaire des systemes thermiques industriels (Iusti)

Universite A&-Marseille Technopole de Chateau 5, rue Enrico-Fermi 13453 Marseille cedex

Laboratoire d’energetique et phenomenes de transfert (LEPT)

Ecole nationale superieure et metiers (Bordeaux-Talence) Esplanade des Arts-et-Metiers 33405 Talence cedex

t; Saccadura

Centre de thermique de Lyon (Cethil)

Institut national des sciences appliquees de Lyon Bdtiment 404 20, av. Albert-Einstein 69621 Villeurbanne cedex

ESA 5008

Thermique 100 %

Salin Dominique

Laboratoire Fluides, automatique, syst&mes thermiques (Fast)

Universite Paris Xl Bdtiment 502 91405 Orsay cedex

UMR 7608

Thermique 25 %

Mecanique des fluides Physique

Sanchez Victor

Laboratoire chimique (LGC)

de genie

Ecole nationale superieure nieurs de genie chimique 18, Chemin de la Loge 3 1078 Toulouse cedex

UMR 5503

Thermique 20 %

Procedes

Laboratoire thermiques (LET)

d’etudes

Ecole nationale superieure de mecanique et d’aerotechnique (Ensma) Site du Futuroscope - BP 109 Avenue du T&port 2 86960 Futuroscope cedex

UMR 6608

Thermique 100 %

Universite de Rouen Place Emile-Blonde1 76821 Mont-Saint-Aignan

UMR 6614

Thermique 25 %

Quintard Michel

Jean-Francois

Saulnier Bernard

Trinite

752

Jean-

Michel

Complexe de recherche interprofessionnel en aerothermochimie

1 Gombert

/

13 des arts

d’inge(ENSIGC)

- Coria cedex

Combustion

Quelques

Les transferts Directt ?ur

thermiques

enjeux

en transferts

thermiques

TABLEAU II / TABLE II dans les laboratoires reconnus

Laboratoire

Adresse

par le MENRT Statut

Ihermique %

Autres dominantes

1Ylard I rrancis

Laboratoire d’etude des phenomenes de transfert appliques au bdtiment (LeptaB)

Universite de La Rochelle 23, av. Albert-Einstein 17071 La Rochelle

EA 2119

Ihermique 100 %

1in&6 I ?atrick

Groupe de transferts thermiques et de genie des procedes (GTTGP)

Centre technologique Helioparc 2, av. du President-Angot 64000 Pau

EA 1932

Thermique 80 %

Procedes

(Zaltagir one Llean-Pa .ul

Laboratoire de modelisation avancee des systemes thermiques et Bcoulements reels (Master)

Universite Bordeaux I 351, tours de la Liberation 33405 Talence cedex

EA 1917

Thermique

Mecanique des fluides

(Zoddet (Zhristia m

Laboratoire d’etudes et de recherches sur la modification des propri&& des surfaces (LERMPS)

Institut polytechnique de Sevenans 4, rue du Chateau 90010 Belfort

EA 1701

1DuPont 1Michel

Groupe de recherche sur les energies renouvelables

UFR Sciences exactes et naturelles Campus de Fouillole Universite des Antilles et de la Guyane 97159 Pointe-a-Pitre cedex

EA 924

1Duthoit 1Bruno

Laboratoire et habitat

LAMH - Technopole Futura 62400 Bethune

EA 1837

Laboratoire energetique et optique UFR sciences Moulin de la Housse - BP 1039 51687 Reims cedex 2

EA 2061

d’Artois mecanique

50 %

Thermique 30 %

Materiaux Plasmas

Thermique

Materiaux

70 %

Thermique

Genie civil

30 %

(LAMH) Eg6e Michel

Unite de thermique physique Wtap)

/Gatina

Laboratoire

Jean/Claude

1

et analyse

de genie industriel

Giber-t Rem&It 3an

Centre de mecanique de l’ile-de-France (Cemif)

1Hen4 1Philippt

Laboratoire d’energetique et d’economie d’energie (LEEE)

Thermique

Physique

60 %

Universite de la Reunion Faculte des sciences 15, av. Rene-Cassin BP 7715 95715 Saint-Denis-Messag cedex 9

JE 405

Universite Evry-Val-d’Essonne rue,du Pelvoux 91020 Evry

EA 1394

Universite Paris X (Nanterre) IUT 1, allee des Chenes-Pourpres 95014 Cergy-Pontoise

EA 367

Thermique 50 %

40,

Thermique 20 %

Thermique 100 %

Genie des procedes Instrumentation

Mecanique Robotique

1

J.-B.

TABLEAU

7

Saulnier,

J. Taine

II / TABLE

II (suite)

Labrune JeanClaude

Laboratoire des interfaces (LMIT)

Lachaise Jean

Groupe de thermodynamique et Bnergetique des fluides Complexes

Universite de Pau Avenue de l’universite 64000 Pau

Laquerbe Michel

Laboratoire thermique (LGTMA)

de geomecanique des matkriaux

Lauriat GUY

Modelisation numerique de Transport (MSNPT)

et simulation des phenomenes

Monchoux Francoise

Laboratoire et thermique (Leseth)

Oesterle Benoit

Laboratoire universitaire de mecanique et d’bnergetique de Nancy (Lumen)

Universite de Nancy I Facultk des sciences - UFR 54506 Vandceuvre-les-Nancy

Piar Georges

Laboratoire d’energetique et de thermique industrielle de 1’Est francilien (Letieff

Prenel Jean-Pierre

Institut

Tournier Claude

Laboratoire des fluides (LMFE)

Trombe Alain

Laboratoire des materiaux (Lethem)

754

de metrologie techniques

energie solaire de l’habitat

de genie

energetique

de mecanique et Bnergetique

de thermique et des bdtiments

Pole universitaire du Jura 4, place L.-Tharradin 25211 Montbelliard

des Portes

EA 1152

Materiaux Interfaces

EA 748

Thermique 30 %

Interfaces Physique

Institut National des Sciences Appliquees de Rennes 20, Avenue des Buttesde-Coesmes 35043 Rennes

EA 1288

Thermique 20 %

Genie

Universite de Marne-la-Vallee Complexe du Bois de 1’Etang - Bat. M2 Rue Galilee 77420 Champs-sur-Marne

JE 2043

Thermique 100 %

Universite Paul-Sabatier Complexe scientifique de Rangueil Batiment 3 RI-B3 118, route de Narbonne 31062 Toulouse cedex

EA 810

Thermique 100 %

EA 1117

Thermique 40 %

Mecanique des fluides

Universite Paris XII (Paris-Val-de-Maine) Avenue du General de Gaulle 94000 Creteil

EA 2355

Thermique 70 %

Procedes

Universite de Franche-Comte Part technologique 2, av. Jean-Moulin 90000 Belfort

EA 475

Thermique 40 %

Genie

Ecole nationale superieure des ingenieurs en mecanique et bnergetique de Valenciennes (Ensimev) Universite de Valenciennes 59304 Valenciennes

EA 1380

Thermique 40 %

Mecanique des fluides

EA 815

Thermique 60 %

Genie

!

- BP 427 cedex

STMP

-I

(IG ;E)

I

Thermique 25 %

Institut national des sciences appliquees de Toulouse Departement de genie electrique Complexe scientifique de Rangueil 31q77 Toulouse

1

civil

I

~

electrique

civil

1

Quelques

Les transferts

enjeux

thermiques

ferroviaire

thermiques

TABLEAU Ill : secteurs industriels

Transports automobile [combustion [electronique [equipements [freins, habitacle

en transferts

et principaux

Pro&d& verre PSA, IFP Renault Vale0

Genie Saint-Gobain Baccarat BSN

ciments

Lafarge

siderurgie

Usinor-Sacilor

Leroy-Somer Get-Al&horn Jeumont EDF Auxilec

Saft

Airbus Snecma Turbomeca Dassault Aerospatiale Matra Aerospatiale Alcatel Cnes SEP

Elf Solvay

electronique

caoutchouc

Michelin

chimie

Pechiney Rhone-Poulenc Roussel-Uclaf

agro-alimentaire

Danone

kw

L’Air GDF

Alcatel Bull Cnet SGS-Thomson electromenager groupe groupe

Liquide

Energie

Environnement Cadre de vie

nucleaire

EDF Framatome CEA

combustion

GDF L’Air IFP

Liquide

habitat

qualite

CSTB Cetiat EDF GDF de l’air

EDF GDF L’Air CEA

chaudieres Babcock Stein-Heurtey Cnim

climatisation agro-alimentaire

echangeurs

cogeneration

froid

industriel

electronique

electrochimie plastiques

spatial

electrique

electrotechnique

Get-Alsthom Ferraz

aeronautique

partenaires

Alfa-Lava1 Ciat Vicarb Air Liquide CGE Lyonnaise des eaux GDF Turbomeca Frigabohn

Liquide

Airwell froid Bonnet

Neve

Brandt Seb

J.-B.

DEA avec n” DEA

Etablissement

Saulnier,

TABLEAU presence

T

Responsable

J. Taine

IV / TABLE de transferts

910050

I

Aix-Marseille

I

910056

Besancon

910814

Bordeaux

Mecanique

et energetique

Universite Aix-Marseille I Institut universitaire des systemes thermiques industriels (IUSTI) Technopole de Chateau-Gombert 5, rue Enrico-Fermi 13453 Marseille cedex 13

Paul Clavin

Physique et modelisation des systemes complexes

Universite Aix-Marseille I Institut de recherche sur les phenomenes hors equilibre (IRPHE) Centre universitaire Saint-Jerome - Service Avenue Escadrille-Normandie-Niemen 13397 Marseille cedex 20

Jean-Pierre Prenel

Techniques d’analyse et d’optimisation en energetique

Universite de Franche-Comte Institut de genie Qnergetique Part Technologique 2, av. Jean-Moulin 90000 Belfort

Remi Gaudu

I

Energetique thermiques

1

Universite de Talence Ecole nationale superieure et physique de Bordeaux MASTER Avenue Puy-Berland 33402 Talence

1 Mecanique

Sebastien Candel

Paris

i , Energetique

Nicole coutris

Grenoble

: transferts et combustion

physique

t INP

Nancy

910719

Olivier SeroGuillaume

Mecanique

et energetique

i INP

INP

Toulouse

756

Jean

I

Fabre

Lucien Masbernat

Toulouse

Lyon

7 ~

252

(IGE)

de chimie

Ecole Centrale de Paris Laboratoire d’energetique moleculaire et macroscopique, combustion (EM20 Grande Voie des Vignes 92295 Chatenay-Malabry

c INP

j

I

t

Ecam

Jacques Pantaloni

I Adresse

Intitule

t Aix-Marseille

IV thermiques

910018

Michel Lance

Mecanique

des fluides

Physique et chimie de l’environnement

Thermique

et Bnergetique

--

Antenne de 1’ENSPG a I’ISN 53, rue des Martyrs 38026 Grenoble cedex Ecole nationale superieure nique de Nancy Laboratoire d’energetique que et appliquee (Lemta) 2, av. de la Foret-de-Haye 54504 Vandmuvre-les-Nancy

d’electricite

et de mecanique

i

theori-

- BP 160

INP Toulouse - Institut de mecanique de Toulouse Allee du Professeur-Camille-Soula 3 1400 Toulouse Institut national polytechnique Institut de mecanique des (IMFT) Avenue du Professeur-Camille-Soula 31400 Toulouse Ecole centrale de Lyon Laboratoire de mecanique que (LFMA) 1 36, av. Guy-de-Collongue 69131 Ecully cedex

et de meca-

des

des

fluides

de Toulouse fluides de Toulouse

fluides

- BP 163

et d’acousti-

~

Quelques

enjeux

en transferts

thermiques

TABLEAU IV / TABLE IV Thermique, Bnergetique et genie des pro&d&

Universite de Nantes - Isitem - La Chantrerie CP 3023 3, rue Christian Paw - BP 90604 44306 Nantes cedex 03

Energetique

Universitd d’Orleans Groupe de recherches sur l’energetique ionises (Gremi) Rue de Chartres - BP 6759 45067 Orleans cedex

Centre national de la recherche scientifique Laboratoire de mecanique physique 2, place de la Gare-de-Ceinture 78210 Saint Cyr 1’Ecole

!-

950062

Hassan Peerhossaini

950215

Andre Bouchoule

910777

Jacques Jullien

Conversion

Paris XI

910380

Gerard Labrosse

Dynamique des fluides et des transfer&

Centre national de la recherche Limsi - Batiment 508 Campus d’Orsay - BP 133 91403 Orsay cedex

Paris XII

930234

Yves Candau

Thermique et systemes energetiques

Universite Paris XII - IUT - Letief 61, av. du General-de-Gaulle 94010 Creteil cedex

Pau

950167

JeanRodolphe Puiggali

Energetique, transfer-k, systemes disperses

Universite de Pau Laboratoire de genie des pro&d& Rue Jules-Ferry 64000 Pau

910001

Francis Roger

Mrodynamique et mecanique des fluides, combustion, thennique

Ecole nationale superieure et d’aerotechnique - LCD Teleport 2 - BP 109 86960 Futuroscope cedex

g10024

Pierre Vervisch

Energetique et aerothermochimie

Centre national de la recherche Coria - UMR 6614 Place Emile-Blonde1 76821 Mont-Saint-Aignan-cedex

970001

Alain Cordier

Energetique et transfer& (systemes et procedes)

Universite Paul Sabatier - Toulouse III - Lese ,th 118, route de Narbonne 31077 Toulouse cedex 4

910819

Jerome Oudin

Genie mecanique et Bnergetique

Universite de Valenciennes - Laboratoire d’ automatique et de mecanique industrielles et hum; aines (Lamih) Le Mont Houy - BP 311 59304 Valenciennes cedex

Nantes

Orleans

Paris VI

Poitiers

Rouen

Toulouse

Valenciennes

de l’energie

des mi lieux

scientifique

de mecanique

scientifique

I

1

J.-B.

Synthese

sur le rayonnement

Saulnier,

J. Taine

TABLEAU V thermique (extrait

de la rkfkrence

[2]).

Objectifs technologiques Furtivite Tenue thermique des parois Arcs, torches plasmas Rentree atmospherique Isolants poreux Fibres de verre, mousse

Fours verriers Foyers industriels Feux accidentels Trajets atmospheriques SQretC nucleaire Objectifs scientifiques

Modeles de transferts radiatifs. l Caracterisation experimentale et modelisation des proprietes radiatives des gaz. (a haute resolution et modeles approches) et des milieux denses et heterogenes (IR, visible, UV) l Metrologie radiative des temperatures et des flux (tomographies, methodes inverses). l Couplage du rayonnement avec les autres phenomenes de transfert, en particulier la convection et les instabilites, les transferts en milieu reactifs (combustion, plasmas...). Domaine pezl couvert en Fkance : rayonnement des agregats (modeles et caracterisation). Mise en place du groupe ACRT (Action concert&e en rayonnement thermique). l

Synthese

TABLEAU VI sur instabilitks thermoconvectives dans les transferts thermiques (extrait de la rkfkrence 121).

Synthke

Objectifs technologiques Ikchangeurs Procedes Cristallog6nl?se

Industrie alimentaire SCcurite Siderurgie

Objectifs scientifiques l l l

l

l l l

Distinction instabilite convective et instabilite absolue. Controle thermique par action sur les instabilitks. Relation micro/macroscopique des effets des instabilite! dans la solidification. Ouverture vers les couplages avec les effets Dufour et Soret. Role des forces de Marangoni. Approfondissement des techniques mathematiques. Role du chaos Lagrangien dans le transfert thermique, en particulier dans les systemes laminaires ouverts tridimensionnels.

Objectifs technologiques Isolation thermique. SCchage (bois, tissus: papier)... Contacteurs et Cchangeurs du genie chimique. Exploitation petroliere et gaziere : production-stockage. Metallurgic-plasturgie : solidification d’alliages binaires, composites.

Environnement : Bchange sol-atmosphere, contamination et decontamination des ~01s. Sfirete nuckaire. Controle thermique : engin spatiaux, composants Blectroniques, moteurs... Pompes capillaires. Caloducs poreux.

Objectifs scientifiques l

l l

l l l l l

758

TABLEAU VII sur les transferts thermiques dans les milieux poreux (extrait de la rkfkrence [2]).

Modelisation des transferts en milieux heterogenes et des conditions aux limites correspondantes (homogeneisation, percolation, gaz sur reseaux.. ) Changement de phase (nucleation, croissance). Transferts thermiques conducto-convectifs en situations transitoires et instationnaires. Convection naturelle dans les zones dentriques. Rayonnement. Couplage intermodes. Micro-Bchelles. Metrologie (ultrasons, RMN, fluorescence...).