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HAL Id: tel-01127363 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01127363 Submitted on 7 Mar 2015 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Caractérisation des propriétés thermo-physiques et d’échanges de chaleur des nanofluides à base de nanotubes de carbone Salma Halelfadl To cite this version: Salma Halelfadl. Caractérisation des propriétés thermo-physiques et d’échanges de chaleur des nanoflu- ides à base de nanotubes de carbone. Génie mécanique [physics.class-ph]. INSA de Rennes, 2014. Français. NNT : 2014ISAR0008. tel-01127363 Caractérisation des propriétés thermo-physiques et d’échanges de chaleur des nanofluides à base de nanotubes de carbone Julien AMADOU Responsable R&D à la société Nanocyl, Belgique/ membre invité Thèse soutenue le 23.06.2014 devant le jury composé de : Christophe MENEZO Professeur à l’INSA de Lyon, France / président Stefan VAN VAERENBERGH Professeur à l’Université Libre de / rapporteur Cong Tam NGYUEN Professeur à l’université de Moncton, Canada / rapporteur Mohammed El GANAOUI Professeur à l’université de Lorraine,France / examinateur Patrice ESTELLE Maitre de Conférences à l’université de Rennes 1/ Co-directeur de thèse Thierry MARE Maitre de Conférences HDR à l’université de Rennes 1/ Directeur de thèse THESE INSA Rennes sous le sceau de l’Université européenne de Bretagne pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L’INSA DE RENNES Spécialité : Génie Civil (Option : Thermique & Mécanique) présentée par Salma HALELFADL ECOLE DOCTORALE : SDLM LABORATOIRE : Laboratoire Génie Civil et Génie Mécanique LGCGM N° d’ordre : D-14-15 Remerciement Je voudrais me plier aux traditionnels remerciements, en espérant n’oublier personne. Sachant la chose perdue d’avance, je commencerai donc par présenter mes excuses à ceux que j’aurais fortuitement oubliés de mentionner ici, et si leur contribution directe ou indirecte ne figure pas dans cette page, qu’ils sachent que je ne manquerais pas de m’en souvenir. En tout premier lieu, je souhaite remercier mon Directeur de thèse Monsieur Thierry MARE, Maitre de conférences HDR à l’université de Rennes 1 et mon co-Directeur Monsieur Patrice ESTELLE maitre de conférences à l’université de Rennes 1, qui sans ceux, ce travail n’aurait pu être mené à bien. Ils ont su me prodiguer durant ces trois années leur savoir, leur gentillesse, leur humour, leur extrême patience, leur grande disponibilité et surtout leur encadrement sans faille du début à la fin de cette thèse. Je me plais à dire que j’ai eu le meilleur encadrement qui puisse être pour mener à bien ce dur travail qu’est la thèse. Cette réflexion est tout à fait personnelle et n’engage que moi, bien sûr, mais ce lien d’amitié qui s’est tissée entre nous et cette confiance que vous avez mise en moi ont été de véritables éléments moteurs pour que je me sente à l’aise et en confiance dans mon travail et pour me donner l’envie d’avancer. Je remercie l'ensemble des membres du jury. Sincères remerciements au Professeur Christophe MENEZO, président de jury et examinateur de cette thèse. Je suis extrêmement reconnaissante envers le Professeur Mohammed ELGANAOUI et Mr Julien AMADOU d’avoir examiné ce travail. Je remercie très chaleureusement le Professeur Stefan van Vaerenbergh et le Professeur Cong Tam Nguyen de me faire bénéficier de leur expertise en acceptant de juger ce travail et de consacrer du temps à l’examen de ce manuscrit. Je souhaite remercier chaleureusement tout le personnel de l’IUT de St-Malo de m’avoir accueilli pendant ces trois années de thèse et en particulier monsieur Abel KINIE, directeur de l’IUT de Saint- Malo, et Monsieur Franck GUINARD, personnel technique pour sa disponibilité, sa bonne humeur et son aide sur toute la partie expérimentale de mon travail. Je souhaite également remercier le groupe thermo-rhéologique du Laboratoire Génie Civil et Génie Mécanique de l’INSA de Rennes / Université de Rennes 1 pour m’avoir accueilli. Je remercie particulièrement le Professeur Christophe LANOS, directeur du LGCGM, Paul BYRNE, Maitre de conférences, Pascale SIMON secrétaire à l’IUT de Rennes 1, mes collègues Yacine AITOUMEZIANE et Alexandre PIERRE pour leur bonne humeur, leur gentillesse et leurs encouragements. Ces trois années de thèse ont aussi été l’occasion pour moi de découvrir et de prendre goût au métier d’enseignant. Cette première expérience fût très bénéfique grâce aux personnes qui m’ont encadrée et je remercierais donc particulièrement Gilles CHOISY, Laurent SERRES, et Paul BYRNE pour leur soutien et le partage de leurs expériences. Une autre personne que je souhaiterais vivement remercier pour tout le temps que nous avons travaillé ensemble est Julien AMADOU, Responsable R&D Nanocyl. Je te remercie énormément Julien pour tes conseils, tes encouragements, ta disponibilité et surtout ta gentillesse et ta persévérance. Et qu’auraient été ces années sans le soutien de ma famille et de mes amis ?... Je souhaite remercier ma famille pour m’avoir soutenue. La distance n’a malheureusement pas permis de nous voir souvent, je remercie mes frères et sœurs d’avoir été toujours là pour me soutenir, d’avoir eu une oreille attentive et compréhensive, et de m’avoir distraite avec leurs histoires. Ah la famille ! Je remercie très chaleureusement mon copain Sébastien qui m’a fait tant rire et voyager durant ces années, merci pour ces innombrables discussions et pour tous les petits et grands moments qui ont contribué à l’aboutissement de ce travail. Un énorme merci à mes amis les plus proches, qui croient en moi et qui m’aident à avancer et à être celle que je suis. Pour cela et pour tous les moments partagés, je souhaite exprimer mon affection la plus profonde à : Nicolas, Julien, Antoine, Eugenia, Julia, Céline, Pascaline, Loubna, Fatim Zahra, Aurélien, Najib, Anas… Ces dernières lignes vont me permettre de témoigner de ma plus profonde gratitude et de mon amour à ma chère maman. Merci pour ta dévotion à mon égard et pour tous les sacrifices faits pour que j’arrive jusqu’ici. Merci de m’avoir toujours soutenue… 1 | P a g e Résumé Les transferts de chaleur constituent la base de nombreux processus industriels qui sont présents dans notre vie quotidienne. L’intensification de ces échanges et l’amélioration du rendement sont devenues aujourd’hui une problématique majeure dans le monde industriel, des organismes de réglementation mais aussi de la société dans son ensemble, qui prend conscience de l’épuisement progressif des ressources énergétiques et qui se soucie de l’avenir en matière énergétique. Face à ces enjeux énergétiques et environnementaux, Le défi technologique réside dans le développement de nouveaux processus pour une meilleure gestion de l’énergie. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce cadre, et concerne particulièrement les problèmes liés à l’intensification des échanges thermiques dans les échangeurs de chaleur. Les améliorations des échanges thermiques dites ‘passives’ sont une voie déjà largement élaborée et atteignent leurs limites. De nouvelles stratégies d’optimisation doivent donc être étudiées. Une de ces stratégies consiste à améliorer les propriétés thermiques des fluides caloporteurs utilisés dans les systèmes thermiques, notamment dans les échangeurs de chaleur. Des progrès importants en chimie ont permis dès la fin des années 90 de synthétiser des particules de taille nanométrique, qui, dispersées dans un liquide porteur, constituent des nanofluides. Leur synthèse répond au besoin d’améliorer les propriétés thermiques des fluides caloporteurs en y insérant une phase solide de conductivité thermique très élevée. Le fil directeur de ce travail consiste donc à caractériser de manière approfondie le comportement thermique et rhéologique des nanofluides à base de nanotubes de carbone NTC utilisés tout au long de ce travail afin de quantifier les principaux paramètres influençant leurs propriétés thermo-physiques et les phénomènes physiques régissant l’intensification des transferts thermiques induits par ces nanofluides. Une analyse des travaux de recherche antérieurs a été menée dans le but de s’affranchir des différents paramètres qui peuvent influencer le comportement thermique et rhéologique des nanofluides dont on citera les paramètres liés à la composition des nanofluides (fraction volumique des NTC, type de surfactant, rapport d’aspect des NTC), la température, le fluide de base… Suite à cette étude, nous avons mené une étude expérimentale sur les propriétés thermo- physiques des nanofluides testés (conductivité thermique, viscosité dynamique, masse volumique) et sur les performances thermiques dans un échangeur de chaleur. Nous avons présenté également une analyse des résultats de façon à étudier l’influence des paramètres évoqués ci-dessus. Les résultats obtenus sont comparés et discutés vis-à-vis des modèles classiques existants, en proposant des améliorations et des interprétations selon les tendances obtenues. 2 | P a g e Les résultats prometteurs de cette étude sont très encourageants et montrent que l’utilisation des nanofluides à base de nanotubes de carbone offre clairement une amélioration des performances thermiques par rapport aux fluides de base classiques. Les nanofluides à base de NTC peuvent constituer ainsi un débouché prometteur des transferts thermiques et présentent de bonnes perspectives et développement. 3 | P a g e Abstract Heat transfer is one of the most important industrial processes in our uploads/Geographie/ caracterisation-des-proprietes-thermo-ph.pdf