Contribution à la caractérisation thermophysique des composites mousses métalliques/matériaux à changement de phase solide-liquide

La consommation énergétique mondiale croissante depuis plusieurs décennies se heurte à la raréfaction des ressources fossiles et aux risques planétaires. Face à ces problèmes, le stockage de chaleur moyennant des matériaux à changement de phase solide -liquide « MCPs » présente une solution prometteuse. Il permet de bénéficier pleinement des énergies renouvelables et il contribue à la gestion thermique des systèmes énergétiques. Les MCPs ont la capacité de stocker et libérer de l'énergie thermique lors du passage d'une phase à une autre. Cependant, l’utilisation de ces matériaux est pénalisée par leurs faibles conductivités thermiques qui limitent les puissances du stockage de chaleur. Ce travail de thèse vise à étudier les paraffines type RT21-27-35HC et RT50 et leurs imprégnations dans des mousses métalliques. La première partie de cette contribution est consacrée à la caractérisation thermophysique de ces paraffines en fonction de la température. Des analyses calorimétriques différentielles « DSC » et thermogravimétriques « TGA » ont été menées. Les conductivités et les diffusivités thermiques ont été mesurées à différentes températures en utilisant la méthode « Hot disk ». La thermodépendance de leurs masses volumiques a été investiguée. Comme le comportement des MCPs au cours du changement de phase solide-liquide est piloté par la dynamique des transferts de chaleur, une étude expérimentale de la fusion de la paraffine RT27 a été menée dans une seconde partie. Elle a été réalisée en utilisant un nouveau dispositif expérimental développé spécialement au laboratoire. La visualisation de l’interface solide/liquide et les mesures de température dans le MCP mettent en exergue les régimes de transfert de chaleur pilotant la fusion : régime conductif, régime mixte et régime de convection. L’étude de l’évolution de la fraction liquide en fonction du temps permet d’analyser la cinétique de fusion et de déterminer l’évolution de la chaleur stockée lors de la fusion de RT27. L’étude des composites mousses métalliques/paraffines a été effectuée dans la troisième section du ce travail. Les paraffines RT21-27-35HC ont été imprégnées dans des mousses métalliques type aluminium et nickel. Les facteurs d’imprégnation des échantillons préparés ont montré le succès du protocole de préparation réalisé au laboratoire. Les mesures des conductivités thermiques montrent que l’utilisation des mousses d’aluminium et de nickel engendrent des intensifications atteignant 1751,4% et 666,8%. Les conductivités thermiques expérimentales ont été comparées ensuite à des modèles théoriques. Les masses volumiques et les chaleurs spécifiques des composites ont été également déterminées. Une étude des composites mousses métalliques/RT27 par plaque chaude gardée transitoire « PCGT » a été finalement réalisée. Elle a visé à comparer les conductivités thermiques mesurées par « hot disk » et les chaleurs spécifiques calculées à celles obtenues par « PCGT ».