CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES MATERIAUX – GENERALITES
L’étude bibliographique montre plusieurs modèles théoriques et empiriques permettant d’interpréter ou de prévoir la conductivité thermique pure, apparente et globale des matériaux poreux lors du transfert de chaleur par conduction, convection et rayonnement. En tenant compte de la faible valeur relative du diamètre moyen des pores des matériaux étudiés, le transfert de chaleur par convection sera négligeable devant la conduction et le rayonnement.
Caractéristiques des milieux poreux
La plupart des matériaux utilisés dans l’isolation thermique sont de nature poreuse. Un milieu poreux est un corps hétérogène caractérisé par la présence de micro cavités dans des proportions variables, intégrées à la structure solide du matériau. Ces microcavités appelées pores sont de deux types : les pores fermées et les pores ouvertes. Le matériau poreux est un exemple caractéristique d’une catégorie particulière de matériaux composites, c’est à dire de matériaux ayant au moins deux phases distinctes et totalement différenciées. Les matériaux poreux comportent deux phases phase solide et phase fluide.
Notion de porosité
La proportion des pores par rapport à la matrice solide reste variable d’un matériau à l’autre : elle définit sa porosité. La phase liquide occupant une partie des pores, caractérise la teneur en humidité du matériau ; celle-ci est directement liée aux caractéristiques thermiques et mécaniques du matériau. Quant à la partie solide, elle peut se déformer sans se déplacer sous l’effet de contraintes extérieures ou, des pressions des phases fluides contenues dans les pores.
Modélisation
On peut remarquer que la valeur de la conductivité thermique pure d’un milieu poreux donné se situe entre les valeurs des coefficients de conduction de la matrice solide λs et de la phase fluide λf. L’ensemble des modèles existants tente de prévoir la valeur de la conductivité thermique pure λc en se fondant sur plusieurs hypothèses différentes concernant la nature des interfaces solide – fluide[20]. On entend par conductivité thermique pure la conductivité thermique due au transfert de chaleur par conduction dans les phases solide – fluide, en supposant de plus que le transfert convectif est négligeable. Vu la complexité mathématique de la résolution de l’équation de la chaleur sur les configurations hétérogènes, seule une solution approchée est possible[1]. Plusieurs chercheurs ont adopté des modèles utilisant l’analogie électrique. Il suffit de choisir une cellule élémentaire pour laquelle on définit un réseau résistif et sur lequel on applique la loi d’ohm thermique .
Modèle de De Vries
Le modèle simplifié de MAXWELL a été appliqué systématiquement par DE VRIES (1972) [21] au cas des sols humides n’échangeant de chaleur que par conduction. La phase solide et les poches d’air sont assimilées à des particules de forme ellipsoïdale, dispersées dans un milieu fluide continu à l’état liquide (eau) à forte humidité ou à l’état gazeux (air) dans le cas inverse . L’influence de l’interaction entre les particules de la phase discontinue n’est pas prise en compte.
Echanges radiatifs dans les milieux poreux
L’étude théorique des mesures des conductivités thermiques en fonction des masses volumiques apparentes des milieux poreux permet de conclure que ces matériaux sont le siège d’un transfert thermique couplé conduction-rayonnement. Par ailleurs, l’influence du rayonnement à travers un milieu poreux granulaire n’est possible que si celui-ci est relativement léger et présente une importante porosité.
En supposant que l’interaction entre les deux modes de transfert est faible, une méthode simple permet de modéliser assez finement ces transferts au sein du milieu poreux. Il consiste à additionner les deux flux élémentaires échangés d’une part, par conduction, et d’autre part par rayonnement [5].
Les expériences qui ont été menées par BOUARDI [6], KALBOUSSI [58] ont montré que, pour des couches d’air inférieures à 1 cm, le transfert de chaleur est uniquement provoqué par la conduction moléculaire dans l’air et le rayonnement entre les parois limitant cette couche d’air. Du point de vue radiatif, plusieurs chercheurs [27][48][16][72] considèrent le milieu poreux comme un ensemble d’écrans parallèles représentant la matrice solide séparés par la phase gazeuse, qu’ils supposent semi-transparente au rayonnement.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. LES MATERIAUX ETUDIES
I.1. INTRODUCTION
I.2. LE KAPOK
I.2.a. Origine du kapok
I.2.b. Caractéristiques morphologiques
I.3. FILASSE
I.4. PLATRE
I.4.a. Composition, fabrication du plâtre
I.4.b. Qualités
I.4.c. Avantages et inconvénients
I.4.d. Mise en œuvre comme liant
I.4.e. Séchage, finition, protection, conservation
I.4.f. Interactions chimiques
I.5. CONCLUSION
II. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES MATERIAUX – GENERALITES
II.1. INTRODUCTION
II.2. CARACTERISTIQUES DES MILIEUX POREUX
II.2.a. Notion de porosité
II.2.a.1. Porosité totale
II.2.a.2. Porosité ouverte
II.2.a.3. Porosité fermée
II.2.b. Masse volumique
II.2.b.1. Masse volumique apparente
II.2.b.2. Masse volumique réelle
II.2.b.3. Masse volumique théorique
II.2.b.4. Taux volumique des granulats et du liant
II.3. CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DES MATERIAUX POREUX EN REGIME PERMANENT
II.4. MODELISATION
II.4.a. Interfaces solide – fluide plans
II.4.a.1. Modèle série
II.4.a.2. Modèle parallèle
II.4.b. Interfaces solide – fluide non plans
II.4.b.1. Modèle de Maxwell
II.4.b.2. Modèle de De Vries
II.4.b.3. Modèle de Gemant
II.4.c. Modèles à juxtaposition de résistances
II.4.c.1. Modèle de Willys et Southwick
II.4.c.2. Modèle de Krischer
II.4.c.3. Modèle de Russel et Frey
II.4.d. Echanges radiatifs dans les milieux poreux
II.5. CONCLUSION
III. MESURE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE
III.1. INTRODUCTION
III.2. CONDUCTIVITE THERMIQUE
III.3. PHENOMENE DE COUPLAGE
III.4. MESURE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE EN REGIME PERMANENT
III.4.a. Plaque chaude gardée
III.4.b. Fil chaud
III.4.c. Cylindres coaxiaux
III.4.d. Fluxmètre thermique
III.4.e. Méthode des boites
III.4.e.1. Description de l’appareillage utilisé
III.4.e.2. Coefficient de déperdition
III.4.e.3. Principe de mesure
III.4.e.4. Détermination de la conductivité thermique apparente
III.4.e.5. Précision de la mesure
III.5. CONCLUSION
IV. MESURE DE LA DIFFUSIVITE THERMIQUE
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. DEFINITION
IV.3. METHODES DE MESURE DE LA DIFFUSIVITE THERMIQUE
IV.4. METHODES DU SIGNAL PERIODIQUE
IV.5. METHODES IMPULSIONNELLES OU « FLASH »
IV.5.a. Modèle de PARKER
IV.5.b. Principales méthodes d’identification
IV.5.b.1. Amélioration de la méthode de PARKER
IV.5.b.2. Principe de la diffusivité apparente
IV.5.b.3. Méthode des moindres carrées
IV.5.b.4. Méthode logarithmique
IV.5.b.5. Méthode des temps partiels
IV.5.b.6. Méthode des moments temporels partiels
IV.5.c. Modèle de DEGIOVANNI
IV.5.d. Méthode des quadripôles
IV.5.e. Estimation des paramètres
IV.5.f. Dispositif expérimental
IV.6. CONCLUSION
V. AUTOMATISATION DU SYSTEME DE MESURE
V.1. INTRODUCTION
V.2. ORGANIGRAMME
V.3. MESURE DE LA CONDUCTIVITE
V.4. MESURE DE LA DIFFUSIVITE
V.5. CONCLUSION
VI. RESULTATS
VI.1. INTRODUCTION
VI.2. REALISATION DES ECHANTILLONS
VI.3. PROTOCOLE EXPERIMENTAL
VI.4. MESURE DES CARACTERISTIQUES THERMIQUES DU KAPOK ET DE LA FILASSE
VI.5. CONDUCTIVITE THERMIQUE APPARENTE DES FIBRES
VI.6. CONDUCTIVITE THERMIQUE DU KAPOK
VI.7. CONDUCTIVITE THERMIQUE DE LA FILASSE
VI.8. CARACTERISTIQUES DES ECHANTILLONS CONTENANT DU PLATRE
VI.8.a. Variation de la masse des échantillons
VI.8.b. Conductivité des échantillons fabriqués
VI.8.c. Diffusivité des échantillons fabriqués
VI.9. CONCLUSION
VII. METHODE DES QUADRIPOLES
VII.1. INTRODUCTION
VII.2. CONDUCTIVITE DES ECHANTILLONS PAR LA METHODE DU QUADRIPOLES
VII.3. DIFFUSIVITE DES ECHANTILLONS PAR LA METHODE DES QUADRIPOLES
VII.4. THERMOGRAMME THEORIQUE ET PRATIQUE
VII.5. CONCLUSION
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
