Etude du transport thremique dans des fluides complexes par calorimètrie photopyroélectrique

par Nicolas Houriez

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Abdelhak Hadj Sahraoui.

Soutenue en 2008

à Littoral .


  • Résumé

    Le travail présenté dans ce mémoire concerne la compréhension des phénomènes de transport thermique dans des milieux inhomogènes. Les études réalisées ont pour objectif une meilleure connaissance des paramètres qui influencent le comportement thermique de ces systèmes. Dans un premier chapitre, nous introduisons les techniques photothermiques et leurs applications. Nous détaillons la théorie de la technique photopyroélectrique, laquelle constitue le point de départ pour le développement d’une méthodologie adaptée à la mesure des paramètres thermiques de matériaux liquides ou semi-liquides. Le second chapitre est consacré à la présentation d’une méthodologie nouvelle pour la mesure des paramètres thermiques. Les différentes procédures de mesure sont validées sur des fluides standards. Le signal pyroélectrique est mesuré en fonction de la variation de l’épaisseur de l’échantillon. La phase du signal contient l’information concernant la diffusivité thermique, alors que l’effusivité thermique est mesurée à partir d’une combinaison de l’amplitude et de la phase du signal. Cette nouvelle approche dans l’analyse du signal photothermique a permis une nette amélioration de la précision et de la reproductibilité des mesures de ces paramètres. Dans une troisième partie, nous proposons l’étude de quelques mélanges binaires et nous montrons que la calorimétrie photopyroélectrique peut être utilisée pour mettre en évidence des phénomènes d’associations moléculaires. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous présentons des mesures réalisées sur des dispersions polymère cristal liquide (PDLC). La morphologie ’ségrégée’ de ces composites à base de cristaux liquides est très intéressante pour l’étude du transport de chaleur dans des systèmes hétérogènes à structure micrométrique. Dans ces composites, les caractéristiques thermiques des inclusions peuvent être modifiées sans pour autant modifier les caractéristiques physiques du système, (même nombre, même taille et même dispersion des inclusions). Cela est obtenu en imposant un champ électrique au composite qui oriente les molécules dans les gouttelettes de cristal liquide modifiant ainsi leurs propriétés thermiques. Les résultats sont analysés à travers l’utilisation de plusieurs modèles permettant de décrire les transferts de chaleur dans ces milieux composites. Le rôle important des résistances thermiques d’interface est mis en évidence. La comparaison entre le comportement thermique du cristal liquide libre et confiné permet de montrer l’effet du confinement.

  • Titre traduit

    Study of thermal transport in complex fluids by calorimetry photopyroelectric


  • Résumé

    In this work, a new methodology for the simultaneous determination of thermal parameters (thermal diffusivity, thermal effusivity, thermal conductivity and heat capacity) and pyroelectric coefficient of a pyroelectric material has been developed. This methodology is based on the study of pyroelectric signal generated by the pyroelectric sample when irradiated by a light source intensity modulated. Initially, a theoretical model was developed from the general theory of technique photopyroelectric corresponding to a configuration of the cell as simple as possible. A normalization procedure pyroelectric signal was proposed to eliminate experimental parameters whose value is difficult to estimate. Different procedures for determining the thermal parameters of pyroelectric sample have been proposed : they may be reduced from the development phase or the amplitude of the normalized frequancy modulation. For each of the proposed procedures, a detailed study has assessed the error in determining thermal parameters based on experimental parameters. For measurements based on temperature, two different procedures have been proposed : the first is based on the combination of phase and amplitude of the signal at a given frequency modulation, the latter uses the value of the normalized phase two different frequencies. In addition, it has been shown that the temperature dependence of pyroelectric coefficient could also be measured from the amplitude of the pyroelectric signal. Another application of the method is the measurement of thermal effusivity liquid when the pyroelectric material is well characterized, then playing the role of sensor. It is not necessary to know the thickness of liquid film in thermal contact with the pyroelectric material, which makes measuring simple and applicable to highly viscous fluids. Finally, the first measurements of thermal parameters performed on a ferroelectric liquid crystal were presented. The pyroelectric signal obtained as a funtion of frequency and temperature is similar to that obtained with a pyroelectric material “classic”. The method allows the characterization of ferroelectric liquid crytals also produced in film form. The results obtained for a single crystal, a ceramic, a polymer and a ferroelectric liquid crystal have shown that the method could be applied for the characterization of pyroelectric materials of any kind.

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  • Détails : 1 vol. (110 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 105-110

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