Étude théorique et expérimentale de pompes électro-osmotiques et de leur utilisation dans une boucle de refroidissement de l'électronique de puissance

par Youcef Berrouche

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Christian Schaeffer et de Yvan Avenas.

Soutenue en 2008

à Grenoble INPG , en partenariat avec Laboratoire de génie électrique (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Éric Vieil.

Le jury était composé de Pierre Atten, T. Hilt.

Les rapporteurs étaient Zoubir Khatir, Gérard Rojat.

mots clés

• Électro-osmose

Résumé

Cette thèse a pour objectif d'étudier les potentialités des pompes électrocinétiques pour des applications de type refroidissement de composants de l'électronique de puissance. En effet, les pompes mécaniques utilisées aujourd'hui présentent des problèmes en terme de fiabilité, de bruit, de coût et de volume. Après une étude bibliographique et comparative entre les différentes pompes statiques fonctionnant à partir d'un champ électrique, nous avons choisi d'étudier plus en détail les pompes électro-osmotiques poreuses. Une modélisation de ce type de pompe a été proposée et validée expérimentalement. Nous avons également développé une formulation analytique de l'efficacité thermodynamique optimale d'une pompe électroosmotique poreuse. Deux types de fonctionnement ont été abordés dans cette thèse : une étude avec une tension continue et une autre étude avec une tension alternative. Nous avons mis en oeuvre la pompe fonctionnant en alternatif dans une boucle de refroidissement diphasique. Une densité de flux de 100W/cm2 a pu être évacuée. D'autres applications industrielles de la pompe électro-osmotique ont également été envisagées.

Titre traduit

Theoretical and experimental study of the electro-osmotic pumps and their application in power electronics cooling

Résumé

The research work is based on the use of an electro-osmotic pump in power electronics cooling systems which are mostly carried out by a mechanical one, which has problems of noise, cost, volume and high power consumption. After literature and comparative surveys between different static pumps based on an electric field, the electro-osmotic pump porous has been selected. A model of a porous electro-osmotic pump was given and experimentally validated. As well as, an analytical formula record of the optimum thermodynamic efficiency of a porous electro-osmotic pump. Two kinds of electro-osmotic pumps have been implemented: DC electro-osmotic pump and AC one. The latter has been used in order to evacuate 100W/cm2 in a thermal electronics cooling system. Other industrial applications of electro-osmotic pump were considered.