Modélisation analytique du transfert instationnaire de la chaleur dans un matériau bicouche en contact imparfait et soumis à une source de chaleur en mouvement

• Main Author: Belghazi, Hamid
• Language: FRE
• Published: Université de Limoges 2008
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [CHIM:MATE] Chemical Sciences/Material chemistry; Solutions analytiques; conduction; résistance thermique de contact; matériau bicouche; source de chaleur en mouvement; milieu poreux; changement de phase
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00530322; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/53/03/22/PDF/thA_seversionDA_cembre2008-HamidBELGHAZI.pdf

Ce travail concerne la modélisation analytique du transfert de chaleur par conduction dans un matériau bicouche en contact imparfait, et soumis à une source de chaleur en mouvement. L'élaboration des solutions analytiques est basée principalement sur la méthode de séparation des variables, ce qui ramène les cas étudiés à des problèmes aux valeurs propres. Les résultats de cette étude sont appliqués aux transferts de chaleur dans les matériaux bicouches. Nous avons donc établi des modèles ou des solutions analytiques aux problèmes de transfert de chaleur simples, fiables (1D ou 2D) économes en investissements (matériel, humain, temps de calcul, , etc..), capables de donner avec des marges d'erreurs acceptables de bonnes estimations théoriques de l'évolution spatio-temporelle de la température dans un matériau bicouche, ce qui permet de mieux maîtriser le procédé de dépôt. Nous avons travaillé en dimensions finies en intégrant au calcul la résistance thermique de contact, l'aspect transitoire du transfert de la chaleur dans le bicouche, le mouvement de la source chaleur, le profil gaussien de la source de chaleur, les pertes d'énergie dans le substrat, la porosité du dépôt ainsi que des changement de phase. Nous avons tout d'abord élaboré des solutions analytiques simplifiées de transfert instationnaire de la chaleur dans un matériau bicouche en contact imparfait et soumis à une source de chaleur en mouvement. L'approche théorique a été confrontée à des cas pratiques dans le domaine de traitements de surface par plasma ou laser puis étendues aux cas où le traitement de surface est accompagné d'un changement de phase , de fusion ou solidification. Malgré les nombreuses hypothèses simplificatrices nécessairement introduites dans les calculs, les modèles analytiques développés en 1D et 2D avec termes sources, fournissent cependant des résultats fiables utilisables pour l'étude de processus industriels, en évitant le recours systématique à des modèles physiques détaillés nécessitant un investissement important en mémoire informatique et en temps de calcul. Dans le domaine de traitements de surface, ils peuvent servir à la détermination de nombreuses propriétés thermophysiques telles que la RTC, la diffusivité et la conductivité thermiques par la méthode flash. Ils peuvent être aussi utiles à la validation des codes numériques avant leurs extensions à des géométries et des conditions aux limites plus complexes.