Contribution à l'étude des systèmes de refroidissement basés sur le couplage magnétothermique dans les ferrofluides à faible température de Curie : mise en place d'outils de caractérisation et de modélisation

• Main Author: Petit, Mickaël
• Other Authors: Grenoble
• Language: fr
• Published: 2012
• Subjects: Ferrofluides; Refroidissement de composants électroniques; Caractérisation; Modélisation; Magnétoconvection; Ferrohydraudynamique; Ferrofluids; Electronic components cooling; Caracterization; Modelisation; Magnetoconvection; Ferrohydraudynamic; 620
• Online Access: http://www.theses.fr/2012GRENT121/document

Le Génie Electrique, en général, et l'électronique de puissance, en particulier, prend une part de plus en plus importante dans les systèmes embarqués. La fiabilité des systèmes électroniques dépend fortement de la gestion de leur température. Les systèmes de refroidissement actuels sont lourds, volumineux, et consommateurs d'énergie, ce qui est en désaccord avec les systèmes embarqués. Il est donc nécessaire de chercher de nouveaux systèmes, plus fiables, plus légers, et moins énergivores. Le sujet de cette thèse porte sur l'utilisation des ferrofluides, suspensions colloïdales magnétiques, à basse température de Curie, dont les propriétés magnétiques varient fortement avec la température entre l'ambiante et une centaine de degrés Celsius afin de les utiliser comme liquide caloporteur dans les systèmes de refroidissement. Les propriétés magnétiques fortement dépendantes de la température d'un tel fluide permettent la mise en mouvement de ce dernier par l'action couplée d'un champ magnétique et d'un gradient de température alors que toutes les pièces solides restent fixes. Le système de refroidissement n'est alors plus assujetti à l'usure de la pompe permettant la circulation du fluide caloporteur. Le système est ainsi globalement plus fiable et moins consommateur d'énergie. L'énergie de mise en mouvement du ferrofluide étant extraite directement des pertes des composants. Le comportement des ferrofluides est trop méconnu à l'heure actuelle pour concevoir et optimiser une pompe statique magnétothermique. Un effort important de modélisation et de caractérisation doit être mené. Ce manuscrit présente une étude pratique vérifiant le principe de création de pression hydrostatique par couplage magnétothermique. Une modélisation de la distribution des forces locales mettant en mouvement le ferrofluide ainsi que la mise en place d'outil permettant la caractérisation des ferrofluides sont également présentées. Les efforts de caractérisation se sont concentrés sur la rhéologie, au regard du champ magnétique, du cisaillement et de la température, ainsi que sur le comportement magnétique du ferrofluide à différentes températures. === The Electrical Engineering in general and power electronics, in particular, plays an increasingly important role in embedded systems. The reliability of electronic systems strongly depends on the management of their temperature. Cooling systems today are heavy, bulky, and consumers of energy, which is in disagreement with embedded systems. It is therefore necessary to look for new systems, more reliable, lighter and use less energy. The subject of this thesis focuses on the use of ferrofluids, magnetic colloidal suspensions at low Curie temperature, the magnetic properties vary strongly with temperature between ambient and one hundred degrees Celsius, for use as coolant in cooling systems. The magnetic properties strongly dependent on the temperature of such fluid allow the actuation of the latter by the action of a magnetic field coupled at a temperature gradient so that all solid parts are stationary. The cooling system is no longer subject to the wear of the pump for the circulation of the coolant. The system is thus globaly more reliable and less energy consuming. The energy for moving the ferrofluid being extracted directly losses components. The behavior of ferrofluids is too little known today to design and optimize a pump magneto static. A major effort of modeling and characterization should be conducted. This manuscript presents a practical study verifying the principle of hydrostatic pressure created by magnetothermal coupling. A modeling of the distribution of local forces by moving the ferrofluid and the development tool for the characterization of the ferrofluids are also presented. Characterization efforts focused on rheology, under the magnetic field, shear and temperature, as well as on the magnetic behavior of the ferrofluid at different temperatures.