Étude des ferrofluides et de leurs applications à l’intensification des transferts de chaleur par convection forcée
ury members
M. Fréderic MAZALEYRAT, Professeur, ENS de Cachan, Rapporteur
M. Marc MISCEVIC, Maître de Conférences, Université Paul Sabatier, Rapporteur
M. Jean-Pierre BRANCHER, Professeur émérite, INP Lorraine, Examinateur
Mme. Souad AMMAR, Professeur, université Paris Diderot, Examinateur
M. Yvan AVENAS, Maître de Conférences, Grenoble INP, Directeur de thèse
M. Sébastien FERROUILLAT, Maître de Conférences, université de Joseph Fourier, Co-encadrant
M. Afef LEBOUC, Directrice de recherche, CNRS, Co-encadrant
M. Laurent JOSSIC, Maître de Conférences, Grenoble INP, Co-encadrant
Abstract
Cette thèse a pour objectif d’étudier les performances thermiques et rhéologiques des ferrofluides sous champ magnétique pour des applications de refroidissement. L’approche adoptée dans cette thèse est de nature macroscopique, et est basée sur plusieurs études expérimentales. Cette caractérisation des performances des ferrofluides est focalisée sur trois aspects : i) étude de la rhéologie ii) étude de la convection forcée iii) étude la conductivité thermique. Différents outils de caractérisation correspondant à chaque domaine d’étude ont été développés. Dans le domaine de la rhéologie, une cellule magnétique a été construite et adaptée à un rhéomètre afin d’étudier le comportement rhéologique du ferrofluide sous un champ magnétique allant jusqu’à 0,8 T. Cette démarche met en évidence l’influence du champ magnétique et de son intensité sur les forces de cisaillement. Dans le domaine des transferts de chaleur, une boucle thermohydraulique pour l’étude de l’échange de chaleur en convection forcée avec une paroi à flux imposée sous champ magnétique a été mise au point. Ce type de dispositif permet l’étude de plusieurs paramètres liés à la configuration spatiale du champ magnétique appliqué, à l’effet de l’uniformité du champ sur l’intensification des échanges de chaleur. La compréhension et l’analyse de ces résultats sont consolidées par l’étude de la conductivité thermique du ferrofluide sous champ magnétique. Un banc a été mis en place et a permis de mettre en évidence l’influence de la température ainsi que de l’intensité du champ magnétique sur cette grandeur. Á l’issue de ces caractérisations, l’application des ferrofluides pour le refroidissement de composants électroniques de puissance est discutée par une mise en œuvre expérimentale. Ces essais ouvrent la voie pour de nouvelles recherches et permettent de mener des réflexions relatives aux domaines d’application des ferrofluides.