Influence de la convection dans des suspensions de Matériaux à Changement de Phase microencapsulés pour des applications urbaines de génie civil – Convinces

Mots clés : Matériaux à changement de phase (PCM), Suspensions de matériaux à changement de phase micro-encapsulés (mPCM), Transfert de chaleur, Convection, Caractérisation physique des mPCM et des systèmes, Mécanique des fluides, Energétique, Environnement urbain, Optimisation des procédés.

Méthodologies : Approches Multi-échelles et Multi-physiques via des expérimentations et calculs numériques.

Assurer le confort thermique urbain et maintenir la mobilité humaine en cas de verglas, de neige ou de canicule dans les zones densément peuplées est d'une importance cruciale dans notre monde de plus en plus urbanisé. L'objectif du projet Convinces est d'étudier des systèmes réversibles, refroidissant pendant les vagues de chaleur / chauffant pendant le givrage dans des lieux urbains stratégiques via l'écoulement d'une suspension de matériaux à changement de phase microencapsulés (mPCM) dans la couche drainante.

Dans le cadre du présent projet, des recherches fondamentales et appliquées seront menées pour comprendre les mécanismes physiques en jeu dans l'écoulement de suspensions de mPCM soumises à un gradient de température vertical. Ainsi, il est crucial d'étudier en détail ces écoulements et les matériaux constitutifs afin d'optimiser le transfert de chaleur. Alors que la convection naturelle permet d'augmenter le taux de transfert de chaleur jusqu'à 40% pendant les transitions de phase, les écoulements convectifs de suspensions de mPCM peuvent permettre un transfert de chaleur encore meilleur. Cependant, dans la plupart des études expérimentales, les mesures de température globale n'ont été obtenues qu'au moyen de thermocouples ou de thermographie IR, car la plupart des systèmes sont opaques. Pour des raisons similaires, les champs de vitesse locaux sont difficiles à obtenir au sein du fluide, ce qui conduit à des mesures macroscopiques du transfert de chaleur. Cependant, les mesures locales sont nécessaires pour mieux comprendre le couplage entre la dynamique et les transferts de chaleur ainsi que les mécanismes physiques en jeu.

Le projet Convinces a pour but de traiter la convection mixte de suspensions de mPCM dans des milieux poreux en considérant toutes les échelles pertinentes (de la microcapsule de PCM à l'échelle métrique de la maquette/ prototype), en prenant également en compte les aspects multi-physiques. Pour y parvenir, un large éventail de techniques expérimentales avancées (SThM, méthodes photothermiques induites par laser, microscopie holographique numérique, thermométrie IR, vélocimétrie et thermométrie IRM...) sera mis en œuvre pour caractériser les systèmes et décrire les écoulements localement. La modélisation numérique de ces systèmes est d'une importance cruciale pour le succès de ce projet. Des méthodes numériques sophistiquées seront mises en oeuvre.

La détermination du transfert de chaleur dans le système (couche poreuse et couche de surface) est également une clé essentielle et un objectif final pour tendre vers des systèmes d'ingénierie applicatifs. Plus particulièrement, nous avons l'intention de nous concentrer sur les applications urbaines (places de centre-ville, cours d'école, zones piétonnes, trottoirs, terrasses de café, lieux touristiques). L'optimisation de systèmes énergétiques place CONVINCES au cœur d'une réflexion générale sur la réduction de la consommation d'énergie soutenue par la Stratégie Nationale de Recherche sur l'Énergie (SNRE).