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Campagne de mesure en micro gravité sur vol parabolique

par Laurence Laffont - publié le

Le phénomène de condensation de la vapeur en liquide, présent dans les cycles naturels et processus biologiques est également grandement exploité dans de nombreux systèmes industriels ; notamment les systèmes de gestion de l’énergie thermique tels que la réfrigération, les pompes à chaleur, les centrales électriques, les systèmes de refroidissement de l’électronique (boucles diphasiques, caloducs…), mais également dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire.
Dans la plupart de ces applications le processus de condensation a lieu à l’intérieur de tubes et est intrinsèquement lié au transfert de chaleur qui s’y produit. La maitrise de ces transferts de masse et d’énergie conditionne la performance et le dimensionnement de ces systèmes.

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Dans le but de mieux comprendre les phénomènes qui pilotent ces échanges l’équipe GREPHE développe des expériences spécifiques inédites en particulier aux faibles vitesses massiques pour lesquelles l’effet relatif des phénomènes inertiel, gravitaire, visqueux et capillaire est suffisamment modifié pour invalider les nombreuses corrélations développées aux fortes vitesses massiques.
Ces expériences s’attachent à mesurer simultanément la distribution des phases liquide et vapeur et les transferts de chaleur tout au long du processus de condensation. La connaissance de ces deux grandeurs est essentielle pour le développement de modèles et leur validation mais est malheureusement très peu documentée à ce jour.
La difficulté réside dans la mise en place de diagnostiques non intrusifs capables de capter à la fois les flux de chaleur et la dynamique rapide de films liquides d’épaisseurs micrométriques avec une grande précision et une haute résolution temporelle et spatiale.

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Au cours des thèses de Lan Phuong Le NGUYEN et de Marion BEAUMALE des outils couplant la mesure infrarouge de température à la mesure d’épaisseur de film liquide ont permis de créer des bases de données inédites. La mesure des épaisseurs est obtenue par des techniques alliant l’interférométrique en lumière blanche, un dispositif confocal chromatique et des visualisations directes par ombroscopie en caméra rapide.
Ces recherches sont effectuées dans le cadre de programmes avec l’Agence Spatiale Européenne (ESA). Le dernier (ENCOM 4 : ENhanced COndensers in Microgravity) regroupe 10 partenaires académiques : UNIPD (Italie), ULB (Belgique), Université Paul SABATIER (France), UMons (Belgique), YU (Canada), UoB (Royaume-Uni), AUTH (Grèce), UT (Canada), AMU (France), UoM (Royaume-Uni), 7 partenaires industriels : Eurapo S.r.l. (Italie), Epsilon (France), Optec S.A (Belgique), Hexxcell Ltd (Royaume-Uni), Solar Tomorrow Inc (Canada), Hephaestus Boiler Makers and Engineering (Grèce), Airbus Defense Space SAS (France) et un partenaire académique associé : IT (Russie).
Ces recherches ont également permis d’accéder aux conditions de microgravité lors de deux campagnes de vols paraboliques (en 2015 et 2018, préparés avec l’ULB et l’UNIPD) et de disposer ainsi de ces mesures inédites sur les écoulements en l’absence de gravité.
Ces données, importantes pour le dimensionnement des systèmes de contrôle thermique spatiaux (satellites, vol habités…), présentent également l’avantage théorique, en supprimant l’effet de la gravité, de mieux appréhender le couplage des différents effets et le rôle de chacun d’eux.

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