Les systèmes électriques occupent de nos jours une place de plus en plus importante dans le domaine du transport aérien, ferroviaire et automobile. Ce progrès s'est accompagné de la miniaturisation des systèmes(convertisseurs) qui nécessitent un refroidissement très performant. Alors que les systèmes de refroidissement traditionnels atteignent leurs limites, une des solutions consiste à utiliser des boucles fluides diphasiques reposant sur le changement de phase liquide-vapeur du fluide de travail, en particulier les boucles diphasiques gravitaires. L'objectif de cette thèse est double: proposer un modèle détaillé de la boucle ainsi qu'un modèle réduit capable de calculer les variables en tout point de la boucle et en tout instant mais beaucoup moins gourmand en temps de calcul. Concernant tout d'abord le modèle détaillé, les équations de l'écoulement monodimensionnel et compressible du fluide à l'état monophasique et diphasique en régime transitoire sont résolues par la méthode d 'Euler explicite et par la méthode des volumes finis. Le mélange liquide-vapeur se comporte comme un mélange homogène, en équilibre mécanique et thermique. Les lois de fermeture du modèle sont déduites des lois d'état du type "Stiffened Gas". En ce qui concerne le modèle réduit, une extension de la méthode d'identification modale est proposée. La structure du modèle réduit est tout d'abord déterminée en effectuant la projection de Galerkine des équations de conservation continues. Ensuite les paramètres dumodèle réduit sont identifiés par la résolution d'un problème d'optimisation. Le modèle réduit ainsi construit est alors validé sur plusieurs cas présentant des dynamiques différentes. / Today, electrical systems are becoming increasingly important in the air, rail and automotive sectors.The immediate consequence of this progress is the miniaturization of systems (converters) requiring very important cooling means. Whereas conventional cooling solutions are reaching their limit, an alternative one can be sought in two-phase loops based on the liquid-vapor phase change of a working fluid, in particular two-phase loop thermosyphon. The objective of this thesis is twofold : to propose a detailed model of a two phase loop thermosyphon as well as a reduced model able to calculate the variables at any location of the loop at any time with a much smaller computing time. First, the equation of the transient one-dimensional compressible one-phase and two-phase fluid flow is solved using the explicit Euler method of order 1 and the finite volume method. The liquid-vapor mixture is modeled as a homogeneous mixture at mechanical and thermal equilibrium. The closure laws of the model are deduced from the "Stiffened Gas" state laws. For the reduced model, an extension of the modal identification method is proposed. The structure of the reduced model is first determined carrying out the Galerkin projection of the continuous conservation equations.Then the parameters of the model are identified by the resolution of an optimization problem. The reduced model thus constructed is then validated on several cases with different dynamics

L'objectif de ce travail de thèse concerne l'étude et la mise en œuvre de deux modèles de cavitation dans le solveur NSMB (Navier-Stokes-Multi-Blocks): les modèles HEM (Homogeneous Equilibrium Model) et une équation pour le taux de vide: le modèle à transport de taux de vide (TTV). Le phénomène de cavitation est modélisé par différentes équations d'état de mélange liquide-vapeur (EOS). Des simulations numériques sont réalisées sur des écoulements diphasiques compressibles unidimensionnels et bidimensionnels avec des conditions d'interface et comparées à des solutions de référence. De plus, la méthode TTV basée sur le taux de vide incluant les termes source pour la vaporisation et la condensation dans le logiciel libre open source OpenFOAM est également présentée sur la géométrie Venturi pour capturer le phénomène du jet réentrant. La modélisation de la turbulence joue un rôle majeur dans la capture des comportements instationnaires et un limiteur est introduit pour réduire la viscosité turbulente afin de mieux prédire la structure à deux phases. Une comparaison de divers modèles de cavitation couplés avec des modèles de turbulence est étudiée. Les résultats computationnels sont comparés aux données expérimentales existantes. / The objective of this thesis work concerns the study and implement of two cavitation models in the NSMB (Navier-Stokes-Multi-Blocks) flow solver: the Homogeneous Equilibrium Models (HEM) and a void ratio Transport-based Equation Model (TEM). The cavitation phenomenon is modeled by different liquid-vapor mixture equation of state (EOS). Numerical simulation are performed on some one- and two-dimensional compressible two-phase flows with interface conditions and compared with reference solutions. Moreover, The TEM based method for the void ratio including the source terms for vaporization and condensation in the free, open source software OpenFOAM is also presented on the Venturi geometry to capture the re-entrant jet phenomenon. The turbulence modeling plays a major role in the capture of unsteady behaviors and a limiter is introduced to reduce the eddy-viscosity to better predict the two-phase structure. A comparison of various cavitation models coupled with turbulence models are investigated. Computational results are compared with existing experimental data.

La récupération d'hydrocarbures non conventionnels fait partie des enjeux énergétiques majeurs. Ils ne peuvent être extraits par simple forage car la roche qui les contient, constituée essentiellement de nanopores, présente une très faible perméabilité. A l'échelle macroscopique, c'est-à-dire à l'échelle du bassin, les écoulements de fluides sont décrits par la loi de Darcy qui relie le flux à la perméabilité, au gradient de pression et à la viscosité. La perméabilité d'un matériau peut être mesurée expérimentalement ou théoriquement par homogénéisation à partir de l’hydrodynamique continue. Cependant, lorsque la taille des pores devient comparable à celle des molécules de fluide, une telle description n'est pas satisfaisante. D’une part l’hydrodynamique continue, où la nature du fluide n’intervient qu’à travers la viscosité, ne suffit pas forcément pour décrire l’écoulement. D’autre part les interactions au niveau moléculaire entre le fluide et le solide jouent un rôle important. Cette thèse porte sur le transport de fluides à l'échelle moléculaire et revisite la description traditionnelle qui sert de point de départ pour des écoulements à l'échelle macroscopique, en particulier dans le cas des écoulements multiphasiques. Par des simulations de dynamique moléculaire classique, nous avons étudié l'écoulement de systèmes monophasiques et diphasiques, précisant l’influence de la nature des surfaces, ainsi que de la nature et de la concentration des espèces dissoutes. Nous avons également apporté une contribution méthodologique originale pour le calcul des coefficients de diffusion d'espèces. / Unconventional hydrocarbons recovery is one of the major energy challenges. They cannot be extracted by simple drilling because the rock which contains them, consisting essentially of nanopores, has a very low permeability. On the macroscopic scale of the geological basin, the flows of fluids are described by Darcy's law which connects the flux to the permeability, the pressure gradient and the viscosity. The permeability of a material can be measured experimentally or determined theoretically by homogenization from continuous hydrodynamics. However, when the pore size becomes comparable to that of the fluid molecules, such a description is unsatisfactory. On the one hand continuous hydrodynamics, where the nature of the fluid only enters via the viscosity, is not necessarily sufficient to describe the flow. On the other hand, the interactions at the molecular level between the fluid and the solid play an important role. This thesis deals with the transport of fluids on a molecular scale and revisits the traditional description which serves as a starting point for macroscopic flows, in particular in the case of multiphase flows. Using classical molecular dynamics simulations, we study the flow of one- and two-phase systems, specifying the influence of the nature of the surfaces, as well as the nature and concentration of the dissolved species. We also develop an original methodological contribution to the calculation of the diffusion coefficients of confined species, specifying the effects of the system finite size.

Afin de contribuer à l'amélioration des simulations numériques de foyers industriels avec recycle de gaz brûlés et combustible liquide, la modélisation de la combustion turbulente non prémélangée est abordée sous deux de ses aspects : le traitement des problèmes diphasiques et la prise en compte des configurations complexes de mélange (dilution, recirculation interne).Une flamme spray éthanol/oxygène diluée par du dioxyde de carbone est d'abord calculée en LES dans un formalisme Euler-Lagrange et une chimie détaillée pour une résolution atteignant 250 µm. Les conditions d'injection du brouillard de gouttes sont déterminées à partir de mesures expérimentales de granulométrie et d'anémométrie phase Doppler.Dans une seconde partie, un nouveau formalisme de description de la combustion turbulente, basé sur l'introduction de temps caractéristiques de l'histoire du mélange est développé, puis validé en LES sur le cas de référence d'une flamme jet dans un écoulement co-courant vicié. / As a contribution to the improvement of numerical simulations of industrial furnaces with flue gas recirculation and liquid fuel, two aspects of the non-premixed turbulent combustion modeling are addressed: the handling of two-phase problems and the treatment of complex mixing configuration, such as dilution and internal recirculation. An ethanol/oxygen spray flame is first solved in an LES, following an Euler-Lagrange formalism, with detailed chemistry and at a resolution reaching 250 µm. The spray injection conditions are determined from granulometry and Doppler-phase anemometry measurements. In a second part, a novel formalism to describe turbulent combustion is developed, based on the introduction of characteristic timescales of the mixing history. It is then validated on the reference case of a jet flame in a vitiated co-flow.

Le but de cette thèse est d'étudier numériquement les écoulements diphasiques liquide-gaz à l'aide d'une méthode de suivi d'interface précise. Tout d'abord, nous mettons en place une configuration turbulence homogène isotrope diphasique. Cette configuration est utilisée pour étudier la turbulence liquide-gaz ainsi que le modèle ELSA. A l'aide de la simulation présentée il a été possible de déterminer les constantes de modélisation et de valider les termes sources utilisés dans la zone dense du spray. Ensuite, le phénomène d'évaporation est étudié en utilisant dans un premier temps un scalaire passif puis en utilisant un formalisme DNS d'évaporation. Les équations d'énergie et des espèces ont été ajoutées dans le code ARCHER. La validation de la DNS d'évaporation a été réalisée en comparant nos résultats aux solutions théoriques, tel que la loi du D2. Les limitations et les apports de cette approche sont finalement discutés et des perspectives d'améliorations sont proposées. / The aim of this thesis is to study numerically two phase flow using accurate interface tracking method. First, a two phase flow homogeneous isotropic turbulence is performed. This numerical configuration is used to study two phase flows turbulence and the ELSA model used in primary atomization modelling. Based on these results, modelling constants and source terms have been determined and validated. Then the evaporation process is studied and modelized by using a passive scalar and then by using a DNS formalism. Energy and species equations are added in the ARCHER code. Validation of the DNS performed by comparing the DNS results with theorical solution, such as the D2 law. Finally, limitations and interests of this approach are discussed and further improvements are proposed.

Un caloduc pulsé diphasique est un lien thermique composé d'un tube capillaire lisse sous forme de serpentin reliant un évaporateur à un condenseur, séparés par une partie adiabatique. Les conditions de température et de pression du fluide à l'intérieur du caloduc sont proches des conditions de changement de phase. De ce fait, et grâce aux dimensions capillaires du tube, le fluide se distribue en différentes parties liquide et vapeur distribuées de manière alternée. Les instabilités thermo-hydrauliques permanentes sont à l'origine d'un écoulement oscillant qui permet le transfert de chaleur de l'évaporateur jusqu'au condenseur.L'objectif du présent projet de recherche consiste à étudier le comportement thermo-hydraulique de trois caloducs cryogéniques pulsés diphasiques testés avec différents fluides cryogéniques (azote, néon et argon) pour le refroidissement d'aimants à haute température critique. De plus, un code numérique a été développé pour les futures simulations 2D des caloducs pulsés diphasiques.Au cours de ce projet de recherche, de nombreux tests expérimentaux ont été réalisés avec trois fluides cryogéniques différents: azote, néon et argon. Les résultats expérimentaux des tests avec une augmentation de puissance progressive dans l'évaporateur ont révélé des capacités de transfert thermiques très différentes en fonction du fluide, chaque fluide présentant un comportement thermo-hydraulique différent. L'état thermodynamique du fluide lors du fonctionnement stable du PHP et la phase d'assèchement (dry-out) ont été étudiés. Les différences dans le comportement des différents fluides ont été expliquées après l'analyse de leurs propriétés physiques. De plus, les taux de remplissage de fluide dans le PHP donnant les meilleures performances thermiques ont été définis. Ajouté à cela, de nombreux tests réalisés en configuration ouverte (avec le PHP connecté au volume tampon) et en configuration fermé (avec le PHP isolé du volume tampon) ont permis de conclure sur la capacité de régulation du volume tampon en cas de surpression dans le PHP. Aussi, les résultats expérimentaux des longs tests de stabilité ont permis de vérifier la stabilité du système PHP pendant des longues périodes de fonctionnement. Par ailleurs, des tests spécifiques ont été réalisés pour déterminer des conditions optimales de démarrage, l'influence de la température du condenseur dans les performances thermiques du système et l'influence du nombre de tubes en parallèle dans la capacité de transfert thermique du système. Finalement, une série de tests avec une forte puissance thermique imposée au niveau de l'évaporateur imitant une situation de quench dans un aimant supraconducteur ont données des précieuses informations sur les limites thermiques du système. Concernant les simulations numériques, un modèle a été développé avec le solveur Fluent pour des simulations dans une géométrie 2D axisymétrique en utilisant la méthode VOF. La dynamique du fluide dans un tube capillaire a été modélisée et les simulations thermiques ont permis de conclure que les instabilités thermodynamiques restent insuffisantes pour maintenir les oscillations du fluide. Ce modèle est présenté comme une nouvelle plateforme pour de futures modélisations 2D des caloducs pulsés diphasiques. / A pulsating (or oscillating) heat pipe (PHP or OHP) is a heat transfer device composed of a single capillary tube bent in many U-turns, connecting an evaporator to a condenser, separated by an adiabatic part. In the PHP, temperature and pressure conditions of the working fluid are close to phase-change conditions. Due to this and to the capillary dimensions of the tube, the fluid is distributed in alternating liquid slugs and vapor plugs. Permanent thermal instabilities in the PHP create the oscillating flow which allows the transfer of heat from one end (the evaporator) to the other (the condenser).The objective of the present work consists in characterizing the thermo-hydraulic behavior of the meter-scale horizontal cryogenic pulsating heat pipes as a cooling solution for space superconducting magnets. To this, several experiments have been conducted in a cryogenic facility containing three different horizontal pulsating heat pipes. In addition, a numerical 2D model has been proposed for future horizontal pulsating heat pipes simulations.During the research project, numerous tests have been performed using three different working fluids: nitrogen, neon and argon. From experimental results of progressive heat load tests it has been possible to compare the maximum heat load transfer capacity of the PHP with each fluid and the corresponding thermal performance. It has also been noticed that each fluid presents a specific behavior concerning the fluid oscillations. In addition, the thermodynamic state of the fluid in operating conditions and the dry-out process have been characterized. Differences between fluid's behaviors have been partly explained by analyzing the evolution of the fluid physical properties related to the movement and the heat transfer capacity. Furthermore, it has been possible to conclude about the relation between the liquid filling ratio in the PHP and its thermal performance, determining the filling ratios giving the highest thermal performances. Moreover, similar tests have been performed in open configuration (with the PHP connected to the buffer volume) and closed configuration (with the PHP isolated from the buffer volume). From this, it has been possible to conclude about the regulation made by the buffer volume in case of overpressure in the PHP. Also, experimental results from long stability tests have confirmed that these pulsating heat pipe are able to work in stable conditions during long periods as a reliable cooling system. In addition to that, specific tests have been done to determine the optimum start-tup conditions, the influence of the temperature of the condenser in the thermal performance and the influence of the number of turns in the global heat transfer capacity. A final series of tests have been achieved with a sudden extra heat load at the surface of the evaporator while the PHP is operating in stable conditions, simulating a quench event of a superconducting magnet. Experimental results gave us precious information about the transient thermal behavior and operating limits of this kind of device during transient heat loads like quench situations. Concerning the numerical part, a numerical model has been proposed for transient simulations with a pressure-based Fluent solver using the Volume of Fluid (VOF) method in a 2D axisymmetric geometry. Certain characteristics of fluid dynamics in capillary tubes have been confirmed. It has also been noticed that thermodynamic instabilities are not enough to generate the fluid oscillations in capillary tubes. Even if the 2D axisymmetric simulation is still at its early stages, several aspects of the models have been validated after analyzing the evolution of different parameters, suggesting that this kind of model can be considered as a new platform for future 2D pulsating heat pipes simulations.

De nos jours, la combustion représente encore un 90% de la production totale d'énergie au monde. La plupart des brûleurs de type industriel utilisent comme carburant des hydrocarbures en forme liquide. Cependant, un grand nombre d'études ont été dédiés aux flammes gazeuses et l'impact du spray liquide est encore loin d'être totalement compris. Le but de cet étude est l'amélioration de la modélisation des deux phénomènes principaux qui ont lieu entre l'atomisation du spray et la combustion, i.e. la dispersion des gouttes par la turbulence gazeuse et le procès d'évaporation dans le contexte de la Simulation Aux Grandes Echelles (SGE) des configurations complexes. Premièrement, l'approche Euler-Euler mésoscopique (Février et al. (2005)), basée sur une moyenne d'ensemble conditionnée et implémentée dans AVBP est amélioré. Le modèle de fermeture (Simonin et al. (2001); Kaufmann (2004)) pour les moments de deuxième ordre qui apparait dans les équations de transport résolues échoue quand appliqué à des configurations cisaillées (Riber (2007)). Plusieurs modèles proposés récemment par Masi (2010) et qui ont été valides a priori dans une configuration de nappe chargée de particules sont validés a posteriori dans la même configuration. Un analyse quantitative sur plusieurs cas avec diffèrent nombres de Stokes, nombres de Reynolds de la phase gazeuse et résolutions du maillage ont permit de retenir un modèle non-linéaire nommé 2EASM3, qui utilise le tenseur de déformations de la phase dispersée comme échelle de temps caractéristique. La deuxième partie a pour but l'amélioration du modèle d'évaporation implémenté dans AVBP. Ce modèle suppose une conduction infinie dans la phase liquide et symétrie sphérique dans la phase gazeuse ainsi que des lois simplifiées pour les propriétés thermodynamiques et de transport. Un nouveau modèle prenant en compte la dépendance de la viscosité du mélange gazeux avec la composition locale, et des nombres de Prandtl et Schmidt fixés par les valeurs à l'équilibre obtenus par moyen d'une simulation prenant en compte des lois complèxes pour les propriétés thermodynamiques et de transport est proposé. Cette nouvelle méthode produit des résultats en bon accord avec les mesures expérimentales pour l'évaporation d'une goutte isolé en une atmosphère d'azote au calme sans pourtant augmenter le cout du calcul. Finalement, l'impacte des nouveaux modèles est analysé dans une SGE de la configuration semi-industrielle MERCATO (García-Rosa (2008)). Bien que les données expérimentales ne soient pas suffisantes pour confirmer les résultats, les distributions de gouttes et de carburant gazeux sont significativement affectés par les modèles, ce qui pourrait avoir un impact directe sur le procès d'allumage. / Combustion still represents about 90% of the energy production in the world. Most industrial burners are fuelled with liquid hydrocarbons. However, most studies have been dedicated to gaseous ßames and the impact of liquid spray is still misunderstood. The purpose of this study is to improve the modelisation of two main phenomena occurring between atomization and combustion, i.e. the droplet dispersion in the turbulent gaseous flow and the evaporation process, in the context of Large Eddy Simulation (LES) of complex configurations. First, the mesoscopic Euler-Euler approach (Février et al. (2005)) based on a conditioned ensemble averaging and implemented in AVBP is improved. The closure model (Simonin et al. (2001), Kaufmann (2004)) for the second-order moments appearing in the transport equations solved fails in mean-sheared configurations (Riber (2007)). Several new models proposed by Masi (2010) and a priori tested in a particle-laden slab are tested a posteriori in the same configuration. A quantitative analysis based on several calculations varying the Stokes number, the gaseous Reynolds number and the grid resolution allows to retain a non-linear model using the particle rate-of-strain tensor as timescale and called 2EASM3. The second part consists in improving the evaporation model implemented in AVBP which assumes infinite conduction in the liquid and spherical symmetry in the gas phase along with simplified thermodynamics and transport properties calculation. A new model is proposed, where the dependence of gaseous mixture viscosity on local composition is accounted for, and the Prandtl and Schmidt numbers are fixed by a reference equilibrium calculation using complex thermodynamics and transport properties. This method shows good agreement with experimental measurements in the configuration of an isolated droplet evaporating in quiescent N2 without further increasing the computational cost. Finally, the impact of the new models is analysed in the LES of the MERCATO semi-industrial configuration (García-Rosa (2008)). Although the experimental data are not sufficient to confirm the results, both the droplet distribution and the fuel mass fraction are significantly affected, which would eventually affect the ignition process.

Dans ce travail, nous nous intéressons à la dynamique de croissance d'une poche de vapeur par vaporisation en milieu poreux, en relation avec l'analyse des transferts couplés de masse et de chaleur dans les mèches poreuses des boucles fluides diphasiques à pompage capillaire. Nous proposons un modèle pour les régimes transitoires, régimes encore très mal compris en dépit de leur grande importance pratique (phase de démarrage, variations de puissance, etc.). Une approche de type "réseau de pores" est adoptée et permet de prédire la distribution des phases à l'échelle de l'espace des pores. Dans une étape préliminaire, une étude spécifique de drainage (déplacement d'un fluide mouillant par un fluide non mouillant) par pressurisation du fluide envahisseur est abordée. Cette étape, nécessaire au développement et au test d'un algorithme de croissance de poche de gaz, permet de valider le modèle hydrodynamique quantitativement par une étude expérimentale dédiée. Il est mis en évidence le rôle des films liquides et de la compressibilité du gaz. Le modèle est ensuite complété par l'ajout des transferts thermiques et du changement de phase. Ici encore, une étude expérimentale dédiée est proposée, afin de valider l'outil numérique mis en place. Enfin, un ultime ajout au modèle permet de prendre en compte les phénomènes particuliers liés à l'imbibition (déplacement d'un fluide non mouillant par un fluide mouillant). Des résultats statistiques concernant la réponse dynamique d'une poche de vapeur à l'application d'une densité de puissance sont présentés, ainsi que certaines situations oscillantes dans la mèche poreuse. Nous finissons par discuter de l'influence du re-mouillage de la mèche poreuse, phénomène qui entraîne une hystérésis significative. / We study the dynamic of a vapour pocket growing by vaporisation in a porous medium, in relation with the analysis of coupled heat and mass transfers in the porous wick of loop heat pipes (LHP). We propose a model for transient modes, which are still poorly understood in spite of their importance (start-ups, power transitions, etc.). This work is based on a pore network approach enabling us to predict the phase distribution at the pore space scale. In a preliminary step, a study of drainage (displacement of a wetting fluid by a non wetting one) by pressurisation of the invading fluid is performed. This step is necessary for the development and the test of the vapour pocket growing algorithm. A quantitative validation of the hydro-dynamical model is obtained thanks to a dedicated experimental study. The influence of liquid films as well as gas compressibility is investigated. Our model is then improved to deal with heat transfer and phase change. Again, a dedicated experimental study is performed in order to validate the numerical tool. The model is finally improved a last time to deal with the effects due to imbibition mechanisms (displacement of a non wetting fluid by a wetting one). Statistical results concerning the dynamic response of a vapour pocket to the application of a power density are presented, andsome specific oscillating situations in the wick are identified. We finish discussing the influence of the re- etting of the porous wick, a phenomenon which induces a significant hysteresis effect.

Le développement de la technologie du véhicule hybride au sein du parc automobile mondial place les constructeurs tels que PSA Peugeot-Citroën face à de nouvelles problématiques. L'intégration des modules d'électronique de puissance dans ce type de véhicule entraîne d'importantes dissipations thermiques qu'il est nécessaire d'évacuer alors que les systèmes de refroidissement conventionnels atteignent leurs limites. Dans ce but, un système innovant de transfert thermique passif fait l'objet de la présente thèse : la boucle diphasique à pompage thermocapillaire. Une architecture particulière de ce type de système est présentée, où les positions relatives de l'évaporateur, du réservoir et du condenseur permettent à la gravité de jouer un rôle de premier plan dans le fonctionnement de cette boucle. Une pré-étude ayant permis de sélectionner l'éthanol comme le fluide de travail le mieux adapté à cette application automobile, un banc expérimental finement instrumenté avec mesures de températures, pressions et débits a été mis en oeuvre pour caractériser la réponse de la boucle à une application de puissance en régimes de fonctionnement permanent et transitoire. L'apport des mesures de débit et de pression s'est notamment traduit en régime transitoire par la mise en évidence de phénomènes d'écoulement particuliers dans la boucle. Les résultats obtenus ont permis, tant sur les plans thermique qu'hydraulique, de confirmer d'une part leur potentiel de gestion de la dissipation thermique en maintenant la température de l'électronique stable quelle que soit la puissance appliquée et d'ouvrir d'autre part nombre de perspectives de contrôle et de dimensionnement pour la conception des futures boucles. Les données expérimentales obtenues ont également permis de valider et d'identifier en régime permanent un modèle nodal thermo-hydraulique de boucle développé dans le cadre de cette thèse. Ce modèle global est basé sur une approche originale, dans ce contexte, de modélisation du phénomène de changement de phase avec comme variable du calcul l'enthalpie en sus de la température et de la pression. Même si ce modèle reste tributaire de l'expérience par l'identification de deux conductances thermiques, il nous a permis d'apprécier en particulier l'influence de la gravité et des conditions d'environnement sur le fonctionnement de la boucle et ouvre également des perspectives de dimensionnement pour sa valorisation au sein de futurs véhicules hybrides.

L'objectif de cette étude est d'examiner les écoulements diphasiques liquide/gaz dans les canaux des plaques bipolaires des piles à combustible afin de comprendre et de trouver des solutions au problème d'engorgement. L'influence de la section du canal et du matériau utilisé sur les pertes de charge (PDC) et sur la structure de l'écoulement d'eau liquide est plus particulièrement étudiée dans une expérience hors pile. Les mesures des PDC ont permis de mettre en évidence des séquences de bouchages et de débouchages, la fréquence de ces dernières augmentant avec le débit. Par ailleurs il est montré que le rapport des PDC diphasiques moyennées par les PDC en air sec décroit avec le débit et ceci indépendamment de la dimension du canal et qu'il est d'autant plus faible que le revêtement est hydrophile. Enfin différents régimes d'écoulements diphasiques (stratifié et de gouttes) ont pu être mis en évidence dans les différentes zones du canal et un modèle pour chacun d'eux a été établi, confirmant les résultats expérimentaux / This work focuses on the gas-liquid flows in the cathode plate, with the objective to observe their patterns, to understand their behavior, to estimate the pressure drops (PD) and eventually, to reduce clogging and its possible consequences in term of oxygen starvation downstream. A special emphasis is put on the effect of the channel section (typically between 0.5 and 1 mm²) and on the surface properties of the flow field plate materials. The experiments are performed ex-situ. The PD is measured locally along the channel as well as globally between the inlet and outlet, which put forward the existence of clogging/unclogging sequences. The characteristic frequency of these sequences increases with the air flow rate. The results show that the ratio of PD in two-phase flow to PD in dry flow decreases with the air flow rate while it does not seem to depend on the channel size (within the tested range). Moreover this ratio is lower with hydrophilic coating. Finally two main flow patterns (slug and annular flow) have been observed depending on the distance from the inlet and they have been simulated