Thèse--Sc. phys.--Grenoble I, 1981. / Bibliogr. p. 197-220.

Th. doct.--Hydrol. et Hydrogéol. quantitatives--Paris--Ec. natl. sup. des mines, 1991. / Bibliogr. p. 215-219. Résumé en français et en anglais.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Th. doct.-ing.--Méc.--Toulouse--I.N.P., 1982. N°: 184.

Comme la plupart des problèmes réels posés à la science des matériaux, celui de la corrosion intergranulaire de l'aluminium par l'eau chaude est complexe, à cause de la multiplicité des facteurs qui entrent en jeu. Pour n'en laisser au hasard qu'une part aussi limitée que possible, nous avons utilisé des bicristaux orientés. Leur préparation, par solidification contrôlée en nacelle horizontale, constitue en effet depuis une quinzaine d'années une activité traditionnelle de notre laboratoire. La contribution que nous y avons apportée a été la mise au point d'un modèle de four au fonctionnement simple et sûr, et l'amélioration des techniques d'orientation, tant en rapidité qu'en précision, grâce à l'utilisation de tables numériques établies à l'aide d'un ordinateur. Dans ces cristaux orientés, préparés à partir d'un métal de pureté constante, nous avons prélevé des échantillons qui ont été exposés à de l'eau à 150°C. La nécessité de respecter certaines précautions expérimentales nous est rapidement apparue : il faut utiliser des échantillons présentant le moins possible de ségrégations, et ne considérer que les attaques ayant lieu à partir d'une même face de l'échantillon, de préférence celle qui est constamment restée libre au cours de la préparation par solidification contrôlée. Ces conditions nous ont permis de bien choisir les facteurs qui ont été pris en considération dans ce travail. L'étude de la corrosion d'un joint de grains donné nous a montré que celle-ci progresse en deux étapes successives, dont la seconde est liée à l'apparition de poches d'hydrogène dans le sillon d'alumine. La vitesse de corrosion demeure constante au cours de chacune des étapes. Cela laisse penser que les conditions physico-chimiques ne s'y modifient pas, et tempère notre regret de n'avoir pas contrôlé les conditions électrochimiques du phénomène. En étudiant la corrosion d'un joint symétrique de flexion entre deux cristaux désorientés de 50° autour d'un axe <001>, joint assez quelconque, puisqu'il n'est ni de faible désorientation ni de haute coïncidence, nous avons décelé une forme originale de l'anisotropie d'un joint de ce type. La corrosion en effet ne progresse pas à la même vitesse dans les deux sens de la direction normale à l'axe de flexion. Nous pensons que cette anisotropie ne résulte pas de la structure intrinsèque du joint, mais de sa position par rapport aux deux réseaux qu'il sépare, et dont les directions <011> constituent des canaux privilégiés pour la diffusion d'hydrogène. En attribuant un rôle essentiel à cette étape de la réaction cathodique, notre hypothèse s'accorde avec les conclusions généralement admises. Deux séries de bicristaux, contenant respectivement des joints symétriques de flexion autour de <001> et <011>, nous ont permis d'examiner dans ces deux cas l'influence de l'un des cinq paramètres qui définissent macroscopiquement la géométrie d'un joint de grains. Cette étude a montré en particulier que, parmi les joints de macle, il en est qui présentent à la corrosion intergranulaire une résistance remarquable : Ce sont les joints (111) et (311), c'est-à-dire ceux dont les énergies calculées sont les plus faibles. L'ensemble des résultats obtenus a fait apparaître la nécessité de considérer cette fois la structure même des joints pour interpréter leur comportement. Nous avons proposé une méthode géométrique pour construire le réseau de transition des joints symétriques de flexion autour de <011> et <100>. Les structures obtenues sont, à une relaxation près, celles auxquelles conduit un calcul énergétique. La méthode permet de mesurer le défaut de densité du joint, défini comme le nombre d'atomes qu'il faut supprimer pour introduire dans un échantillon initialement monocristallin, sans faire varier son volume, une unité d'aire de ce joint. Nous avons montré que le défaut de densité de la structure intergranulaire, par rapport à l'édifice cristallin parfait, est une des causes essentielles de l'accumulation d'hydrogène dans le joint et du dommage qui en résulte. Abordant enfin un point de vue thermodynamique, nous avons montré que l'énergie interne d'un joint provient également du défaut de densité de sa structure, et que son entropie résulte de la perte de leur voisinage normal subie par certains atomes. Toutes ces considérations soulignent l'importance de la part qui revient à la structure intergranulaire dans les propriétés physico-chimiques et les caractéristiques thermodynamiques d'un joint de grains. Il n'en faudrait pas conclure à l'insignifiance du rôle joué par les impuretés présentes dans le métal que nous avons utilisé. Au contraire, pour réduire la part laissée au hasard, les expérimentateurs auront grand avantage à employer des métaux de plus en plus purs, élaborés en quantités importantes et homogènes, et qui seuls permettront d'examiner l'influence spécifique de diverses impuretés. Parallèlement, les résultats, modestes mais encourageants, que les bicristaux nous ont permis d'obtenir dans l'étude d'un exemple de corrosion intergranulaire, devraient convaincre les spécialistes de la corrosion de l'utilité que peuvent présenter pour leurs travaux les mono et bicristaux orientés. Les efforts entrepris aujourd'hui dans les deux directions de l'élaboration de métaux purs, et de la préparation de cristaux orientés, nous semblent donc particulièrement bien fondés.

Les systèmes de chauffage utilisant des chaudières à charbon dans les bâtiments à occupation discontinue ont des caractéristiques particulières. Le travail présenté ici a pour objet l'étude de la gestion d'énergie de tels systèmes. Deux modèles de chaudière à charbon ont été développés : un modèle fin et un modèle simplifié. Le modèle fin a été élaboré dans le but de décrire le comportement dynamique de la chaudière. Le modèle simplifié a été développé pour répondre aux besoins du calcul de la commande. Une structure de commande optimale basée sur le principe d'optimisation quadratique a été étudiée, améliorée et adaptée au contrôle de systèmes de chauffage intermittent. En la complétant par une méthode d'auto-réglage, cette commande peut corriger automatiquement les erreurs de commande dues aux imprécisions du modèle utilisé ou à d'autres causes. Les études, par simulations, des applications de la commande optimale aux systèmes de chauffage à chaudière à charbon ont démontré l'efficacité et la souplesse de cette commande, ainsi qu'une économie énergétique importante par rapport à la commande classique.

Afin de maitriser la qualité d'eau dans les réseaux d'eau chaude sanitaire, des traitements de désinfection thermiques et chimiques sont utilisés. Ces traitements de désinfection peuvent avoir un impact sur la dégradation des canalisations. L'influence de l'addition d'hypochlorite de sodium et de l'augmentation de la température sur la vitesse et le mode de dégradation des canalisations en cuivre, acier galvanisé, PERT/Al/PERT et PVCc a été étudiée. Pour ceci, des essais de vieillissement accéléré ont été réalisés en conditions statiques et dynamiques. Afin de réaliser les essais en conditions dynamiques, un banc d'essais à échelle 1 a été conçu et construit.La chimie des solutions d'hypochlorite de sodium à des températures élevées (>50°C) est complexe, ceci a motivé la réalisation d'une étude complémentaire sur les espèces présentes en fonction du pH et la cinétique de décomposition des solutions d'hypochlorite de sodium. Cette étude a révélé que l'augmentation de la température de 50°C à 70°C à une valeur de pH donnée produit une diminution significative de la concentration en acide hypochloreux. De plus, la décomposition de l'hypochlorite de sodium en chlorates est accélérée par la présence de cuivre et elle peut devenir significative à partir de 50°C.Les essais de vieillissement réalisés sur les canalisations ont révélé que l'addition d'hypochlorite de sodium est pénalisante par rapport à la vitesse de dégradation du cuivre, acier galvanisé et PERT/Al/PERT. Cependant, la dégradation du PVCc ne semble pas se voir affectée par l'addition d'hypochlorite de sodium. L'élévation de la température de 50°C à 70°C paraît accélérer légèrement la dégradation du PERT/Al/PERT et du PVCc. En revanche, avec une chloration de 25 ppm en hypochlorite de sodium, le mode de corrosion du cuivre est uniforme à 70°C tandis qu'il est localisé à 50°C.Les conclusions de ces résultats peuvent être d'utilité pour la conception et la maintenance des réseaux d'eau chaude sanitaire.

La part de consommation d'énergie primaire d'eau chaude sanitaire (ECS) dans des bâtiments à basse consommation (BBC) devient proportionnellement importante quand comparée aux autres postes. Actuellement, l'intégration des systèmes dans les nouveaux bâtiments ne présente pas de difficulté. En revanche, le marché de la rénovation est mal exploité, et une des contraintes importante est le placement du ballon de stockage. Dans le cas où le ballon doit être placé en dehors du bâtiment, les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes, ni d'un point de vue thermique (fortes pertes), ni d'un point de vue esthétique (réservoir visible à l'extérieur). Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié une solution innovante visant à intégrer le stockage au capteur, afin de permettre une intégration complète du système au niveau de la toiture. Le critère énergétique nous a conduit à proposer un volume de stockage totalement isolé où l'apport de chaleur se produit en partie basse. Nous réalisons dans le cadre de la thèse une étude expérimentale d'une cavité à haut rapport de forme, qui nécessite la réalisation d'un système de stratification. Ce système, une plaque, a été étudié numériquement pour optimiser le placement du fluide en partie haute. Enfin un modèle global a été conçu pour les simulations de performance annuelle. Ce modèle se montre satisfaisant, et montre que la performance du système est légèrement inférieure aux systèmes classiques (thermosiphon). Les pertes thermiques ont été le facteur le plus pénalisant. Le dimensionnement d'un prototype a été réalisé, et ce dernier sera testé au cours de l'année 2012.

Le travail essentiel de cette thèse réside dans l'élaboration d'un modèle mathématique permettant de calculer l'écoulement puis les pollutions thermiques ou chimiques en rivière. Les équations résolues sont les équations de Saint-Venant avec une hypothèse supplémentaire de "plafonnage" de la surface ("rivière à plafond"). La résolution utilise une méthode de différences finies avec un algorithme de pas fractionnaires. La discrétisation se fait sur un maillage curviligne à pas variable. Le modèle est conçu pour s'adapter à une géométrie quelconque sans îlot. Il a été testé de façon satisfaisante sur trois cas de figures présentant un degré de difficulté croissante.

La part de consommation d'énergie primaire d'eau chaude sanitaire (ECS) dans des bâtiments à basse consommation (BBC) devient proportionnellement importante quand comparée aux autres postes. Actuellement, l'intégration des systèmes dans les nouveaux bâtiments ne présente pas de difficulté. En revanche, le marché de la rénovation est mal exploité, et une des contraintes importante est le placement du ballon de stockage. Dans le cas où le ballon doit être placé en dehors du bâtiment, les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes, ni d'un point de vue thermique (fortes pertes), ni d'un point de vue esthétique (réservoir visible à l'extérieur). Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié une solution innovante visant à intégrer le stockage au capteur, afin de permettre une intégration complète du système au niveau de la toiture. Le critère énergétique nous a conduit à proposer un volume de stockage totalement isolé où l'apport de chaleur se produit en partie basse. Nous réalisons dans le cadre de la thèse une étude expérimentale d'une cavité à haut rapport de forme, qui nécessite la réalisation d'un système de stratification. Ce système, une plaque, a été étudié numériquement pour optimiser le placement du fluide en partie haute. Enfin un modèle global a été conçu pour les simulations de performance annuelle. Ce modèle se montre satisfaisant, et montre que la performance du système est légèrement inférieure aux systèmes classiques (thermosiphon). Les pertes thermiques ont été le facteur le plus pénalisant. Le dimensionnement d'un prototype a été réalisé, et ce dernier sera testé au cours de l'année 2012. / The primary energy consumption of domestic hot water (DHW) in low energy house becomes proportionately large when compared to other energy consumptions. In new buildings, the integration of DHW systems do not present any difficulty. However, the thermal renovation market is poorly operated, with the storage's placement as the main constraint. When the storage must be placed outside the building, nowadays the solutions are not satisfactory, or by a thermal point of view (high losses), or an aesthetic point of view (tank visible from outside). In this thesis we studied an innovative solution of an integrated storage collector, allowing full integration at the roof and completly insulated. The storage is heated at the bottom. A cavity with high aspect ratio has been studied experimentaly and the cavity requires a stratification system. This system, a plate, was numerically studied to optimize the placement of the fluid at the top. Finally a global model was developed for annual performance simulations. This model proves satisfactory and shows that system performance is slightly lower than conventional systems (thermo- siphon). Heat loss was most detrimental factor. The design of a prototype was produced, and it will be tested during the year 2012.