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 cette étude est de concevoir un système de refroidissement passif au sein d'un data center. La solution qui a été choisie est la boucle thermosiphon, combinant le free cooling et le refroidissement par changement de phase. Cette technologie offre de la simplicité et de la compacité. De plus, en l'associant avec des échangeurs de chaleur à micro-canaux, elle est capable d'absorber de grandes quantités de flux de chaleur avec un faible débit du réfrigérant. La boucle thermosiphon est composée d'un évaporateur à mini-canaux et à courants parallèles, d'un condenseur à air, d'un riser et d'un downcomer. Un prototype expérimental a été construit afin de caractériser les transferts de chaleur entre le réfrigérant et la chaleur créée. Des études expérimentales sont introduites. L'influence du taux de chargement et de la puissance électrique est détaillée et analysée. En parallèle, un modèle numérique a été développé pour prédire les caractéristiques du réfrigérant en fonction des paramètres géométriques et climatiques. Une comparaison avec les résultats expérimentaux est également effectuée. Enfin, la boucle thermosiphon est améliorée avec l'ajout d'un second évaporateur. Les tests sont effectués avec des puissances plus importantes. Une nouvelle conception d'une boucle thermosiphon et les limites du prototype sont présentées. / The objective of this study is to build a passive cooling system in a data center. The chosen solution is the loop thermosyphon, combining free cooling and two-phase cooling. This technology offers simplicity and compactness. Furthermore, by associating with micro-channels heat exchangers, it is able to remove higher heat fluxes while working with smaller mass flow rate of coolant. The thermosyphon is composed by mini-channel parallel-flow evaporator, an air condenser, a riser and a downcomer. The experimental setup has been built to characterize the heat transfer between the working fluid and the provided heat. An experimental study is introduced. The effect of the fill ratio and the input power is specified and analyzed. In parallel, a numerical model has been developed to predict the fluid properties in function of geometrical and climatic parameters. A comparison between experimental and numerical results is also carried out. Finally, the loop thermosyphon is upgraded with a second mini-channel parallel flow evaporator. Tests are conducted with huger heat flux. A new design of loop thermosyphon and the limits of the prototype are introduced.

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