Thermal management of electronics has become a major challenge in manufacturing and production of high performance electronic chips. Constant rise of computation power requires higher amount of energy and subsequently this energy (in the form of heat) should be transferred out of the computer. Among other solutions, heat pipes are proposed as a means to transfer and eventually remove this excess heat. The main part of a typical heat pipe is the wick which provides a medium for transport of capillary driven flow and evaporation at the vapor-liquid interface. Different materials are proposed as wick for a heat pipe and among them, recently invented Bi-porous metal foams exhibit a very significant performance improve, i.e. high transport limit in comparison with competing materials. By a mainly experimental approach, capillary, wetting and evaporation properties of copper metal foams with different porosities have been investigated. An in depth surface characterization study is done on the foams to identify the role of surface wettability on the capillary performance. It is found for the first time that the hydrophilicity loss of the copper based porous materials when exposed to air is caused by the adsorption of volatile organic compounds and not by copper oxidation. It is also inferred that the reason for high transport limit of the foams compared with other materials is their unique microstructure which has two levels of porosity. This biporous microstructure provides paths for liquid transport with low pressure drop while the smaller pores provide for thin film evaporation and produce high capillary pressure. Permeability and effective pore radius, as two key parameters defining the pumping capacity, are measured experimentally by the rate of rise method. It is also found that the evaporation rate of a rising liquid in a porous material is lower compared with that of the same material while saturated with stationary liquid. This will allow ignoring natural evaporation in the rate of rise method and using simplified models to capture permeability and effective pore radius. The role of meniscus recession in capillary pumping and evaporation rate is characterized for the first time and a model is proposed to measure the effective pore radius of porous materials in operating conditions. It is shown that the effective pore radius can decrease up to 50% due to forced evaporation. In a more general perspective, through different experiments, it is shown that there is a coupling between capillarity and evaporation. This coupling is established through variation in meniscus shape which will affect both capillarity and evaporation. The findings of this thesis will shed light on the capillarity, evaporation and their interconnected nature in the capillary wicks in two phase thermal management devices.

La cristallisation d'un sel initialement dissous dans l'eau contenue dans des matériaux poreux tels que les ciments, béton, mortiers, briques, ..., est une cause majeure de dégradations intervenant dans les constructions et dans certains éléments de notre patrimoine culturel (monuments, murs, sculptures, fresques, ...). Les sels cristallisés à la surface du milieu poreux (efflorescence) n'affectent pas généralement la durabilité de l'ouvrage mais pose un réel problème esthétique pour les façades des bâtiments. Dans le cas d'une cristallisation interne au milieu, les contraintes exercées sur la matrice solide peuvent endommager l'ouvrage allant jusqu'à l'apparition de fissures. Dans ce contexte, le présent travail porte sur l'évaporation avec cristallisation de sel en milieu granulaire et plus précisément sur l'étude de la localisation des cristaux et des déplacements mécaniques induits. La première partie de cette thèse porte sur l'étude des facteurs contrôlant la localisation des cristaux à la surface d'un milieu hétérogène et s'appuie sur l'identification de deux situations de base. Dans la première situation dite de mèche, le milieu poreux est en contact permanent avec une solution saline qui l'alimente à sa base. Cette situation peut correspondre à des parties basses de murs ou d'ouvrages, lorsque le matériau est proche de l'eau des sols. La deuxième situation dite de séchage peut correspondre à des matériaux situés suffisamment en hauteur dans un mur ou un ouvrage. Contrairement au cas de la situation de mèche, le milieu poreux n'est pas alimenté en solution quand l'évaporation se produit. Ces deux situations conduisent à des localisations exactement opposées: à la surface du milieu grossier en séchage, à la surface du milieu fin pour la situation de mèche. Dans le cas de la situation de mèche, la modélisation proposée montre que la structure de l'écoulement joue un rôle clé dans la localisation de la cristallisation alors que pour la situation de séchage, la désaturation préférentielle du milieu grossier est un effet dominant. Concernant la colonisation de la totalité de la surface du milieu poreux par l'efflorescence, l'étude suggère qu'il existe une vitesse d'évaporation critique au regard de laquelle ce phénomène apparait. La deuxième partie de la thèse est dédiée au phénomène de surrection de surface (" surface heave ") à l'aide d'expériences au sein de cellules quasi bidimensionnelles de type Hele Shaw complétés par des expériences en milieu granulaire confiné au sein de tubes cylindriques. Un modèle de croissance de la subflorescence est proposé dans lequel la loi de croissance de la subflorescence est contrôlée par l'évaporation. Ce modèle prédit une très légère sursaturation en haut de la subflorescence compatible avec l'existence d'une pression de cristallisation. Ce modèle permet d'identifier deux régimes principaux de déplacement: un régime dit de désaturation de la subflorescence et un régime de colmatage. Des expressions simples sont proposées pour estimer la croissance de la subflorescence et donc le déplacement induit. Ces relations permettent de déterminer la sursaturation au sommet de la subflorescence et donc la pression de cristallisation. / The crystallization of salt, initially dissolved in water, from porous materials (like cements, concrete, mortar, bricks) is a major cause of degradation occurring in buildings and in certain elements of our cultural landscape (monuments, walls, sculptures, frescoes,). Salt crystallization at the surface of a porous medium (efflorescence) don't affect structure durability but create an aesthetic problem for building construction. However, when salt crystallization occurs inside the porous media (subflorescence), pressure on the solid matrix can damage structures by cracking. In this context, the present work focuses on evaporation with salt crystallization in a granular medium and in particular on the locus of crystals and induced mechanical displacements. The first part of this thesis focuses on the study of the factors controlling the localization of crystals atthe surface of an heterogeneous medium. This study is based on the identification of two basic situations of evaporation. In the first so-called evaporation wicking situation, the porous medium is in contact at its bottom with an aqueous solution and the medium remains fully saturated by the solution during evaporation. This situation may correspond to lower parts of walls or structures, when the material is close to the ground water. The second so-called drying situation can correspond to materials located sufficiently high in a wall or a structure. Contrary to the case of wicking situation, the porous medium isn't supplied with a saline solution when evaporation occurs. These two situations lead to a markedly different locus of the efflorescence formation: on the surface of the coarse medium in drying situation and on the surface of the fine medium for the wicking situation. The study emphasizes the key-role of the velocity field induced in the porous domain in the case of the evaporation-wicking situation. In the case of the drying situation, a key aspect lies in the local increase in the ion mass fraction due to the local desaturation, i.e. the local shrinking of the liquid volume containing the ions. Regarding the colonization of the entire surface of the porous medium by efflorescence, the study suggests that there is a critical evaporation rate against which this phenomenon appears. The second part of the thesis deals with the study of surface heave phenomena using experiments in quasi-two-dimensional Hele-Shaw cell supplemented by experiments in a confined granular medium of cylindrical tubes. A growth model of subflorescence is proposed in which the growing subflorescence is controlled by evaporation and not by the precipitation of salt. This model predicts a very slight supersaturation on the top of the subflorescence compatible with the existence of a crystallization pressure. This model makes it possible to identify two main regimes of displacement: a regime known as desaturation of the subflorescence and a clogging regime. Simple expressions are proposed to estimate the growth of subflorescence and thus the induced displacement. These relationships make it possible to determine the supersaturation at the top of the subflorescence and therefore the crystallization pressure.

L’évaporation d’eau chargée en sels fait partie des processus de dégradation d’un milieu poreux. Lors de l’évaporation, les sels vont s’accumuler à l’interface liquide-gaz, pouvant aller jusqu’à la cristallisation. Lors de la cristallisation, des contraintes importantes sont exercées sur la matrice solide du milieu poreux, ce qui à terme peut la détériorer.Les travaux présentés ici portent sur l’évaporation d’une solution de NaCl en situation de mèche et se focalisent sur les phénomènes de transport jusqu’à la cristallisation. Nous avons analysé le lien entre le transport de la vapeur, l’écoulement induit dans la solution par l’évaporation, le transport de sel depuis le réservoir de solution saline vers l’interface, et la cristallisation. Plusieurs études expérimentales ont été réalisées pour différentes configurations de mèche. Par ailleurs, nous avons aussi mis en place divers modèles numériques (approche continue 1D et 2D, réseaux de pores 2D et 3D).Une première étude sur une mèche saturée met en évidence l’influence de la cristallisation sur les différents transports. Les cristaux forment un nouveau milieu poreux, favorisant l’évaporation et générant un effet de pompage sur la solution saline. Une deuxième étude sur des mèches saturées a permis d’analyser l’influence de l’évaporation et des propriétés du milieu poreux sur la localisation et le temps d’apparition de la cristallisation. Les expériences montrent une cristallisation discrète à la surface des mèches, se formant préférentiellement dans les zones où l’évaporation est la plus intense. Dans le cas des milieux hétérogènes, la localisation de la cristallisation dépend des propriétés des milieux poreux formant les mèches (porosité et perméabilité).Finalement, la situation d’évaporation en milieu partiellement saturé est étudiée et montre aussi une cristallisation discrète. Nous avons constaté qu’une approche continue classique ne permet pas de prédire correctement la cristallisation en raison des hétérogénéités des fronts. Pour palier ce manque, des modèles de réseaux de pores ont été développés. Les résultats obtenus indiquent que pour une évaporation insuffisante, la cristallisation n’a jamais lieu à l’interface. Lorsque l’évaporation augmente, la proportion de fronts amenant à la cristallisation augmente. Lorsque l’évaporation devient suffisamment intense, la totalité des fronts atteignent la cristallisation. Les zones de cristallisation préférentielles le long des fronts sont identifiées et caractérisées. / The evaporation of water with dissolved salt is a main source of degradation of porousmedia. As water evaporates, dissolved salts accumulate under the liquid-gas interface, possibly reaching crystallization. As crystals grow, stresses can be generated andmay deteriorate pore walls. In this context, our study focuses onNaCl transport and crystallization processwhich result from evaporation inside or at the surface of the porousmedium. The link between vapour transport, brine flow, salt transport and crystallization, is studied with both experiments and numerical simulations (continuummodels and pore network models). A firstwork on saturatedwicks shows howthe growth of efflorescences affects the different transports occurring during evaporation. Efflorescences create a new porous medium which increases evaporation, and consequently salt transport through the wick, generating a "pumping effect". The influences of evaporation rate distributions and porous medium properties on crystallization are also analysed. Results showthat crystallization occurs in a discrete way over the surface of the saturated wicks, due to the porous medium disorder. In addition, it is found that efflorescences tend to grow preferentially in strong evaporating areas. For heterogeneousmedia, results show that crystallization occurs over the less permeable and the less porousmedium. A study of evaporation inside partially saturatedwicks also indicates discrete crystallization at the front. Classic continuum models can not predict accurately the crystallization over this kind of heterogeneous interface. Pore network models are more suitable to simulate transports with these large scale heterogeneities. Results show that depending on the global evaporation rate at the front, crystallization never occurs, may occur with a certain probability or always occurs. The relation between fronts structures, evaporation rate distribution and transports in the liquid phase, is analysed in order to understand and predict crystallization localization. These crystallization spots are then identified and characterized.

Cette thèse s’inscrit à mi-chemin entre l’étude de la déformabilité des structures tissées et la valorisation de la fibre de lin pour des applications dans le renforcement des matériaux composites. Le premier objectif de l’étude est de caractériser expérimentalement le comportement en flexion des mèches de différentes structures constituées de fibres de lin ainsi que des tissus de différentes armures. Les travaux ont abordé aussi des paramètres tels que l’humidité relative et la composition (des mèches comélées ou en lin pure). Le deuxième objectif des travaux est d’étudier le comportement en flexion des tissus en fonction du comportement en flexion des mèches. Cette partie a commencé par la modélisation géométrique des renforts tissés dans le but de suivre l’évolution de la section du tissu qui varie dans la direction de la flexion. La modélisation mésoscopique a permis de calculer analytiquement les propriétés géométriques du tissu en particulier son moment quadratique. Les résultats obtenus ont été utilisés dans la simulation de la flexion du tissu. L’étude a permis de voir jusqu’à quel point le comportement de la mèche et le moment quadratique du tissu pilotent le comportement en flexion du tissu. D’après ces travaux, le comportement en flexion du tissu semble être approché de façon satisfaisante sur toute la gamme de longueurs envisagées à partir de ces deux grandeurs sauf pour les forts taux d’humidité où d’autres phénomènes doivent être considérés. L’étude a souligné que la différence entre deux renforts testés expérimentalement peut être anticipée numériquement. Ainsi, le concepteur de tissus sera capable d’anticiper la rigidité expérimentale du tissu pour faire des tissages adaptés à la mise en forme du renfort. Une étude paramétrique de la flexion a été également réalisée dans le but de déduire les paramètres les plus influents sur lesquels il peut jouer. / This thesis is halfway between the study of the deformability of woven structures and the use of flax fibre as reinforcement of composite materials. The first aim of the study is the experimental characterization of the bending behaviour of tows with different structures made of flax fibres and fabrics with different weaves. Parameters such as relative humidity and the composition (100% flax and commingled tows) were also considered. The second aim of the study is to link the bending behaviour of the fabric to the bending behaviour of its constituent tows. This part starts with the geometric modelling of woven fabrics in order to follow the variation of its section in the bending direction. Mesoscopic modelling allows the analytical calculation of the geometric properties of the fabric in particular its moment of inertia. The results obtained were used in the simulation of the fabrics bending to see how far the behaviour depends on the tows bending behaviour and the moment of inertia. The bending behaviour of the fabric seems to be approached satisfactorily from these two factors. This is verified within the range of lengths considered except for high humidity (in this case, other phenomena must be considered). The study pointed out that the difference between two reinforcements tested experimentally can be predicted numerically. Thus, the fabrics designer will be able to anticipate the experimental bending stiffness of the fabric in order to adapt the weaving to the shape forming. A parametric study of the bending was also achieved in order to deduce the most influential parameters of the fabric for an appropriate weaving.