L'accroissement des émissions de gaz à effet de serre a amené l'Union Européenne à établir des politiques de réduction des émissions de ces gaz. Pour ce qui concerne la climatisation automobile, l'Union Européenne a décidé d'arrêter l'utilisation des fluides frigorigènes dont le GWP supérieur à 150 pour les nouvelles plate-formes à partir de 2011, et progressivement pour l'ensemble des véhicules neufs à partir de 2017. Le CO2 est un fluide candidat pour remplacer les fluides à GWP élevé. Les propriétés thermodynamiques du CO2 impliquent un cycle frigorifique trans-critique à basses performances énergétiques pour une température de puits supérieure à 31°C. La haute pression peut être optimisée afin de maximiser le COP du système. L'analyse exergétique du cycle montre que les principales pertes de performances proviennent de la détente isenthalpique et de la compression. Le cycle de réfrigération à éjecteur diphasique (équivalent au cycle de réfrigération à deux étages de compression à injection totale avec détente isentropique) se présente comme une solution qui réduit ces pertes. Un modèle 1D a été élaboré pour caractériser le fonctionnement de l'éjecteur et dimensionner des éjecteurs afin de les tester sur un banc d'essais. Des essais comparatifs ont été menés sur des cycles de réfrigération à CO2 avec et sans éjecteur. Les principaux résultats des essais sont : - quatre stratégies de contrôle expérimentalement vérifiées pour réguler la haute pression et la température d'évaporation via le détendeur électronique et la vanne de contrôle externe du compresseur, - la validation du modèle de la tuyère convergente - la validation du modèle 1D en testant 18 éjecteurs différents. Le modèle 1D développé a montré que l'éjecteur améliore jusqu'à 12% les performances énergétiques du cycle au CO2. Les buses développées peuvent être couplées à une roue pour constituer une turbine à impulsion, organe de détente isentropique. Il serait intéressant d'utiliser l'éjecteur dans une boucle de climatisation à air pour évaluer ses performances. Dans le cadre de pompes à chaleur utilisées pour produire de l'eau chaude sanitaire à 60°C, l'éjecteur diphasique permet une amélioration des performances de l'ordre de 10 % comparativement au cycle classique au CO2.

La production d'électricité dépend étroitement de la disponibilité d'une source froide. C'est la raison pour laquelle la plupart des centrales de grande puissance dans le monde sont construites près d'une source d'eau. Le problème de la source froide a été soulevé à plusieurs reprises en France, notamment après les canicules de 2003 et de 2006. Le refroidissement à l'air sec est une des options possibles. Cependant, étant donné le besoin de surface d'échange plus important, le changement de la source froide pour l'air ambiant n'est pas, dans la majorité des cas, viable économiquement.Une des solutions à ce problème imaginées à EDF était de changer l'architecture du cycle de production en considérant un cycle de production composé de deux cycles de Rankine en cascade, le premier fonctionnant avec de la vapeur d'eau et le deuxième fonctionnant avec de l'ammoniac dont la vapeur à basse pression est beaucoup plus dense que celle de l'eau. Cette solution permet de faciliter l'utilisation d'un aérocondenseur et de réduire la taille de la salle machine.En raison de la nature toxique et corrosive de l'ammoniac, il est intéressant d'étudier la possibilité de remplacer ce dernier par d'autres fluides plus adaptés, notamment en envisageant de nouveaux fluides pour lesquels peu ou pas de données sont disponibles. Nous comparons les fluides sur le plan énergétique et en terme de taille des composants de l'installation.Cette thèse illustre la démarche des différentes étapes de notre travail : la recherche de nouveaux fluides de travail, l'évaluation de performance du système en régime nominal et non-nominal, le dimensionnement des principaux composants du cycle ainsi que l'évaluation de coût et de gain économique éventuel.

Différentes familles de liquides ioniques ont été sélectionnées pour leur capacité d’absorption de gaz et plus particulièrement de dioxyde de carbone. L’objectif de ces travaux est de définir les liquides ioniques les plus à même d’être utilisés en tant qu’absorbants dits alternatifs dans les procédés de captage de gaz, l’enjeu principal étant à terme de diminuer les coûts de production des procédés industriels. Les systèmes retenus sont des liquides ioniques purs issus de la combinaison de cations imidazolium, pyrrolidinium et phosphonium avec des anions de type carboxylate ou tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate ainsi que des mélanges binaires de liquides ioniques avec anion carboxylate + eau. L’absorption de différents gaz - dioxyde de carbone, azote, protoxyde d’azote et éthane - dans les liquides ioniques purs ainsi que dans les mélanges liquide ionique +eau a été mesurée dans une gamme de températures comprises entre 303.15 et 353.15 K et pour des pressions proches de l’atmosphérique. La sélectivité des liquides ioniques pour l’absorption de dioxyde de carbone par rapport aux autres gaz a pu être déterminée. La caractérisation de l’absorption de gaz est fonction des systèmes étudiés, les interactions entre les gaz et certains liquides ioniques (ou certains mélanges liquide ionique + eau) étant uniquement de type physique alors que dans d’autres systèmes, l’absorption est le résultat à la fois d’interactions physiques mais également de la présence de réaction chimique. / Different classes of ionic liquids have been selected for their ability to solubilize gases and more particularly carbon dioxide. The objective of this work is to define the ionic liquids which are most likely to be used as alternative absorbents in capture processes of gases, the main issue is to reduce the costs of production of the industrial processes. The systems used are the pure ionic liquids from the combination of imidazolium, phosphonium and pyrrolidinium cation with carboxylate or tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate anion and binary mixtures of ionic liquids with carboxylate anion + water. The absorption of different gases - carbon dioxide, nitrogen, nitrous oxide and ethane – in pure ionic liquids as well as in mixtures of ionic liquid + water was measured in a temperature range of between 303.15 and 353.15 K and pressures close to atmospheric. The selectivity of ionic liquids for the absorption of carbon dioxide from other gases could was determined. Characterization of gas absorption is a function of the studied system, since the interactions between gas and ionic liquid (or mixture ionic liquid + water) are of the physical type for some systems, while in other, the absorption is the result of both physical interaction and chemical reaction.

Dans ce travail de thèse, nous proposons dans une première partie l’usage de fibres de la plante marine Posidonia-Oceanica pour la fabrication de matériaux d’isolation thermique de bâtiments. Les caractérisations thermiques effectuées ont permis de mettre en évidence l’effet de la densité des fibres et de traitements chimiques. Il apparaît que ce type de fibres possède une conductivité équivalente à celle d’autres isolants courants et une capacité thermique massique plus élevée. La conductivité thermique en fonction de la masse volumique est comprise entre 0.04 et 0.07 W.m-1.K-1. La capacité thermique massique atteint environ 2500J.kg-1.K-1. Il apparaît également que l’influence du traitement chimique sur les propriétés thermiques n’est pas significative. Les résultats obtenus font de ces fibres un bon candidat pour une utilisation comme isolant thermique dans le domaine du bâtiment. Dans une seconde partie, ces fibres sont utilisées pour le renforcement d’une pâte de ciment. Une gamme de composites a été formulée pour des fractions volumiques en fibres allant de 0 à 20%. Une étude des propriétés hydriques de ces composites a été menée et complétée par des analyses par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et des mesures des propriétés thermophysiques par la méthode du Hot-Disk durant le cycle de séchage. D’autre part, la quantification de la sensibilité de ces matériaux à l’humidité relative a été réalisée par la mesure de la variation de la teneur en eau dans les échantillons dans des environnements à humidité contrôlée. Ces mesures permettent de déterminer le coefficient de diffusion de l’eau. Celui-ci augmente légèrement avec l’augmentation du taux de fibres dans le composite. Du point de vue thermique, l’ajout de fibres améliore les propriétés isolantes des matériaux. En effet, une diminution de 22% sur la valeur de la conductivité thermique est notée avec l’introduction de 20% de fibres, par comparaison à l’échantillon de ciment témoin. L’influence sur la diffusivité thermique et sur la capacité thermique massique n’est pas significative. Du point de vue mécanique, la résistance à la traction par flexion et la compression augmentent légèrement jusqu’à 5 à 10% en volume de fibres puis diminuent. En revanche, une augmentation notable des valeurs de ténacité a été observée avec l’augmentation du dosage en fibres. Une augmentation de 65% est observée avec l’ajout de 20% de fibres. En s'appuyant sur les observations expérimentales, une modélisation analytique simplifiée a été réalisée. Celle-ci permet d'obtenir des modèles de prédiction des valeurs de la conductivité thermique, de la résistance à la traction par flexion, de la résistance à la compression et de la ténacité en fonction de la quantité de fibres dans le matériau / In this work, we have firstly studied the use of fibers extracted from the marine plant Posidonia-Oceanica as loose-fill thermal insulation material for buildings. Measurements were conducted and allowed the determination of the effect of fibers density and chemical treatments on thermal properties. Thermal conductivities were lying between 0.04 and 0.07 W.m-1.K-1, whereas the heat capacity is about 2500 J.kg-1.K-1. Thus, it was found that fibers thermal conductivity is close to the one of commonly used thermal insulation materials and that their heat capacity is significantly higher. It was also found that the influence of chemical treatment on the thermal properties is not significant. Measurement results showed that these fibers could be a promising ecological loose-fill insulation material in the construction field. Secondly, fibers were used as reinforcement for cement paste. A set of composite samples were formulated by varying fibers volume fractions from 0 to 20%. Their hygroscopic, thermal and mechanical properties were evaluated. Composites were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and their thermophysical properties were measured with a Hot Disk thermal constants analyzer during the drying cycle. Sensitivity of these materials to relative humidity was examined by measuring the water content variation in controlled humidity environments. These measurements allowed the quantification of the water diffusion coefficient. This coefficient increased slightly with the increase of fibers content in composite samples. Concerning thermal properties, the addition of Posidonia-Oceanica fibers improved the material insulating properties. In fact, a decrease of about 22% on thermal conductivity values was found with the introduction of 20% of fibers compared to the unfilled cement paste. For Posidonia-Oceanica fibers volume fractions considered in this study (0 to 20 Vol.%), the effect of the presence of fibers on thermal diffusivity and on heat capacity is not significant, regarding the measurement uncertainties. Concerning mechanical properties, flexural and compressive strengths increased for about fiber volume fractions in the range of 5 to 10%. Moreover, a noticeable increase of toughness was observed with increasing fibers amount: for instance, an increase of about 65% was observed with the introduction of 20% of fibers in the composite. Based on the experimental observations, simplified analytical models were developed to predict thermal conductivity, flexural strength, compressive strength and toughness as a function of fibers volume fraction in the material

L’objectif de ce travail est d’étudier et de contribuer à améliorer la capacité des liquides ioniques pour l’absorption sélective de dioxyde de carbone. Pour cela nous avons envisagé la fluorination partielle des cations ou des anions constituant les liquides ioniques. Nous avons sélectionné des liquides ioniques partiellement fluorés à étudier, dont trois ont été synthétisés dans ce travail. Dans un premier temps, nous avons étudié l’impact de la structure des liquides ioniques purs sur leurs propriétés thermophysiques telles que la masse volumique, la viscosité et la stabilité thermique. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés thermodynamiques de mélanges des liquides ioniques avec des gaz ou des liquides. La miscibilité de l’eau a ainsi été étudiée en fonction de la température. Nous avons mesuré la solubilité de cinq gaz (dioxyde de carbone, protoxyde d’azote, éthane, azote, hydrogène) dans les liquides ioniques, pour des températures comprises entre 298 K et 343 K et des pressions proches de la pression atmosphérique. La simulation moléculaire a été utilisée afin d’identifier les sites préférentiels de solvatation de dioxyde de carbone et d’éthane, et de proposer des mécanismes moléculaires de solvatation de ces gaz. Les coefficients de diffusion du dioxyde de carbone et de l’éthane dans les liquides ioniques ont été calculés. Nous avons déterminé l'enthalpie de solution et la limite de solubilité du dioxyde de carbone en fonction de la pression à 313 K utilisant une technique calorimétrique à écoulement. / The research project of this thesis is devoted to the evaluation of the use ionic liquids for applications in carbon dioxide separation and capture. The objective of this work is to improve the ability of ionic liquids to selectively absorb carbon dioxide by partially fluorinating the alkyl chains on the cation and / or the anion. First, we selected the ionic liquids to study and we had to synthesize three ionic liquids.Then, the first part of our studies is focused on the impact of the structure of pure ionic liquids on their thermophysical properties. Density, viscosity and thermal stability were determined. The second part of our studies deals with the determination of the thermodynamic properties of solution of gaseous solutes and liquids in ionic liquids. The miscibility gap in mixtures of ionic liquids with water was studied as a function of temperature. We have determined experimentally the solubility of five gases (carbon dioxide, nitrous oxide, ethane, nitrogen and hydrogen) in Ionic liquids for temperatures between 298 K and 343 K and pressures close to atmospheric pressure. Molecular simulation tools were used in order to identify the preferential solvation sites of carbon dioxide and ethane in ionic liquids and we have proposed the molecular mechanisms of solvation. Moreover, the diffusion coefficient of carbon dioxide and ethane in some ionic liquids was investigated. Finally, we studied as a function of the pressure, at 313 K, the enthalpy of solution and the solubility limit of carbon dioxide in two ionic liquids, using a flow calorimetric technique.

Les préoccupations environnementales actuelles visent à réduire les consommations énergétiques. Dans une démarche d’amélioration des bâtiments existants, l'étude du comportement thermique d’une paroi n'est pas aisée du fait de la méconnaissance de ses propriétés thermophysiques réelles. Ces paramètres sont pourtant prépondérants pour la phase d'optimisation économique des opérations de réhabilitation ou pour vérifier ses performances in situ. Il apparaît donc important de pouvoir caractériser les parois de bâtiment en place. Notre travail vise à développer une méthode de caractérisation thermique d’une paroi adaptée aux applications in situ basée sur une approche active. Le principe d'identification consiste à solliciter thermiquement une face d’accès en imposant un flux de chaleur sous forme d’un créneau et à étudier la réponse en température enregistrée par thermographie infrarouge sur l’autre face. A partir de signaux de flux et de températures mesurés aux limites de la paroi, les propriétés thermophysiques de la paroi seront estimées par méthode inverse. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés aux parois homogènes. Le schéma d’inversion est construit autour d’un modèle numérique décrivant la réponse de la paroi suivant la méthode des différences finies en 1D. L’identification de la conductivité thermique et de la chaleur volumique de la paroi est réalisée en optimisant le groupement de paramètres qui permet de minimiser l’écart entre la température normalisée mesurée et la température normalisée simulée. Le coefficient d’échange surfacique global est également identifié à partir du même essai. Dans ce travail, la méthode a été appliquée à une paroi homogène en carreaux de plâtre mise en place au laboratoire. Elle a une épaisseur de 6.5 cm. Cette technique a été utilisée pour les parois multicouches de bâtiments. Les résultats issus de cette procédure d’inversion ont été comparés à des valeurs de référence obtenues à partir d’une procédure classique (NF EN 12664-méthode fluxmétrique). Une bonne concordance des résultats est obtenue. Une autre partie représente les essais in situ. / Current environmental concerns are intended to reduce energy consumption. In a process of improving existing buildings, the study of the thermal behavior of a wall is not easy because of the ignorance of its real thermophysical properties. These parameters are yet to dominate the economic optimization phase of the rehabilitation or to check its performance in situ. It therefore appears important to characterize the walls of existing building. Our work aims to develop a method of thermal characterization of a wall suitable for in situ applications based on an active approach. The principle of identification is to apply a heat-face access by imposing a heat flux in the form of a pulse and to study the temperature response recorded by infrared thermography on the other side. From signal flow and temperature measured at the limits of the wall, the thermophysical properties of the wall will be estimated by inverse method. We are at present interested in homogeneous walls. The inversion scheme is built around a digital model describing the response of the wall following the finite difference method in 1D. The identification of the thermal conductivity and heat volume of the wall is achieved by optimizing the group of parameters which minimizes the normalized difference between the temperature measured and the temperature standard simulated. The overall Global exchange coefficient is also identified from the same test. In this work, the method was applied to a homogeneous wall tile plaster introduction to the laboratory. It has a thickness of 6.5 cm. This technique was used for multilayer walls of buildings. The results of this inversion procedure were compared with reference values obtained from a standard procedure (DIN EN 12664-flow meter methods). A good agreement is obtained. Another part is the in situ tests.

L’amidon, biopolymère de réserve, composant majeur des céréales et des plantes de grande culture, trouve de nombreuses applications industrielles après transformation hydrothermique. L’objectif de la thèse est d’étudier les modifications des propriétés structurales et fonctionnelles de l’amidon de maïs standard modifié par traitement physique, de type hydrothermique à l’aide de trois procédés. L’intensification des traitements, dans un contexte où le développement durable apparaît comme une priorité majeure, s’inscrit dans la large thématique de la valorisation des agro-ressources et du développement des procédés de transformation consacrés aux ressources carbonées renouvelables. La caractérisation des modifications des propriétés physicochimiques de l’amidon,générées par les traitements a été réalisée, dans l’objectif de relier les différences aux comportements thermique(transitions de phase, empesage) et rhéologique (comportement à l’écoulement et viscoélasticité) des amidons hydrotraités. Les traitements physiques appliqués aux amidons ont conduit à des modifications plus ou moins importantes de leurs structures. La maîtrise de l’utilisation de l'amidon nécessite la bonne connaissance des transitions de phase impliquées et des structures résultantes, fonction principalement de la teneur en eau et de la température. Dans cet objectif, une partie des travaux de thèse a été consacrée à la compréhension des phénomènes physiques à l’origine des transferts de matière et de chaleur dans le matériau amylacé pendant son hydrotraitement, ainsi que les équations régissant ces transferts. Un modèle phénomènologique de transfert couplé de masse et de chaleur a été développé, tenant compte des réactions biochimiques qui ont lieux simultanément dans le matériau, en présence d’eau et de chaleur. Les résultats de la modélisation numérique, à l’aide de la méthode des éléments finis, a permis de définir la répartition spatiale, des paramètres variables(température, teneur en eau,…), dont l’influence est déterminante sur la progression des réactions de fusion. / Starch, biopolymer of reserve, is the major component of cereals and of crop plants, has many industrial applications after hydrothermal processes. The objective of this work is to study the structural and function almodifications of standard maize starch by physical processes, as hydrothermal treatments (action of heat and moisture). The intensification of treatments, in a context of sustainable development, is nowadays a major challenge. This action belongs to the themes linked to the agri-resources valorisation and the development of the transformation processes devoted to the renewable carbonaceous resources. The impact of hydrothermaltreatments on starch physicochemical properties is extensively studied with the aim to connect the modificationof hydrotreated starches to their thermal (phase transitions, pasting) and rheological (flow and viscoelasticity)behaviours. The physical treatments applied to starches lead to important modifications of their structures,according to the processing conditions. The mastering of starch use requires the knowledge of implied phase transitions and resulting structures, which are mainly function of water content and temperature. In this aim, apart of this work was devoted to the comprehension of the physical phenomena responsible of the heat and mass transfer in the starch layer, during the treatment. A coupled heat and mass transfer model was developed, taking into account the biochemical reactions, which take place in the material simultaneously in presence of water and heat. Using the finite element method, the numerical simulation allowed to define the space distribution of the variable parameters (temperature, water content,…), which have a great influence on the progression of fusion reactions.

L'un des principaux domaines de recherche en chimie et en ingénierie chimique implique l'utilisation de liquides ioniques et de nanomatériaux comme alternatives à de nombreux produits chimiques et processus chimiques, comme ce dernier étant actuellement considérés comme non respectueux de l'environnement. Leur utilisation potentiel comme nouveaux fluides de transfert de chaleur et matériaux de stockage de chaleur, qui peuvent obéir à la plupart des principes de la chimie verte, nécessite l'étude expérimentale et théorique des mécanismes de transfert de chaleur dans les fluides complexes comme les ionanofluides. Le but de cette thèse était d'étudier les ionanofluides, qui consistent en la dispersion de nanomatériaux dans un liquide ionique.Le premier objectif de ce travail était de mesurer les propriétés thermophysiques des liquides ioniques et ionanofluides, à savoir la conductivité thermique, la viscosité, la densité et la capacité thermique dans une gamme de température comprise entre -10 et 150 ºC et à pression atmosphérique. Dans ce sens, les propriétés thermophysiques d'un ensemble considérable de liquides ioniques et d'ionanofluides ont été mesurées, avec un accent particulier sur la conductivité thermique des fluides. Les liquides ioniques étudiés étaient [C2mim][EtSO4], [C4mim][(CF3SO2)2N], [C2mim][N(CN)2], [C4mim][N(CN)2], [C4mpyr][N(CN)2], [C2mim][SCN], [C4mim][SCN], [C2mim][C(CN)3], [C4mim][C(CN)3], [P66614][N(CN)2], [P66614][Br] et leurs suspensions avec 0.5% et 1% w/w de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNTs - de l'anglais multi-walled carbon nanotubes). Les résultats obtenus montrent qu'il y a une augmentation substantielle de la conductivité thermique du fluide de base due à la suspension du nanomatériau, en considérant les deux fractions massiques. Cependant, l'amélioration varie de manière significative lorsqu'on considère différents liquides ioniques de base, avec une gamme comprise entre 2 et 30%, avec une température croissante. Ce fait rend plus difficile l'unification des informations obtenues afin d'obtenir un modèle permettant de prédire l'amélioration de la conductivité thermique. Les modèles actuellement utilisé pour calculer la conductivité thermique des nanofluides présentent des valeurs considérablement sous-estimées par rapport aux valeurs expérimentales, en partie à cause des considérations sur le rôle de l'interface solide-liquide sur le transport de la chaleur.En ce qui concerne la densité, l'impact de l'ajout de MWCNTs sur la densité du fluide de base est très faible, variant entre 0.25% et 0.5% pour 0.5% w/w et 1% w/w MWCNTs, respectivement. Cela était assez attendu et est dû à la différence considérable de densité entre les deux types de matériaux. Cependant, la viscosité était la propriété pour laquelle les valeurs les plus élevées d' augmentation ont été vérifiées, allant de 28 à 245% pour les deux fractions massiques de MWCNT. La capacité calorifique était la seule des quatre propriétés mentionnées ci-dessus à ne pas être étudiée dans ce travail en raison de problèmes techniques avec le calorimètre à utiliser. Néanmoins, la quantité de données recueillies sur les propriétés thermophysiques restantes était extensif. On pense que ce dernier contribue de manière significative à une base de données croissante des propriétés des liquides ioniques et des ionanofluides, tandis que en fournissant un aperçu de la variation des propriétés obtenues à partir de la suspension de MWCNTs dans des liquides ioniques.(...) / One of the main areas of research in chemistry and chemical engineering involves the use of ionic liquids and nanomaterials as alternatives to many chemical products and chemical processes, as the latter are currently considered to be environmentally non-friendly. Their possible use as new heat transfer fluids and heat storage materials, which can obey to most principles of green chemistry or green processing, requires the experimental and theoretical study of the heat transfer mechanisms in complex fluids, like the ionanofluids.
It was the purpose of this dissertation to study ionanofluids, which consist on the dispersion of nanomaterials in an ionic liquid.The first objective of this work was to measure thermophysical properties of ionic liquids and ionanofluids, namely thermal conductivity, viscosity, density and heat capacity in a temperature range between -10 e 150 ºC 
and at atmospherical pressure. In this sense, the thermophysical properties of a considerable set of ionic liquids and ionanofluids were measured, with particular emphasis on the thermal conductivity of the fluids. The ionic liquids studied were [C2mim][EtSO4], [C4mim][(CF3SO2)2N], [C2mim][N(CN)2], [C4mim][N(CN)2], [C4mpyr][N(CN)2], [C2mim][SCN], [C4mim][SCN], [C2mim][C(CN)3], [C4mim][C(CN)3], [P66614][N(CN)2], [P66614][Br] and their suspensions with 0.5% and 1% w/w of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The results obtained show that there is a substantial enhancement of the thermal conductivity of the base fluid due to the suspension of the nanomaterial, considering both mass fractions. However, the enhancement varies significantly when considering different base ionic liquids, with a range between 2 to 30%, with increasing temperature. This fact makes it more difficult to unify the obtained information in order to obtain a model that allows predicting the enhancement of the thermal conductivity. Current models used to calculate the thermal conductivity of nanofluids present values that are considerably underestimated when compared to the experimental ones, somewhat due to the considerations on the role of the solid-liquid interface on heat transport.Considering density, the impact from the addition of MWCNTs on the base fluid’s density is very low, ranging between 0.25% and 0.5% for 0.5% w/w and 1% w/w MWCNTs, respectively. This was fairly expected and is due to the considerable difference in density between both types of materials. However, viscosity was the property for which the highest values of enhancement were verified, ranging between 28 and 245% in both mass fractions of MWCNTs. The heat capacity was the only of the four properties mentioned above not to be studied in this work due to technical issues with the calorimeter to be used. Nevertheless, the amount of data collected on the remainder thermophysical properties was extensive. It is believed that the latter contributes meaningfully to a growing database of ionic liquids and ionanofluids’ properties, while providing insight on the variation of said properties obtained from the suspension of MWCNTs in ionic liquids.The second objective of this work consisted on the development of molecular interaction models between ionic liquids and highly conductive nanomaterials, such as carbon nanotubes and graphene sheets. These models were constructed based on quantum calculations of the interaction energy between the ions and a cluster, providing interaction potentials. Once these models were obtained, a second stage on this computational approach entailed to simulate, by Molecular Dynamics methods, the interface nanomaterial/ionic liquid, in order to understand the specific interparticle/molecular interactions and their contribution to the heat transfer. This would allow to study both structural properties, such as the ordering of the ionic fluid at the interface, and dynamic ones, such as residence times and diffusion. (...)

Le caractère fortement hydrophile des isolants thermiques bio-sourcés, a montré que les modèles classiques de transfert thermique ne sont pas suffisamment adaptés pour leur caractérisation thermique. Ce travail de thèse vise à répondre à cette problématique par des approches expérimentale et théorique des transferts couplés chaleur-humidité. Dans l’approche expérimentale, un isolant thermique en feutre de fibres de lin (FFL) a été développé puis caractérisé, dans différents états hygrométriques, au moyen d’un dispositif Plan Chaud asymétrique. Des isothermes d’adsorption de l’humidité corrélés aux modèles théoriques GAB, GDW et Park permettent une caractérisation hydrique de cet isolant. Dans l’approche théorique, un modèle physique, de transfert couplé chaleur-humidité au sein de l’isolant FFL humide, est proposé. Il est résolu numériquement, en configuration 3D transitoire, par la méthode de éléments finis sous COMSOL Multiphysics et par la méthode des différences finies, en configuration 1D transitoire, sous MATLAB. La méthode de Levenberg-Marquardt couplée avec le modèle direct 1D transitoire et les températures mesurées a permis d’estimer la conductivité thermique apparente de l'échantillon étudié avec une erreur relative inférieure à 6% par rapport aux mesures expérimentales, validant ainsi les modèles théoriques. / The conventional heat transfer models are not sufficiently suitable for thermal characterization of bio-sourced thermal insulating materials due to their strongly hydrophilic nature. The proposed work in this PhD thesis aims to answer this problem with experimental and theoretical approaches of coupled heat-moisture transfers. In the experimental approach, a thermal insulating material based on Flax Fiber Felt (FFF) is developed and then characterized at different hygrometric conditions with an asymmetric hot plate device. The humidity diffusion characterization of the samples is done using the GAB, GDW and Park theoretical moisture adsorption isotherm models. In the theoretical approach, a physical model of heat and mass transfer is proposed. It is solved numerically, in transient 3D configuration, by the finite element method under COMSOL Multiphysics and, in transient 1D configuration, by the finite difference method under MATLAB. The Levenberg-Marquardt method coupled with the 1D transient direct model and the measured temperatures made it possible to estimate the apparent thermal conductivity of the studied sample with a relative error of less than 6% compared to the experimental measurements, thus validating the theoretical models.

La production d'électricité dépend étroitement de la disponibilité d'une source froide. C'est la raison pour laquelle la plupart des centrales de grande puissance dans le monde sont construites près d'une source d'eau. Le problème de la source froide a été soulevé à plusieurs reprises en France, notamment après les canicules de 2003 et de 2006. Le refroidissement à l'air sec est une des options possibles. Cependant, étant donné le besoin de surface d'échange plus important, le changement de la source froide pour l'air ambiant n'est pas, dans la majorité des cas, viable économiquement.Une des solutions à ce problème imaginées à EDF était de changer l'architecture du cycle de production en considérant un cycle de production composé de deux cycles de Rankine en cascade, le premier fonctionnant avec de la vapeur d'eau et le deuxième fonctionnant avec de l'ammoniac dont la vapeur à basse pression est beaucoup plus dense que celle de l'eau. Cette solution permet de faciliter l'utilisation d'un aérocondenseur et de réduire la taille de la salle machine.En raison de la nature toxique et corrosive de l'ammoniac, il est intéressant d'étudier la possibilité de remplacer ce dernier par d'autres fluides plus adaptés, notamment en envisageant de nouveaux fluides pour lesquels peu ou pas de données sont disponibles. Nous comparons les fluides sur le plan énergétique et en terme de taille des composants de l'installation.Cette thèse illustre la démarche des différentes étapes de notre travail : la recherche de nouveaux fluides de travail, l'évaluation de performance du système en régime nominal et non-nominal, le dimensionnement des principaux composants du cycle ainsi que l'évaluation de coût et de gain économique éventuel. / This work considers a two stage Rankine cycle architecture slightly different from a standard Rankine cycle for electricity generation. Instead of expanding the steam to extremely low pressure, the vapor leaves the turbine at a higher pressure then having a much smaller specific volume. It is thus possible to greatly reduce the size of the steam turbine. The remaining energy is recovered by a bottoming cycle using a working fluid which has a much higher density than the water steam. Thus, the turbines and heat exchangers are more compact; the turbine exhaust velocity loss is lower. This configuration enables to largely reduce the global size of the steam water turbine and facilitate the use of a dry cooling system.The main advantage of such an air cooled two stage Rankine cycle is the possibility to choose the installation site of a large or medium power plant without the need of a large and constantly available water source; in addition, as compared to water cooled cycles, the risk regarding future operations is reduced (climate conditions may affect water availability or temperature, and imply changes in the water supply regulatory rules).The concept has been investigated by EDF R&D. A 22 MW prototype was developed in 70s using ammonia as the working fluid of the bottoming cycle for its high density and high latent heat. However, this fluid is toxic. In order to search more suitable working fluids for the two stage Rankine cycle application and to identify the optimal cycle configuration, we have established a working fluid selection methodology. Some potential candidates have been identified. We have evaluated the performances of the two stage Rankine cycles operating with different working fluids in both design and off design conditions. For the most acceptable working fluids, components of the cycle have been sized. The power plant concept can then be evaluated on a life cycle cost basis.