Th.--Sci.--Toulouse--I.N.P., 1982. N°: 64.

Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1978. N°: 21.

La thèse vise à identifier, développer et tester des matériaux isolants à partir de déchets textiles, le rôle de l'isolation thermique des tuyaux. Visant à accroître la performance énergétique de chauffage et avec un impact environnemental réduit. Etude théorique était d'identifier les propriétés matériau d'isolation thermique, la classification sur le marché utilisé dans l'isolation thermique des méthodes de test national et international. Pour tester les propriétes thermiques ont été menées deux installations de laboratoire. Dans un premier temps l'installation, afin de déterminer la conductivité thermique, le flux thermique de la chaleur est produite par une résistance électrique. Ont été réalisés et testés structurellement différents des matériaux de densité (coton, la laine et le tissu non tissé) de la température maximale de 90C dans la canalisation. Le rôle de ces essais était de déterminer la densité et le comportement optimal à des températures différentes. Une deuxième installation est effectuée sur un cas réel (une tuyauterie isolée thermique avec a) la flux thermique de la chaleur est générée par le fluide (de l'eau). Un conducteur testé dans trois situations : tuyaux non isolés, tuyau isolé et le tuyau PUR isolé non tissé. Tous les tests étaient en faveur de la non tissé. L'analyse statistique a montré que la température et la densité sont des facteurs importants qui influent sur la conductibilité thermique des tissus. / The thesis aims at identifying, developing and testing of insulation materials from waste textiles, the role in thermal insulation of pipes. Aiming at increasing the energy performance of heating and with a reduced environmental impact. Theoretical study was to identify thermal insulating material properties, classification on the market used in thermal insulation of national and international and the testing methods. To test the thermal properties were conducted two laboratory facilities. At first installation, to determine the thermal conductivity, the thermal flow of heat flux is generated by electrical resistance. Were made and tested structurally different density materials (cotton, wool and non-woven fabric) with maximum temperature of 90C in the pipeline. The role of these tests was to identify the optimum density and behavior at different temperatures. A second installation is performed on a real case (an installation with a thermal insulated pipe) the thermal flow of heat is generated by the fluid (water). A conductive tested in three situations: non-insulated pipes, insulated pipe and pipe PUR insulated non-woven fabric. All tests were in favor of non-woven fabric. The statistical analysis showed that the temperature and density are significant factors that influence the thermal conductivity of fabrics.

Les pompes à chaleur thermoélectriques (PACTE) présentent différents avantages par rapport aux pompes à chaleur thermodynamiques classiques. Plus particulièrement, les performances des PACTE sont intéressantes lorsque les écarts de température entre sources sont modestes, ce qui est par exemple le cas du chauffage aéraulique des bâtiments basse consommation (BBC) à partir d'une Ventilation Mécanique Double Flux (VMC DF). L'objectif de l'étude est donc de développer un démonstrateur de pompe à chaleur thermoélectrique réversible capable d'assurer la puissance de chauffage/refroidissement nécessaire à un logement de type BBC. Ce travail repose sur différents modèles analytiques et numériques validés expérimentalement. Cette étude vise à concevoir un système de pompe à chaleur thermoélectrique performant, l'objectif étant l'amélioration du coefficient de performance (COP) de la PACTE. Les transferts de chaleur à la surface des éléments thermoélectriques sont intensifiés par la technique du jet impactant, et le dimensionnement du système est optimisé en fonction des conditions d'utilisation. Avec le démonstrateur de résultats précédents de la PACTE, le COP saisonnier a été déterminé. Après couplage au bâtiment, cela a permis de montrer une nette amélioration des performances du système. / As house heating tends to be more efficient, Thermoelectric Heat Pump (THP) is an interesting alternative to classic thermodynamic system (with mechanical vapor compression system). In particular, THP becomes favorable as soon as the sources temperature difference is small, which is the case in energy efficient buildings with an exhaust/supply mechanical ventilation system (ESMVS). The objective of the study is to develop a reversible THP prototype capable of supplying the heating / cooling power needed in an energy efficient building. This work is based on different analytical and numerical models validated experimentally. This study aims to develop an efficient thermoelectric heat pump system and to improve its coefficient of performance (COP) by increasing heat transfer on the surface of the thermoelectric elements with impinging jet, and optimizing the THP by dimensioning the system based on operating conditions. With the results obtained with the THP prototype, the seasonal COP is determined. After coupling the THP system to the building, we show an improvement in system performance.

Cette thèse expérimentale explore les propriétés du point critique de la phase pseudogap dans le diagramme de phase des cuprates supraconducteurs. Dans une première partie, j'expose un état de l'art sur les connaissances du diagramme de phases température-dopage (T-p) de ces systèmes. De récentes études montrent une chute importante de la densité de porteurs électroniques au voisinage du point critique, suggérant une reconstruction de la surface Fermi. Pour comprendre la nature exacte de la transition de phases liée à cette reconstruction, j'ai réalisé des mesures complémentaires de transport thermique et de chaleur spécifique sous champ magnétique intense sur les familles La1.8-xSrxEu0.2CuO4 et La1.6-xSrxNd0.4CuO4. Dans une deuxième partie, après une introduction théorique sur la chaleur spécifique et le transport thermique, je détaille comment ces deux grandeurs ont été mesurées. En particulier, une technique originale de mesure de la chaleur spécifique a été mise au point pour combiner haute résolution et précision absolue en champ magnétique intense et basse température. Différents modèles thermiques et électroniques ont été développés pour comprendre et analyser les mesures, et ont permis d'optimiser les différents montages de chaleur spécifique selon les gammes de température. Dans une troisième partie, je présente l'ensemble des résultats obtenus en transport thermique et chaleur spécifique. Le transport thermique confirme la chute de la densité de porteur dans l'état normal (sans supraconductivité) des cuprates déjà observée en transport électrique sous champ intense. Par ailleurs, j'ai montré que cette chute existe également au sein de la phase supraconductrice (à champ magnétique nul), soulevant le fait qu'elle n'est influencée ni par la présence de la supraconductivité ni par le champ magnétique. Dans l'état normal, la loi de Wiedemann-Franz est respectée prouvant le caractère métallique de la phase pseudogap. La chaleur spécifique électronique montre un comportement non classique à proximité du point critique. Ce comportement anormal est caractérisé par une dépendance logarithmique en fonction de la température au dopage critique p* correspondant à la chute du nombre de porteurs. De plus, ces mesures suggèrent une divergence de la masse effective à p* en fonction du dopage. Ces deux observations sont la signature d'un point critique quantique localisé à T = 0K et p = p* dont l'origine est discutée dans la dernière partie. Les différentes classes d'universalités possibles sont discutées et une comparaison avec d'autres composés (fermions lourds, pnictures) possédant un point critique quantique est présentée. / Abstract : This experimental PhD thesis explores the properties of the pseudogap critical point in the phase diagram of superconducting cuprates. In a first part, I present a state of the art of these systems, in particular, their temperature-doping phase diagram. Recently, electrical transport shows a dramatic drop in the electronic carrier density near the pseudogap critical point, suggesting a Fermi surface reconstruction. To understand the phase transition related to this reconstruction, I performed high magnetic field measurements of thermal transport and specific heat on La1.8−xSrxEu0.2CuO4 and La1.6−xSrxNd0.4CuO4 cuprates. In a second part, after a theoretical introduction on specific heat and thermal transport, I detail how these two quantities were measured. In particular, I developed an AC specific heat technique to combine high resolution and absolute accuracy in high magnetic field and low temperature. Several thermal and electronic models were developed to understand and analyze the measurements, and to optimize the set-ups according to the temperature range. In a third part, I present the results obtained from thermal transport and specific heat measurements. Thermal transport confirms the drop in carrier density in the normal state (without superconductivity) of cuprates, already observed in high magnetic field electrical transport. Moreover, this drop also exists within the superconducting phase (in zero magnetic field), showing that it is neither influenced by superconductivity nor by magnetic field. In the normal state, the Wiedemann-Franz law is satisfied, proving the metallic behavior of the pseudogap phase. Electronic specific heat shows a non-classical behavior in the vicinity of the critical point. This abnormal behavior is characterized by a logarithmic dependence as a function of temperature at the critical doping p* corresponding to the drop in the carrier density. Moreover, these measurements suggest a diverging effective mass at p* as a function of doping. These two observations are the signature of a quantum critical point located at T = 0K and p = p*, whose origin is discussed in the last part. I discuss the possible universality classes, and I compare with others compounds (heavy fermions, pnictides) which present a quantum critical point.

Ce travail de thèse a été consacré à la simulation numérique des transferts par convection forcée dans des écoulements turbulents pleinement développés. Deux configurations ont été considérées : la conduite cylindrique et l'espace annulaire. Les champs turbulents sont analysés statistiquement en moyennant dans le temps et dans l'espace les champs instantanés de vitesse et de température afin d'en déduire les profils moyens, les écart-types, les flux de chaleur turbulents ainsi que des statistiques d'ordres plus élevés telles que les coefficients de dissymétrie et d'aplatissement. Une approche plus poussée dans l'analyse des écoulements turbulents est aussi utilisée : les fonctions de densité de probabilité (pdf) et les fonctions de densité de probabilité jointes (jpdf). On s'intéressera à l'influence de la diffusivité thermique du fluide sur les transferts thermo-convectifs dans les deux géométries. On étudiera l'effet de la rotation de la paroi sur le transfert de chaleur dans la conduite cylindrique. Dans la géométrie annulaire, l'influence du rapport des flux de chaleur imposés sur les parois est analysée / This thesis was devoted to the numerical simulation of heat transfer by forced convection in fully developed turbulent flows. Two configurations were considered : the pipe and the annulus flows. The turbulent fields are statistically analyzed by averaging the instantaneous fields of velocity and temperature in order to deduce the mean profiles, root mean square, turbulent heat fluxes as well as higher order statistics such as skewness and flatness coefficients. A more thorough in the analysis of turbulent flows is also used : probability density functions (pdf) and joined probability density functions (jpdf). We look at the influence of the thermal diffusivity of the fluid on the convective heat transfer in both geometry, the influence of the ratio of heat fluxes imposed on the walls is analyzed

Cette étude a pour objectif la compréhension des phénomènes de transfert de chaleur couplés conduction-rayonnement, en régime transitoire, dans les isolants thermiques du bâtiment, en vue de leur optimisation. Nous avons étudié deux matériaux poreux très différents : des mousses de polystyrène extrudé (XPS) et un isolant en fibres de bois. Les propriétés radiatives ont été identifiées par méthode inverse. Nous avons ainsi mis en évidence la très faible contribution du transfert radiatif pour la laine de bois étudiée. Un modèle de prédiction des propriétés radiatives à partir des données morphologiques a été adopté pour les mousses XPS, puis validé grâce à différentes mesures. Nous avons montré que les propriétés radiatives sont très dépendantes des paramètres morphologiques ainsi que des indices optiques du polystyrène, et qu'un effort de caractérisation doit être fait pour des structures anisotropes. Enfin nous avons validé le code de résolution du transfert couplé conduction-rayonnement en régime transitoire grâce à des mesures fluxmétriques effectuées sur les isolants pris séparément puis mis en assemblages. Dans le cadre de l'isolation thermique du bâtiment, nous avons montré que les flux thermiques aux frontières des isolants en régime transitoire étaient identiques au cas où on considère la conductivité thermique totale qui prend en compte les contributions radiative et conductive. Nous avons montré l'importance des inerties thermiques grâce à des simulations annuelles du comportement de parois. / The objective of this study is to better understand the mechanisms of the coupling radiative-conductive heat transfer of thermal building insulators used in a transient regime. Two insulating materials were studied in this work: extruded polystyrene foam (XPS) and wood wool. The radiative properties were determined using the inverse method. We demonstrated that the contribution of the radiative heat transfer of the wood wool was quite small. For XPS, radiative properties are more significant and are a function of the foam morphological structure as well as the optical indices of the polymer matrix. A model was developed for isotropic XPS material, however additional developments are needed to better characterize the effects of the foam anisotropy. The coupling radiative-conductive heat transfer in a transient regime was analyzed and validated with the heat flux meter measurement. The experiments were performed with a single insulating element and with various combinations of them. For building thermal insulation in a transient regime, we demonstrated the heat fluxes at the borders of insulators, determined by the coupling solution, are identical when considering the total thermal conductivity which includes radiative and conductive heat transfer. The individual contribution of radiative and conductive heat transfer was not noticeable, however the thermal inertia of the material contributed to delay the heat peak.

Les appareils de chauffage électrique, qui peuvent paraître relativement simples au premier abord car constitués uniquement d’une résistance chauffante électrique encapsulée dans une enveloppe métallique, sont en réalité des échangeurs de chaleur beaucoup plus complexes. Outre la partie régulation, en charge de déterminer à chaque instant la quantité d’énergie à apporter à la pièce pour fournir les températures d’air souhaitées, l’appareil doit assurer une uniformité des températures et des vitesses d’air cohérentes avec le confort thermique désiré et ce, quels que soient son mode de fonctionnement et les conditions thermiques extérieures. De cette bonne répartition des températures et des vitesses d’air découlera un bon niveau de confort thermique, gage d’une consommation énergétique sobre et maîtrisée. L’objectif de la thèse est donc de mieux comprendre dans une première phase les phénomènes thermo-aérauliques agissant à l’échelle du radiateur et dans une deuxième phase ceux agissant à l’échelle de la pièce. Pour améliorer cette compréhension, un outil de simulation numérique qui pourra servir à la conception des radiateurs par la société CAMPA a été développé. / The electric heating devices, which can seem relatively simple at first sight because composed only by an electric heating resistance in a metallic box, are in reality much more complex heat exchangers. Besides the regulation process part the role of which is to determine at every moment the quantity of energy to bring to the room to supply the desired temperatures of air, the device has to ensure a uniformity of temperatures and velocities of air in agreement with the thermal comfort wished, whatever his way of functioning and the outside thermal conditions. This good distribution of temperatures and velocities of air will give a good thermal comfort level which is the condition of a sober and controlled energy consumption. The objective of this thesis is thus to better understand in a first phase the thermo-aeraulics phenomena acting on the scale of the radiator and in the second phase those acting on the scale of the room. To improve this understanding, a tool of digital simulation which can be used to the conception of radiators by the company CAMPA has been developed.

Les modèles explicatifs de l’état d’épuisement lors de performances en endurance se sont récemment distancés des seules implications périphériques pour magnifier le rôle du système nerveux central dans le développement de la fatigue. En particulier, le « Flush Model » (Millet, 2011) a rassemblé les opinions en introduisant la pénibilité perçue de l’effort en tant que régulateur princeps de la performance. Brièvement, cette sensation émergerait de l’ensemble des interactions psycho-physiologiques inhérentes à l’accomplissement de l’exercice et demeurerait modulable pour retarder l’atteinte de l’état d’épuisement. Au sein de cette thèse et dans la perspective des Jeux Olympiques (JO) de Rio, nos efforts se sont concentrés autour de la mise en pratique de ce modèle au service de la performance des athlètes. Les aspects fonctionnels du Flush Model ont ainsi été revisités tant à l’égard des contraintes de l'entraînement que de celles propres à cette compétition (i.e., l’éventualité d’un stress thermique important). Plus précisément, le développement du phénomène de fatigue a été confronté aux problématiques de charges d’entraînement et d’effort en chaleur à travers une double approche de la compétition, aigue et chronique. Une approche aigüe de la compétition renvoie à l’ensemble des stratégies ponctuelles dont dispose l’athlète pour moduler l’évolution de la pénibilité de son effort et optimiser le rapport « difficulté perçue / intensité d’exercice » au cours de l’épreuve. De façon spécifique aux efforts en endurance et au contexte potentiellement chaud des JO, cinq travaux ont alors été entrepris. Deux d’entre eux ont appréhendé les effets sur la performance en endurance en conditions chaudes de stratégies à court-terme i.e., la familiarisation à la chaleur, et le port d’une veste réfrigérante lors de la période d’échauffement. Les résultats indiquent une évolution des stratégies d’allure possiblement induite par des adaptations psycho-physiologiques spécifique à l’intervention. En complément, trois autres travaux ont analysé la réponse cognitive à l’exercice aigu, en conditions tempérées et de chaleur, afin de mieux comprendre l’évolution des paramètres d’autorégulation comportementale (i.e., les fonctions exécutives) impliqués dans la performance sportive. Les dynamiques cognitives identifiées suggèrent l’utilisation de stratégies ponctuelles susceptibles de préserver le niveau d’efficacité de l’individu à l’exercice. Une approche chronique de la compétition fait écho aux interventions durables mises en place par l’athlète en phase précompétitive et visant à maximiser son niveau de performance le jour de l’épreuve. Trois travaux ont été entrepris dans cette perspective. Deux d’entre eux ont investi les problématiques de charge d’entraînement et d’acclimatation à la chaleur afin de déterminer les effets sur la performance et les composantes psycho-physiologiques de stages d’acclimatation à la chaleur. Ces études démontrent la nécessité d’un ajustement précis des charges d’entraînement en chaleur afin de ne pas conduire l’athlète à un état de surmenage contre-productif. Un travail complémentaire a consisté à analyser, via imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, les soubassements neuronaux de l’état de surmenage possiblement rencontré par les athlètes en phase précompétitive. Les résultats indiquent une moindre activation du cortex préfrontal lors de la réalisation de tâches cognitives, accompagnée de réponses comportementales tendant vers un plus grand degré d’impulsivité. Ensemble, ces travaux autorisent une approche complexe du phénomène de fatigue, à partir d’angles de vue aigu et chronique, mais aussi physiologique et central, de ses composantes. (...) / Explanatory models of endurance performance-based physical exhaustion recently moved from peripheral implications to highlight the role of the central nervous system in the phenomenon of fatigue development. In particular, the “Flush Model” (Millet, 2011) underpins a consensus in that it introduces the rate of perceived exertion as the main regulator of performance. Briefly, this sensation would emerge from the whole psychophysiological interactions inherent to exercising and would be modulable to delay exhaustion. Within this thesis and in the perspective of the Olympic Games in Rio, we focused on the practical dimension of this model at the service of athletes’ performance. Accordingly, functional aspects of the Flush Model were revisited both in regards of training and competition constraints (i.e., the possibility of an important thermal stress). More precisely, the development of the fatigue phenomenon has been challenged to training load and heat strain issues through a chronological approach of the competition, acute and chronic. An acute perspective of the competition relates to all punctual strategies that the athlete can use to modulate his/her perceived exertion and optimize the ratio “perceived strain / exercise intensity” during the event. Specific to endurance effort and to the potential hot climate of Olympic Games, five works have been driven. Two of them investigated the effects on endurance performance of short-term strategies i.e., heat-familiarization, and the wearing of an ice vest during the warm-up phase. Results indicate changes in pacing strategies that possibly result from psychophysiological adaptations specific to the intervention. In complement, three other works have analyzed the cognitive response to acute exercise, both in temperate and hot conditions, to better understand the evolution of behavioral self-regulatory parameters (i.e., executive functions) during endurance performance. The cognitive dynamics that have been identified suggest the use of punctual strategies that could protect athlete’s efficacy during exercise. A chronic perspective of the competition reflects medium-term interventions used by athlete during the precompetitive phase and aiming at maximizing his/her performance level the day of the event. Three studies have been conducted in this direction. Two of them have investigated training load and heat-acclimation issues to determine performance effects and psychophysiological correlates of heat camps. Results demonstrate the requirement of an accurate adjustment of training load in the heat in order to optimize athlete’s performance while preserving from overreaching development. A complementary work aimed, using functional magnetic resonance imaging, at identifying neural underpinnings of the overreaching state that athletes could meet during the precompetitive period. Results display a reduced activation of a specific part of the prefrontal cortex during the completion of cognitive tasks, associated to increased choice impulsivity. Together, these studies attempt to apprehend the fatigue phenomenon from a complex perspective i.e., combining acute and chronic, and physiological and central components of fatigue during exercise. On the basis of a better understanding of this phenomenon, and of the functional dimension of the Flush Model, practical strategies can then be recommended for athletes to optimize both their physical condition during pre-competition and their level of efficacy in situ of the competition.

Au cours des dernières années, des recherches réalisées à grande échelle ont permis de démontrer une augmentation de la fréquence, de l’intensité et/ou la durée des vagues de chaleur (VC) dans plusieurs régions du globe depuis le milieu du 20e siècle. Or, au Canada, les tendances historiques du phénomène ont été peu explorées. Dans ce contexte, la recherche qui suit a permis de mettre en lumière les tendances des VC de trois régions métropolitaines de recensement (RMR) du sud-est du Canada, soit Montréal, Ottawa et Toronto, afin de déterminer si le phénomène s’est amplifié au pays comme dans certaines autres régions du monde, et ce depuis le début du 20e siècle. Dans le cadre de cette recherche, des analyses statistiques ont été réalisées grâce aux données météorologiques historiques canadiennes récoltées sur la plateforme d’Environnement Canada. Plusieurs caractéristiques des VC, telles que la fréquence annuelle, la durée maximale et totale, l’intensité maximale, ainsi que la date du premier événement annuel, ont été explorées selon une gamme de seuils. De plus, les températures ressenties en période de VC de même que les tendances du phénomène dans les régions rurales situées aux abords des RMR préalablement identifiées ont été étudiées. Les conclusions de l’étude indiquent qu’il ne semble pas exister de tendance significative à la hausse ou à la baisse pour aucune des caractéristiques des VC dans les trois RMR canadiennes étudiées, pendant la période d’étude couverte. Ceci signifie donc que les événements de VC ne se sont pas amplifiés dans la région d’étude entre le début des années 1900 et le présent.