Caractérisation dynamique d’un capteur de flux de chaleur micro-fabriquée
Objectifs : Le transfert thermique est essentiel dans de nombreux processus industriels, comme le refroidissement, les échangeurs thermiques ou la production d'électricité. Malgré des recherches approfondies, les méthodes réellement performantes pour optimiser le transfert thermique tout en limitant les pertes demeurent encore limitées. Parmi elles, l'ébullition, un mécanisme passif qui permet d'améliorer le transfert thermique, suscite un intérêt considérable en raison notamment des effets de la micro-convection induite par les bulles et de la conduction transitoire. Cependant, la dynamique complexe et rapide de l'ébullition rend toute mesure précise difficile. Cette étude a pour objectifs de développer un capteur capable de mesurer avec précision les températures et le transfert de chaleur à l’échelle de la bulle, dans le but d’améliorer notre compréhension de la physique de l'ébullition. Méthode : Un capteur capable à la fois de générer des bulles en une localisation contrôlée et de mesurer les températures et le flux thermique local a été développé à l'aide de techniques de micro-fabrication telles que la photolithographie, le dépôt physique en phase vapeur, la gravure ionique réactive profonde, le collage et l'ablation laser. Ce dispositif, appelé « micro-ébulliomètre », est composé d’un système de chauffage intégré et de sondes. Il a été caractérisé de manière dynamique dans quatre conditions thermiques différents : chauffage par rayonnement laser, chauffage par convection (air chaud), dépôt d’une gouttelette d’eau sur la partie sensible du capteur et changement de phase (ébullition) sur un seul site de nucléation. Des montages expérimentaux dédiés ont été mis en place pour chaque environnement afin de garantir des mesures fiables et comparables. Résultats : Le micro-ébulliomètre fabriqué s'est révélé efficace dans tous les environnements testés, avec des temps de réponse allant de 40 ms à 250 ms, en fonction de la méthode de caractérisation et des niveaux d’énergie injectés. Certains de ces résultats ont été corroborés par un volet numérique. Une analyse expérimentale comparative avec un capteur de flux thermique commercial (CAPTEC) a aussi permis de confirmer une efficacité accrue du capteur développé en termes de temps de réponse et de sensibilité. Ces résultats constituent une preuve de concept de notre capteur et permettront de proposer un nouvel outil fiable pour étudier les phénomènes de transfert de chaleur associés en particulier à l'ébullition, mais aussi associés à d'autres systèmes thermiques, aux petites échelles difficilement accessibles avec des capteurs usuels.
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