E-mail : sadok.jabrallah@fsb.rnu.tn T E Laboratoire LETTM F. S. Tunis ransfert coulement C Groupe de Recherche hangement P hase 1
Laboratoire d Énergétique et des Transferts Thermique et Massique (Tunis) Directeur : Pr Afif ELCAFSI Transf., Ecoulements et Chang. de Phase Evaporation & Séchage Convection Naturelle et Forcée Pollution - Environnement Responsable Responsable Responsable Responsable SADOK BEN JABRALLAH Soufien AZZOUZ Rejab BEN MAAD Afif ELCAFSI Effectif: 5 Professeurs, 1 MC, 11 M. Assistants, 4 Assistants, 2 ingénieurs 47 Doctorants 27 Mastères. Université de Tunis El Manar, Tunis, TUNISIE
Laboratoire d Énergétique et des Transferts Thermique et Massique (Tunis) Coopérations Internationale Nationale Laboratoire d automatique et de génie de procédés - LYON France Laboratoire de Biomatériaux- QUÉBEC CANADA Ecole Nationale Supérieure de céramique industrielle Limoges-France (Groupe d Etude des Matériaux Hétérogènes) Laboratoire de Gestion et de Valorisation des ressources Forestières - INRGREF Tunis Laboratoire de Mécanique des fluides appliquée, génie des procédés et environnement - ENIS Sfax Centre National du Cuir et de Chaussure de Tunis Institut Supérieur des Sciences et de Technologie, Hammam Sousse Centre de Recherche de la Techologie de l Energie, Borj Cédria, Ecole Nationale d Ingénieurs de Monastir Université de Tunis El Manar, Tunis, TUNISIE
Groupe de recherche : Transferts, Ecoulement et Changement de Phase كلية العلوم ببنزرت University of Carthage - Tunisia Faculty of Science of Bizerte Laboratory of Energetic and Heat and Mass Transfer (LEHMT) -Tunis Group «Transfer, Flows and Phase Change» Local: Faculté des Sciences de Bizerte Email. Sadok.jabrallah@fsb.rnu.tn
Activités du groupe Thèmes de recherches T1 T2 Étude de l évaporation d un film ruisselant Transferts thermiques en milieu poreux Méthodologie adoptée Simulation numérique (codes élaborés et d autres en cours) T3 T4 Exploitation et caractérisation des MCP Maîtrise de l énergie dans les bâtiments Expériences (réalisées et d autres en cours) 5 5 Groupe : Transferts, Ecoulement et Changement de Phase
Activités du groupe Évaporateur (dessalement) Échangeur de chaleur (milieu poreux, MCP) Aspects appliqués MCP: stockage d énergie, Refroidissement des composants électroniques, habitat, Caractérisation des Matériaux/ vers un bâtiment passif 6 6 Groupe : Transferts, Ecoulement et Changement de Phase
Matériaux à Changement de Phase & Thermique des Bâtiments 7
Propriétés caractéristiques Compacité énergétique Rôle Tampon Chaleur latente importante Caractère isotherme de la charge/décharge Eventail de température variété de températures de fusion 8
Matériau à changement de phase? Principe de fonctionnement Un composé qui absorbe et libère de la chaleur lors d une transformation de phase (solide-liquide ou liquide-gaz) à température constante 9
Les différents types de MCP MCP Organiques paraffines Acides gras Inorganiques Sel hydraté Organique-organique Eutectiques Organique-inorganique inorganique-inorganique 10
Energétique du bâtiment (parmi les secteurs très énergivores) Prise de conscience de la nécessité d une réduction de la dépendance aux énergies fossiles(fuel/gaz) et électrique. Construire un bâtiment éco-construit et en même temps produire d une manière durable et conviviale, le confort humain: répondre aux exigences de qualité. Une solution envisageable: Utilisation de matériaux à changement de phase micro-encapsulés pour améliorer l'inertie thermique des bâtiments. 11
UTILITE DES MCP ce genre de matériaux sont dits «intelligents» car ils contribuent à une régulation des flux d énergie et/ou une stabilisation de la température: La raison majeure de l'utilisation de tels systèmes est leur densité énergétique élevée, en comparaison avec les systèmes utilisant la chaleur sensible. Comment sont aujourd hui utilisés les MCP? Les principales applications industrielles des matériaux à changement de phase sont les suivantes : - Isolation des bâtiments - La climatisation passive et le chauffage - Le stockage de l énergie thermique, -Les échangeurs de chaleurs, - Le textile, - Refroidissement des composants électroniques - Le transport de produits alimentaires 12
Composants électroniques Tan et al, 2006 textiles Capteurs solaires Rideaux- fenêtres 13
Il y a encore un moyen d'améliorer les performances des réfrigérateurs domestiques. Source: Camegraf 14
MCP & Secteur bâtiment Incorporés à l intérieur des bâtiments, dans des produits à base de polymères, de plâtre, ou de béton, les MCP sont capables d améliorer les performances énergétiques de l enveloppe tout en augmentant l inertie thermique. complémentaires d une isolation, ils sont une réponse au durcissement de la réglementation thermique et à la prise en compte de la notion de confort d été et de confort d hiver. Actuellement, la majorité des études concernant les matériaux à changement de phase (MCP) sont orientés vers : leur utilisation, lorsqu ils sont intégrés à l enveloppe du bâtiment, pour des applications de chauffage ; leur intégration à l enveloppe de bâtiments à faible inertie thermique dans le but d améliorer le confort d été. 15
Méthodes d utilisation du MCP dans les bâtiments : Intégration directe : les MCP sont mélangés avec des matériaux de construction (en général le plâtre ou le béton) lors de la fabrication. Encapsulation avant intégration: les MCP sont soit en micro encapsulation, soit en macro encapsulation. Ces derniers sont intégrés soit dans les matériaux de construction, soit dans les échangeurs de chaleur. Macro encapsulation Capsules de différentes formes: parallélépipédiques, cylindriques, sphériques... Micro encapsulation Imprégnation dans des matrices solides Graphite, métallique... 16
Apport du MCP dans le bâtiment Climatisation passive et chauffage Isolation thermique Stockage de l énergie thermique 17
Problématique de l habitat Problème de fraicheur Problème de stockage de la chaleur Surchauffe des bâtiments en été Perte de chaleur en hiver Forte consommation énergétique 18
Choix des matériaux pour le secteur Bâtiment le choix des matériaux la température de fusion proche de la température de confort (entre 20 C et 30 C) les sels hydratés et plusieurs MCP inorganiques 19
Intégration du MCP dans le bâtiment Le plancher Le plafond Les parois Les fenêtres 20
Exemples d application des MCP aux bâtiments Mur béton intégrant un MCP Mur TROMBE intégrant un MCP Les cloisons-mcp 21
Quelques exemples pour mettre en évidence l utilité des murs intégrants des MCP Besoin de chauffage d une pièce «test» en fonction de l ajout d un MCP pour différentes températures de consigne (source: ) 22
Exemple d intégration des MCP dans une dalle Test d intégration des MCP dans une dalle (Laurie KARIM et al.) 23
Température aux interfaces de la dalle T_imposée T_local Comparaison : mur simple, mur-air et mur-mcp l état stationnaire est atteint beaucoup plus tardivement lorsque la dalle est remplie de MCP, (bien que le matériau que l on a introduit soit 10 fois plus conducteur de la chaleur que l air) Ce résultat s explique par la forte accumulation de la chaleur au sein du MCP notamment lors de son changement de phase. 24
Energie par unité de surface stockée dans la dalle en fonction du temps comparaison / Dalle creuse et dalle contenant un mcp 25
Comparaison de trois bloc de 1 mètre cube de volume. La première maquette (M1) constitue un élément de référence. Il s'agit d'une conception classique La maquette M2 est identique à la maquette M1 mais elle contient des zones remplies de l air. La maquette M3 avec produit à changement de phase micro-encapsulé Tmax (mur classique) Tmax (mur -mcp) Evolution des températures au niveau des 3 dalles (Source: David NÖRTERSHÄUSER ) 26
Comparaison de deux type de brique (creuse et remplie en mcp) Schéma du dispositif expérimenta: emplacement des thermocouples Photos de la brique creuse et de la brique remplie en mcp (Laurent ROYON et al.)
Evolution temporelle de la température au sein de la brique à base MCP et de la brique creuse Pour la brique creuse sans paraffine, le niveau de température atteint dans les mêmes conditions est plus élevé d environ 3 C. Cette expérience met clairement en évidence l effet du MCP sur l inertie thermique de la brique. 28
Pr. Sadok BEN JABRALLAH E-mail : sadok.jabrallah@fsb.rnu.tn T ransfert E Laboratoire LETTM F. S. Tunis coulement C Groupe de Recherche hangement P hase 29