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International audience; The heat transfer performances of capillary-driven evaporators are still improving while their pumping capacity remains drastically limited by the porous wick structure. The pump assistance allows this capillary limit to be overcome and more largely, gives the opportunity of an important enhancement of capillary two-phase loops operating range. An experimental device made of a Capillary Pumped Loop coupled with a controlled centrifugal pump located at the inlet of the evaporator was proposed. We have shown that the hybrid system acts as it would in a simple capillary-driven regime with an operating loop pressure drop far beyond the capillary limit (more than 60 kPa i.e. more than 6 times the evaporator capillary limit with methanol) while preserving the evaporator thermal efficiency due to vaporisation. Moreover, we have found that the pump assistance significantly increases the system robustness during large amplitude heat load step and startup by influencing the liquid subcooling and flow rate at the evaporator inlet.

International audience; The effect of a DC electric field on a liquid-vapor interface was investigated at different temperatures using a Pellat-like test cell filled with HFE-7000 and HFE-7100 dielectric fluids. Special attention was given to the local observations of the meniscus as this information is crucial in two-phase heat transfer applications. The results confirmed first that the dielectrophoretic force controls both the mean position and the shape of the meniscus as the visualizations revealed that the interface could be totally flattened when the electric field increased. The visualizations showed secondly that free charges in the liquid could affect the interface behavior in two ways: by slightly modifying the pressure profile in the liquid bulk, and by leading the formation of electrojets close to the wall. The temperature dependence of the vapor dielectric strength led to a drastic limitation at low temperature of the maximum electric field that the fluid could withstand before breakdown. This point should be carefully considered in electrohydrodynamics enhanced two-phase cooling systems.

International audience; A Flat Plate Pulsating Heat Pipe (FPPHP) filled with an ordinary liquid (water) and a self-rewetting mixture (dilutes aqueous solutions of long-chain alcohols with unusual surface tension behavior) is investigated under variable gravity conditions on board a ‘Zero-g’ plane during the 65th Parabolic Flight Campaign of the European Space Agency. The FPPHP thermal performance in terms of evaporator and condenser temperatures, start-up levels and flow regimes is characterized for the two working fluids and a power input ranging from 0 to 200 W (up to 17 W/cm2 at the heater/evaporator wall interface). The experimental set-up also includes a transparent plate enabling the visualization of the oscillating flow patterns during the experiments. For a low power input (4 W/cm2), the pulsating heat pipe filled with pure water is not able to work under low-g conditions, because the evaporator immediately exhibits dry-out conditions and the fluid oscillations stops, preventing heat transfer between the hot and cold side and resulting in a global increase of the temperatures. On the other hand, the FPPHP filled with the self-rewetting fluid runs also during the microgravity phase. The liquid rewets several times the evaporator zone triggering the oscillatory regime. The self-rewetting fluid helps both the start-up and the thermal performance of the FPPHP in microgravity conditions.

International audience; This study focuses on the model reduction of a two-phase loop thermosyphon. The aim is to propose a nonlinear reduced order model able to mimic the thermo-hydraulic behavior of the loop in order to use it for real-time state feedback control, in future applications. First, the one-dimensional two-phase flow model describing the liquid-gas mixture in both mechanical and thermal equilibrium is recalled. The numerical resolution of this detailed model is carried out using a finite volume approach and a Harten-Lax-van Leer Contact Riemann solver. Then, from this detailed model, a new structure of reduced model is determined via the Galerkin projection method. These reduced models, built by the Modal Identification Method, show a very good agreement between the outputs of the detailed model and those computed by the reduced model, during the identification stage. Two test cases, corresponding to different thermal loads at the evaporator, show that the overall levels of density, velocity, mass flow rate, pressure, temperature and internal energy in the loop are satisfactorily reproduced by the reduced model with a global relative error less than 5%. The interest of using such a model lies in the significant gain in CPU time.

International audience; A pseudo three dimensional numerical analysis is presented for simulation of cylindrical heat pipe using the Lattice Boltzmann method. The analysis includes the heat conduction in the wall and liquid-wick regions as well as the vapor region. Comparisons between the present model and previous numerical results showed very good agreement. The estimations of the liquid and vapor velocity profiles and temperature distributions are also presented and discussed. It is shown that the vapor flow field remains nearly symmetrical about the heat pipe centerline. Numerical results under different working conditions are presented, which provide guidance for the heat pipe design.

International audience; In the context of high-dissipation electronics cooling for ground transportation, a new design of two-phase loop has been improved in recent years: the capillary pumped loop for terrestrial application (CPLTA). This hybrid system, between the two standard capillary pumped loop (CPL) and loop heat pipe (LHP), has been widely investigated with a single evaporator, and so a single dissipative area, to know its mean operating principles and thermohydraulic couplings between the components. To aim to extend its scope of applications, a new experimental CPLTA with three evaporators in parallel is studied in this paper with methanol as working fluid. Even if the dynamics of the loop in multi-evaporators mode appears on the whole similar to that with a single operating evaporator, additional couplings are highlighted between the several evaporators. A decoupling between vapor generation flow rate and pressure drop in each evaporator is especially revealed. The impact of this phenomenon on the conductance at evaporator is analyzed.

International audience

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International audience; Various experiments were conducted on two full-size Pulsating Heat Pipes (PHP) which differed from their diameter, number of turns, and working fluid. The analysis of the experimental results showed two kind of operating curves (overall thermal resistance vs. heat rate): for low heat fluxes, the curve is irregular and the PHP performance is sensitive to the orientation. For high heat fluxes, the operating curve is smooth and independent from the orientation. To contribute to the analysis of these results, experiments were conducted at the scale of a single branch of a PHP. An oscillating motion was imposed to a single liquid plug surrounded by two vapour slugs in a capillary tube and high speed visualisations were performed. The test section was either adiabatic or heated. The adiabatic experiments brought to the fore the importance of dynamic contact angles in the flow and the dissymmetry between the advancing and receding contact angle. The non-adiabatic experiments showed that at low flux, the flow is disturbed by bubble nucleation, while at high heat flux, the main heat transfer mechanism is thin film evaporation, with a completely different thermal and hydrodynamic behaviour.

Axially grooved heat pipes are devices used mainly to dissipate heat flow through the latent heat of phase change of a fluid at a saturation state. Part of the heat injected at the evaporator flows through a micro-region where the meniscus remains hung at the top of each groove. This article presents a steady-state model built to study the heat and mass transfers in this zone. A parametric study has been performed on aluminum/ammonia heat pipes, mainly used for satellite thermal control, and it led to interesting results, especially regarding the incidence of the radius of curvature of the meniscus and the influence of temperatures on the transfers occurring in the problem.

Heat pipe is a high-performance heat transfer device that has become essential onboard telecommunication satellites when ensuring thermal management. Its operating principle is based on the phase change of a pure fluid inside a long closed tube. The fluid is evaporated at one extremity and condensed at the other so that heat in transferred by enthalpy variation from liquid to vapor. A passive capillary pumping process ensures liquid motion. Indeed, capillary structures are highly reliable and do not necessitate any additional power consumption. In microgravity conditions, most of them are composed of an internal capillary structure with axial grooves taking into account the particularly low fluid flow resistance inherent to such structures. These profiles are manufactured by extrusion, which allows for high reproducibility at a very small cost per unit compared with other capillary structures [1]. Since the maximum capillary pumping value depends to some extent upon the geometry of the capillary structure, there exists a maximum heat transfer power beyond which capillary pumping is not sufficient to counterbalance the liquid-vapor pressure drop, which is due to an increasing mass flow along with augmented power. At that point, the evaporator is not adequately supplied with liquid and is gradually drained until it reaches its point of switch-over (also called “hum out” point). To avoid this extreme case, accurate understanding of liquid flow behavior is required in order to optimize the groove geometries and to increase the transport capacity/mass of system ratio, which is a fundamental aspect in space applications.

Une machine electrique tournante est le siege de dissipations de differentes origines. Elles sont largement distribuees dans sa structure et, plus rarement, dans le fluide de refroidissement lui-meme (machine a grande vitesse de rotation). Le dimensionnement thermique d’une machine electrique, c’est-a-dire le calcul du champ de temperature et la determination des voies d’evacuation de la chaleur, fait appel a des lois generales et a des relations particulieres que cet article vise a synthetiser. Quelques donnees thermophysiques concernant les materiaux et les fluides rencontres dans ce contexte sont apportees. Notons que cet article fait largement appel a des references des Techniques de l’Ingenieur precisees dans le texte.

Dans les machines electriques, une analyse fine du comportement du circuit magnetique peut etre correlee a celle de son comportement thermique. Les deux phenomenes etant couples. En pratique, la complexite de la structure des machines et des echanges thermiques rend cette identification difficile. Afin d'etudier ce phenomene de couplage magnetothermique dans les materiaux, un systeme de caracterisation a ete realise. Le montage retenu laisse un acces faciles a l'echantillon pour pouvoir effectuer des mesures de temperature de surface par camera infrarouge, et permettre l'installation d'une instrumentation magnetique et thermique. De maniere a pouvoir mesurer des echauffements sur un systeme thermique, les conditions limites sont imposees aux deux extremites de la tole par deux pinces en cuivre refroidies par un circuit fluide raccorde a un cryostat. Cet article decrit le dispositif experimental realise et les premiers essais effectues en regime permanent ou transitoire. The study of electrical machine magnetic core is connected to thermal phenomenon. The complexity of the mechanic structure and the thermal exchanges give difficulties for iron losses identification. The aim of this work is to study the magnetothermal phenomenon in steel an experimental system is developed. The structure of the device gives an easy approach to the studied sample sheet and allows infrared thermal measure with a camera, thermal and magnetic instrumentation. Boundary conditions are imposed to the sheet with a thermocryostat. This paper explains the experimental device built and shows the first results in steady states and transient responses.

The network topology reduction is based on an exact mathematical tool. The principle is a reduction of the problem matrix to a few lines and columns. The original reduction method developed in this study is an extension of this technique implemented to transient linear heat diffusion problems. The finite volume model is hence reduced to a few chosen nodes and a new type of element appears, the compensation capacitance. This element, discussed in [Lagonotte et al., European Phys. J. Appl. Phys. 13 (3) (2001) 177], links every node of the model and improves the dynamic behaviour of the model. Two steps of optimisation, concerning the choice of the nodes and the value of the compensation capacitors, are discussed. The method is implemented to an industrial object, a 5.5 kW squirrel cage induction machine, which model is reduced from 1140 down to 10 nodes.

Technological innovation and reduction of the energy required for propulsion is necessary to reduce aircrafts environmental impact. The present work is part of the research project Clean Sky 2 – HASTECS, which purpose is the development of a hybrid propulsion aircraft. The high powers involved make classical cooling solutions obsolete, in terms of efficiency, and not suitable for the power to mass ratio required for the target 2035. In particular, the problem related to power electronics cooling is assessed in this work with the purpose to achieve a performance coefficient of 25 kW/kg.This work, essentially numerical, is linked to the research, design, optimisation and analysis of a high efficiency cooling system, able to control power electronics components temperature, operating in pretty severe conditions (high thermal power density, >15kW; cyclic variation of cold source temperature and severe transient phases) and which has to be lightweight to ensure performance coefficient requirements. Different cooling technologies, active single and two-phase and passive capillary driven, have been analysed and compared on the basis of literature data and of a first approximation design: the most adapted solution has been chosen on the base of its specific power [kW/kg]. The solution that has been finally retained is a Capillary Pumped Loop for Integrated Power (CPLIP), which thermal characteristics are quite interesting and unique. After its design, the loop has been optimised to answer to objectives of 2025 and 2035. It is worth of attention the work carried out in collaboration with power electronics team of the same project to achieve a mutual optimisation of the systems. Concerning the thermal side, the attention was focused on the condenser, the heaviest component in the loop. The 2025’s solution is characterised by a classical flat plate air-methanol condenser which allowed to cross over the threshold of 15kW/kg for 2025. 2035’s solution, on the contrary, is characterised by an innovative condenser typology, using microchannels on methanol side and louvered fins on air side, allowing to obtain more than double of the power coefficient required! In this work, thermal and hydraulic characteristics of the CPLIP have been experimentally analysed, using a prototype deriving from previous studies, and by using CFD and a 0D model. Results show the ability of the CPLIP to control the temperature of power electronics modules during a short and medium-range aircraft mission profile, characterised by sudden changes of thermal load and cyclic variations of the cold source temperature.Finally, a study focused on the transient behaviour of the loop has been carried out. In particular, the start-up of the CPLIP and its behaviour during sudden and violent acceleration stages, characterising this application filed, have been exploited. In the first case, an experimental and a numerical study were carried out to demonstrate the ability of the loop to starts its operation in the most difficult thermal and environmental conditions (high thermal load and high environmental temperature). In the second case, a numerical study has been performed to understand the behaviour of the loop when an acceleration field up to 10g perturbs its operations.This work opens new interesting perspectives stand points concerning the application itself and the necessity to adopt a multidisciplinary approach to simultaneously thermally and electronically design new generation power electronics.; Le monde aérien est lui aussi destiné à réduire drastiquement son empreinte environnementale. Cela passe pour partie par l’innovation technologique et la réduction de l’énergie nécessaire à la propulsion. Dans cet objectif, les travaux relatés dans ce mémoire s’inscrivent dans un projet de recherche (Clean Sky 2-HASTECS) visant le développement de propulsion hybride mettant à profit les performances d’une chaîne électrique. Les puissances mises en jeu requièrent de revisiter les solutions de refroidissement pour atteindre les spécifications de puissance massique envisagées à l’horizon 2035. Nous nous intéressons ici à la gestion thermique de l’électronique de puissance qui vise une puissance massique de 25kW/kg à cet horizon.Le travail effectué, essentiellement numérique, est lié à la recherche, au dimensionnement, à l’optimisation, et à l’analyse d’une technologie de refroidissement efficace, caractérisée par une faible masse et capable de contrôler la température des composants électroniques dans les conditions opératoires les plus drastiques. Différentes technologies de refroidissement, actives mono et diphasiques et passives, à pompage capillaire, ont été analysées et comparées sur la base de données disponibles dans la littérature et d’un dimensionnement de première approximation : la solution la plus adaptée a été choisie en utilisant comme critère sa masse spécifique. La solution finalement retenue et présentant le meilleur indice de masse spécifique global est une boucle diphasique CPLIP (Capillary Pumped Loop for Integrated Power), par ailleurs pourvues des caractéristiques thermiques et hydrauliques uniques. Après son dimensionnement, la CPLIP a été optimisée pour répondre aux objectifs à deux horizons successifs, 2025 et 2035 (mentionnons un travail itératif avec les chercheurs responsables du développement de l’électronique permettant une optimisation mutuelle). L’attention a été en particulier concentrée sur le condenseur, le composant le plus lourd de la boucle. La solution 2025 est caractérisée par un condenseur classique air-méthanol, et a démontré sa capacité d’aller au-delà du seuil de 15 kW/kg demandé. La solution 2035, caractérisée par un concept de condenseur innovant : à micro-canaux et à ailettes à persiennes, a permis d’obtenir, après ce travail de co-dimensionnement thermique-électronique, des valeurs de puissance spécifique doubles par rapport à l’objectif 2035. Dans cette thèse, les caractéristiques hydrauliques et thermiques de la boucle CPLIP ont été analysées expérimentalement sur un prototype issu d’études antérieures, et numériquement à l’aide d’un modèle CFD ainsi qu’à l’aide d’un modèle 0D innovant. Les résultats démontrent l’aptitude de la CPLIP à gérer thermiquement l’électronique de puissance pour des cycles de mission d’un avion court ou moyen-courrier, caractérisés par des changements brutaux de puissance thermique, tout en assurant le contrôle de la température des modules électroniques.Enfin, une étude a été conduite portant sur le comportement transitoire de la boucle, en particulier lors des démarrages sévères à très hautes puissances, ainsi que pendant des cycles d’accélérations sévères qui caractérisent ce champ d’application. Dans le premier cas, une étude expérimentale et numérique a été menée pour démontrer la capacité de la boucle à démarrer dans les conditions thermiques et environnementales les plus difficiles (haute puissance de démarrage et haute température environnementale). Dans le deuxième cas, une étude numérique a été utilisée pour comprendre quel est le comportement de la boucle quand des champs d’accélérations, jusqu’à 10g, perturbent ses conditions opératoires. Ce travail ouvre des perspectives très intéressantes tant du point de vue de l’application que vis-à-vis de la nécessité aujourd’hui d’adopter des approches de recherche couplées pour dimensionner simultanément thermiquement et électriquement l’électronique de puissance.

This work presents a study on the pump assistance of a capillary two-phase loop. This coupling should permit to extend the operating range of these loops to environments with demanding thermal and mechanical specification as it exists in aerospace applications. An experimental bench has been developed in order to investigate the coupling behavior of a CPL (Capillary Pumped Loop) and a centrifugal pump in series. We found that the possibility to extend the pumping capacity from 10 kPa to 60 kPa, i.e. far further than the evaporator limit (capillary limit). Thermal performance were increased by the additional sub-cooling from the pump. This coupling robustness was also observed during the application of severe solicitations (power cycle, start-up). The system modeling showed that the vapor percolation/condensation process at the inlet of the evaporator significantly affected the evaporator dynamics so that the reduction of these mechanism is decisive in order to optimize the system control. In a last part, preliminary results obtained for a pump placed at the reservoir inlet were presented. We found that in this case, the system control became more difficult because of the liquid mass redistribution between condenser and reservoir. However, modeling identified stabilizing factors (condenser performance, pressure drop, pump characteristic) which could permits the pump assistance of LHP (Loop Heat Pipe)., Ce travail présente une étude d'hybridation d'une boucle diphasique à pompage capillaire avec une pompe centrifuge. Ce couplage doit permettre d'étendre l'utilisation de ces boucles à des environnements fortement contraints thermiquement et mécaniquement comme on en trouve dans le contexte de l'aérospatial. Un banc expérimental a été développé afin d'explorer le comportement d'un couplage en série d'une CPL (Capillary Pumped Loop) avec une pompe centrifuge en amont de l'évaporateur. Nous avons montré qu'il est possible d'étendre la capacité de pompage de 10 kPa à 60 kPa, soit bien au delà de la limite intrinsèque de l'évaporateur (limite capillaire). Les performances thermiques sont augmentées par le sous-refroidissement supplémentaire apporté par la pompe. La robustesse de ce couplage a été également démontrée lors de l'application de fortes sollicitations (cycle de puissance, phase de démarrage). La modélisation du système a révélée qu'une optimisation du contrôle passe notamment par la maîtrise des phases de percolation/condensation de la vapeur en amont de l'évaporateur. Dans une dernière partie, les résultats préliminaires obtenus lorsque la pompe centrifuge est placée en amont du réservoir sont présentés. Nous avons montré que dans ce cas, le contrôle est rendu difficile par la redistribution du liquide entre le condenseur et le réservoir. Cependant, la modélisation a permis d'identifier plusieurs effets stabilisant (performances du condenseur, pertes de charge, caractéristique de pompe) qui pourraient autoriser l'hybridation des LHP (Loop Heat Pipe).

This work presents a study on the pump assistance of a capillary two-phase loop. This coupling should permit to extend the operating range of these loops to environments with demanding thermal and mechanical specification as it exists in aerospace applications. An experimental bench has been developed in order to investigate the coupling behavior of a CPL (Capillary Pumped Loop) and a centrifugal pump in series. We found that the possibility to extend the pumping capacity from 10 kPa to 60 kPa, i.e. far further than the evaporator limit (capillary limit). Thermal performance were increased by the additional sub-cooling from the pump. This coupling robustness was also observed during the application of severe solicitations (power cycle, start-up). The system modeling showed that the vapor percolation/condensation process at the inlet of the evaporator significantly affected the evaporator dynamics so that the reduction of these mechanism is decisive in order to optimize the system control. In a last part, preliminary results obtained for a pump placed at the reservoir inlet were presented. We found that in this case, the system control became more difficult because of the liquid mass redistribution between condenser and reservoir. However, modeling identified stabilizing factors (condenser performance, pressure drop, pump characteristic) which could permits the pump assistance of LHP (Loop Heat Pipe).; Ce travail présente une étude d'hybridation d'une boucle diphasique à pompage capillaire avec une pompe centrifuge. Ce couplage doit permettre d'étendre l'utilisation de ces boucles à des environnements fortement contraints thermiquement et mécaniquement comme on en trouve dans le contexte de l'aérospatial. Un banc expérimental a été développé afin d'explorer le comportement d'un couplage en série d'une CPL (Capillary Pumped Loop) avec une pompe centrifuge en amont de l'évaporateur. Nous avons montré qu'il est possible d'étendre la capacité de pompage de 10 kPa à 60 kPa, soit bien au delà de la limite intrinsèque de l'évaporateur (limite capillaire). Les performances thermiques sont augmentées par le sous-refroidissement supplémentaire apporté par la pompe. La robustesse de ce couplage a été également démontrée lors de l'application de fortes sollicitations (cycle de puissance, phase de démarrage). La modélisation du système a révélée qu'une optimisation du contrôle passe notamment par la maîtrise des phases de percolation/condensation de la vapeur en amont de l'évaporateur. Dans une dernière partie, les résultats préliminaires obtenus lorsque la pompe centrifuge est placée en amont du réservoir sont présentés. Nous avons montré que dans ce cas, le contrôle est rendu difficile par la redistribution du liquide entre le condenseur et le réservoir. Cependant, la modélisation a permis d'identifier plusieurs effets stabilisant (performances du condenseur, pertes de charge, caractéristique de pompe) qui pourraient autoriser l'hybridation des LHP (Loop Heat Pipe).

Given the "more electrical aircraft" industrial problematic, the thermal management of multiple and scattered dissipative components appears to be a crucial technological issue. In particular, the use of multiple evaporators, integrated into a unique cooling system, is frequently considered. However, actual control of the vaporization phenomenon occuring in an evaporator which is supplied in liquid by an external source (imposed by the complete cooling system) is still problematic. Considering that it is necessary to overcome this limit to optimize the associated thermal and hydraulic performances, a particular evaporator architecture has been considered. This architecture, based on the utilization of local capillary pumping, may indeed allow the expansion and evaporation of liquid films on a heated surface independantly from the liquid flow rate supplied to the device. To this end, a dedicated experimental system has been set up. It consists of an evaporator designed according to such an architecture and an associated test bench allowing the characterization of both the thermal and hydraulic behavior of the prototype. The experimental results allowed to describe the general operation of the device in terms of liquid and vapor phase repartition, whereas temperature and pressure measurements allowed to quantify the hydraulic equilibriums and heat transfer coefficients associated to this configuration. Simultaneously with this experimental approach, several modeling efforts have been conducted. First, an analytical model of the hydraulic equilibrium associated to the evaporator assembly permitted to quantify the mechanisms that cause the distinct operating modes observed as well as predicting their limits. Then, a numerical resolution of the liquid flow and heat transfer occuring on the heated surface has been developed to assess the influence of different physical parameters on the measured heat transfer coefficients. Finally, a first procedure allowing a geometric optimization of capillary structures adapted to this experimental configuration has been established in the objective of enhancing the evaporative heat transfer and/or extending the operating range of the device., Dans le contexte de l'aéronef plus électrique, la gestion thermique de multiples composants dissipatifs au sein d'un unique système de refroidissement apparait être une problématique critique. En particulier, l'utilisation de multiples évaporateurs intégrés à un système fluidique unique, permettant d'extraire localement la chaleur dissipée via la vaporisation du fluide caloporteur, est couramment envisagée. Toutefois, il apparait à l'heure actuelle difficile de maitriser les phénomènes associés à la vaporisation du fluide au sein d'un évaporateur alimenté en liquide par une source de pompage indépendante, imposée par le système de refroidissement complet. Ce contrôle des phénomènes apparaissant nécessaire à l'optimisation des performances thermiques et hydrauliques associées, l'étude d'une architecture particulière d'évaporateur a été menée. Celle-ci, via la mise en œuvre locale du pompage capillaire, doit en effet permettre l'extension et l'évaporation de films de liquide sur une surface chauffée indépendamment de l'écoulement de liquide fourni à l'évaporateur. Un dispositif expérimental a alors été mis en place, celui-ci étant constitué d'un prototype d'évaporateur basé sur cette architecture ainsi que d'un système de caractérisation thermique et hydraulique associé. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de décrire le fonctionnement général de l'évaporateur, notamment en matière de répartition des phases liquide et vapeur, tandis que les mesures de température et de pression mises en œuvre ont permis de quantifier les équilibres hydrauliques et les coefficients de transferts associés à cette configuration. Parallèlement à ce travail expérimental, différentes approches de modélisation de l'évaporateur ont été menées. Tout d'abord, une modélisation analytique de l'équilibre hydraulique global de l'évaporateur a permis de quantifier les mécanismes à l'origine des différents modes de fonctionnement observés et de prédire les limites expérimentales de ceux-ci. Par la suite, une modélisation numérique des écoulements et des transferts au niveau de la paroi chauffée a été développée afin de mettre en évidence les différents facteurs influençant les coefficients de transferts thermique mesurés dans notre configuration. Enfin, une première approche théorique d'optimisation géométrique de structure capillaire adaptée à cette configuration a été développée, celle-ci devant permettre, à terme, d'intensifier les échanges et/ou de repousser les limites de fonctionnement associées à l'évaporation du liquide.

Given the "more electrical aircraft" industrial problematic, the thermal management of multiple and scattered dissipative components appears to be a crucial technological issue. In particular, the use of multiple evaporators, integrated into a unique cooling system, is frequently considered. However, actual control of the vaporization phenomenon occuring in an evaporator which is supplied in liquid by an external source (imposed by the complete cooling system) is still problematic. Considering that it is necessary to overcome this limit to optimize the associated thermal and hydraulic performances, a particular evaporator architecture has been considered. This architecture, based on the utilization of local capillary pumping, may indeed allow the expansion and evaporation of liquid films on a heated surface independantly from the liquid flow rate supplied to the device. To this end, a dedicated experimental system has been set up. It consists of an evaporator designed according to such an architecture and an associated test bench allowing the characterization of both the thermal and hydraulic behavior of the prototype. The experimental results allowed to describe the general operation of the device in terms of liquid and vapor phase repartition, whereas temperature and pressure measurements allowed to quantify the hydraulic equilibriums and heat transfer coefficients associated to this configuration. Simultaneously with this experimental approach, several modeling efforts have been conducted. First, an analytical model of the hydraulic equilibrium associated to the evaporator assembly permitted to quantify the mechanisms that cause the distinct operating modes observed as well as predicting their limits. Then, a numerical resolution of the liquid flow and heat transfer occuring on the heated surface has been developed to assess the influence of different physical parameters on the measured heat transfer coefficients. Finally, a first procedure allowing a geometric optimization of capillary structures adapted to this experimental configuration has been established in the objective of enhancing the evaporative heat transfer and/or extending the operating range of the device.; Dans le contexte de l'aéronef plus électrique, la gestion thermique de multiples composants dissipatifs au sein d'un unique système de refroidissement apparait être une problématique critique. En particulier, l'utilisation de multiples évaporateurs intégrés à un système fluidique unique, permettant d'extraire localement la chaleur dissipée via la vaporisation du fluide caloporteur, est couramment envisagée. Toutefois, il apparait à l'heure actuelle difficile de maitriser les phénomènes associés à la vaporisation du fluide au sein d'un évaporateur alimenté en liquide par une source de pompage indépendante, imposée par le système de refroidissement complet. Ce contrôle des phénomènes apparaissant nécessaire à l'optimisation des performances thermiques et hydrauliques associées, l'étude d'une architecture particulière d'évaporateur a été menée. Celle-ci, via la mise en œuvre locale du pompage capillaire, doit en effet permettre l'extension et l'évaporation de films de liquide sur une surface chauffée indépendamment de l'écoulement de liquide fourni à l'évaporateur. Un dispositif expérimental a alors été mis en place, celui-ci étant constitué d'un prototype d'évaporateur basé sur cette architecture ainsi que d'un système de caractérisation thermique et hydraulique associé. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de décrire le fonctionnement général de l'évaporateur, notamment en matière de répartition des phases liquide et vapeur, tandis que les mesures de température et de pression mises en œuvre ont permis de quantifier les équilibres hydrauliques et les coefficients de transferts associés à cette configuration. Parallèlement à ce travail expérimental, différentes approches de modélisation de l'évaporateur ont été menées. Tout d'abord, une modélisation analytique de l'équilibre hydraulique global de l'évaporateur a permis de quantifier les mécanismes à l'origine des différents modes de fonctionnement observés et de prédire les limites expérimentales de ceux-ci. Par la suite, une modélisation numérique des écoulements et des transferts au niveau de la paroi chauffée a été développée afin de mettre en évidence les différents facteurs influençant les coefficients de transferts thermique mesurés dans notre configuration. Enfin, une première approche théorique d'optimisation géométrique de structure capillaire adaptée à cette configuration a été développée, celle-ci devant permettre, à terme, d'intensifier les échanges et/ou de repousser les limites de fonctionnement associées à l'évaporation du liquide.

Owing to the trend to development sustainability, solar systems (solar collector, solar concentrator, etc.) Are integrating (and asked to integrate even more) intensively residences and industries. In this context, two-phase systems like heat pipe seem highly effective because of their high heat transport capabilities and their passive operation in collectors’ technology. In view of the complexity of the heat pipes with a porous structure in this kind of application,most of the existing systems on the market use thermosyphons. Thus, the growing need of reliable and more efficient thermal control solutions is increasing for such systems. This thesis work focuses on the performance characterization of heat pipes with porous structure used in solar applications. A numerical study has been performed to model and simulate the behavior of a typical heat pipe using the Lattice Boltzmann method. An experimental study has also been done to characterize the performance of three prototypes tested under different conditions (condenser temperature, heat input and inclination angle). The effects induced by several parameters including the filling rate, working fluid and symmetry of the applied heat on the performance of these devices has also been investigated. In particular, heating asymmetry is found to induce dry-out earlier, all other things being equal. Optimal inclination is also determined where is balanced the maximum solar heat available and received by the heat pipe and the gravity-assisted liquid flow inside that device.; En raison de la tendance positives pour le développement durable, les systèmes solaires(capteurs solaires, concentrateur solaire, etc.) Intègrent (et demandent d'intégrer encore plus)intensivement les résidences et les industries. Dans ce contexte, les systèmes diphasiques comme le caloduc semblent être très efficaces en raison de leurs capacités élevées de transport de chaleur et de leur fonctionnement passif appliqués aux capteurs. Compte-tenu de la complexité des caloducs à structure poreuse dans ce type d'application, la plupart des systèmes existants sur le marché utilisent des thermosiphons. Ainsi, le besoin croissant de solutions de contrôle thermique fiables et plus efficaces croit rapidement pour de tels systèmes.Ce travail de thèse porte sur la caractérisation des performances des caloducs à structure poreuse utilisés dans les applications solaires. Une étude numérique a été réalisée pour modéliser et simuler le comportement d'un caloduc typique à l'aide de la méthode Lattice Boltzmann. Une étude expérimentale a également été réalisée pour caractériser les performances de trois prototypes testes dans différentes conditions (température du condenseur, puissance introduite et angle d'inclinaison). Les effets induits par plusieurs paramètres incluant le taux de remplissage, le fluide de travail et la symétrie de la puissance appliquée sur les performances de ces dispositifs ont également été étudiés. En particulier, l'asymétrie du chauffage induit un assèchement plus précoce, toutes choses étant égales par ailleurs. L'inclinaison optimale est également déterminée là où est équilibrée la chaleur solaire maximale disponible et reçue par le caloduc et l'écoulement de liquide assisté par gravité à l'intérieur de ce dispositif.

The aim of the thesis is to analyze the heat recovery on hot gases at intermediate temperature range (250°C - 450°C). For this purpose, the thermosyphon heat exchanger recuperation technology has been chosen. The choice of a working fluid adapted to these temperature levels is one of the crucial points. A literature review identified naphthalene as a potentialfluid for this temperature range. However, because of the lack of information about naphthalene heat pipes, the development of a fundamental test-rig was necessary to fully characterize the thermal behavior and transport capacities of this fluid.A thermosyphon heat-pipe charged with naphthalene in the shape of a smooth stainless steel tube with a diameter of 23.9mm, a length of 1 m (evaporator zone: 20 cm, condenser zone: 20 cm) has been manufactured and tested. The experimental results obtained demonstrate the feasibility of such system in this temperature range and for the thermal powers required.They reveal an unusual behavior of the thermosyphon during the start-up process. In steady state, the analysis deals with the influence of the saturation temperatures, the transferred heat power and the thermosyphon inclination. In terms of performances, the thermal conductance (evaporator, condenser, system) increases with the vapor temperature and decreases with the heat power supplied to the evaporator. The heat flow rate can be applied from 0.2 to 1.5 kW, or 1 to 8W/cm² at the evaporator. During the tests, the system is found to be less sensitive to inclination (0° to 78°), but more important for 84°. In the horizontal position, the thermosyphon operates, but its heat transfer remains high even far away from the thermosyphon mode. A theoretical model has been developed in which the local heat transfer coefficients(evaporator and condenser) are evaluated by different correlations from literature. The comparison with the experimental results allowed to validate the models retained with good agreement, and to make it possible to predict the heat pipe operation for other solicitations.Thus, and finally, a first thermosyphon charged naphthalene recuperator prototype was designed, manufactured and coupled to the "hot gas" line designed and performed in the laboratory. The first results obtained from the complete system allowed us to develop a strategy for heat recovery system on the exhaust line of an automotive application.; L’objectif de la thèse porte sur l’analyse de la récupération de l’énergie thermique sur gaz chauds à température élevée(250°C - 450°C). Pour cela, la technologie de récupérateur à caloduc de type thermosiphon a été retenue. L’un des points cruciaux porte sur le choix d’un fluide de travail adapté à ces niveaux de température. Une analyse bibliographique a permis d’identifier le naphtalène comme élément de fluide potentiel pour cette gamme de température. Cependant le manque d’informations sur son comportement et ses capacités de transport a nécessité le développement d’un montage fondamental spécifique.Un caloduc thermosiphon chargé en naphtalène et de la forme d’un tube inox lisse de diamètre 23,9 mm, de longueur 1m (zone évaporateur : 20 cm ; zone condenseur : 20 cm) a été réalisé et testé. Les résultats expérimentaux obtenus démontrent tout d’abord la faisabilité d’un tel système dans cette gamme de température et pour les puissances thermiques envisagées. Ils révèlent un comportement inhabituel du thermosiphon lors des phases de démarrage (régime transitoire). En régime permanent, l’analyse a porté sur l’influence de la température de saturation, la puissance transférée ainsi que l’inclinaison. En termes de performances, les conductances thermiques (évaporateur, condenseur, système) augmentent avec la température vapeur et diminuent avec la puissance apportée à l’évaporateur. La puissance transférée peut s’échelonner de 0,2 kW à 1,5 kW, soit 1 à 8 W/cm² à l’évaporateur. Une faible sensibilité à l’inclinaison a été constatée lors des tests (0°-78°), un peu plus marqué pour 84°. Enfin pour une orientation à l’horizontale (90°), le caloduc fonctionne malgré tout et sa capacité de transfert reste élevée bien qu’éloignée du mode thermosiphon. En parallèle, un modèle de thermosiphon a été développé dans lequel les coefficients d’échanges locaux (évaporateur et condenseur) sont calculés par différentes corrélations issues de la littérature. La comparaison avec les résultats expérimentaux a permis de valider les modèles physiques retenus avec un bon accord, et de prédire le fonctionnement du caloduc pour d’autres sollicitations.Ainsi et enfin, un premier prototype récupérateur à thermosiphon au naphtalène a été conçu, fabriqué et couplé sur la veine « gaz chauds » conçue et développée aussi au sein du laboratoire. Les premiers résultats obtenus du système complet permettent de développer des stratégies de récupération et de valorisation de l’énergie thermique sur la ligne d’échappement, dans un contexte d’application automobile.

Two-phase systems based on the capillary pumping are widely used for electronics cooling. These systems are reliable and efficient, but the maximum heat load is given by the porous medium characteristics (pore size and conductivity) and the fluid properties. The use of an additional source of energy to actively control the heat transport and the heat transfers is a way to extend the performance. Electro-hydrodynamic forces (EHD) could fulfill this objective. This work proposed a contribution to the understanding of the interaction between a liquid-vapor interface and an electric field in order to determine which mechanisms control the pumping and heat transfer. The first part focused on the experimental study of a liquid-vapor interface under an electric field with or without heat flux in a very academic configuration while being close to the operating conditions of the vaporization in a groove of a heat pipe for example. The objective was to observe, quantify and analyze the effects (forces, structures, instabilities) developing on the interface. On top of that, analysis based on 1D and 2D models were made. We found that the dielectrophoretic force mainly controlled the position and the shape of the interface with or without vaporization. However, some effects of coupling with the electrical conduction in the liquid were proved to substantially modify the interface curvature. Finally, the results confirmed that the electric field can effectively be used to the heat transfer enhancement close to a heated wall. In a final section, the work is related to the pumping of a dielectric liquid based on the conduction regime. An experimental study was carried out in HFE-7000 and HFE-7100 fluids to investigate the role of different parameters (electrode geometry, inter-electrode distance, number of modules). For these fluids, the repeatability of results was not satisfactorily suggesting a high sensitivity of the phenomena according to the surface state of the electrodes and parasitic charge injection.; Les systèmes diphasiques à pompage capillaire sont couramment utilisés pour contrôler la température de l'électronique embarquée. Ces systèmes sont fiables et performants, mais ils présentent certaines limites associées essentiellement à la vaporisation dans le milieu poreux (limite capillaire, limite d'ébullition). Une façon d'étendre leurs performances en termes de longueur de transport de la chaleur et d'intensification des transferts serait de les coupler avec un système mécaniquement actif. Un des moyens pour réaliser cela est d'utiliser les forces électro-hydro-dynamiques (EHD) se développant dans le fluide lorsqu'on applique un champ électrique. Les travaux proposés sont une contribution à la compréhension de l'interaction entre une interface liquide-vapeur et un champ électrique afin de déterminer quels sont les mécanismes qui dans ces conditions contrôlent le pompage et le transfert de chaleur. La première partie se focalise sur l'étude expérimentale d'une interface liquide-vapeur sous un champ électrique avec ou sans flux de chaleur dans une configuration très académique (deux électrodes planes et verticales) tout en étant proche de ce qui se passe dans une cannelure de caloducs par exemple. L'objectif est d'observer, de quantifier et d'analyser les effets (forces, structures, instabilités) se développant sur l'interface. Une analyse a ensuite été menée à partir de modèles 1D et 2D. Nous avons ainsi pu vérifier que parmi l'ensemble des forces s'exerçant sur l'interface, la force diélectrophorétique est celle qui contrôle sa position et sa forme avec ou sans vaporisation. On a montré cependant qu'il existait des effets de couplage avec la conduction électrique dans le liquide pouvant sensiblement agir sur la courbure de l'interface. Enfin, les résultats en vaporisation ont confirmé que le champ électrique, en donnant des moyens de contrôle de la position et de la structure de l'interface de vaporisation, peut être effectivement mis à profit pour une intensification des transferts de chaleur proches d'une paroi chauffée. Dans un dernier volet, les travaux se sont concentrés sur la mise en mouvement d'un liquide diélectrique en mettant à profit le régime de conduction. Une étude expérimentale permettant d'étudier l'influence des différents paramètres (géométrie des électrodes, distance inter électrodes, nombre de modules) a été réalisée dans les fluides HFE-7000 et HFE-7100. Les résultats ont montré une faible reproductibilité des performances de la pompe pour ces fluides suggérant une forte sensibilité des phénomènes à l'état de surface des électrodes et aux régimes parasites d'injection de charge.

Two-phase systems based on the capillary pumping are widely used for electronics cooling. These systems are reliable and efficient, but the maximum heat load is given by the porous medium characteristics (pore size and conductivity) and the fluid properties. The use of an additional source of energy to actively control the heat transport and the heat transfers is a way to extend the performance. Electro-hydrodynamic forces (EHD) could fulfill this objective. This work proposed a contribution to the understanding of the interaction between a liquid-vapor interface and an electric field in order to determine which mechanisms control the pumping and heat transfer. The first part focused on the experimental study of a liquid-vapor interface under an electric field with or without heat flux in a very academic configuration while being close to the operating conditions of the vaporization in a groove of a heat pipe for example. The objective was to observe, quantify and analyze the effects (forces, structures, instabilities) developing on the interface. On top of that, analysis based on 1D and 2D models were made. We found that the dielectrophoretic force mainly controlled the position and the shape of the interface with or without vaporization. However, some effects of coupling with the electrical conduction in the liquid were proved to substantially modify the interface curvature. Finally, the results confirmed that the electric field can effectively be used to the heat transfer enhancement close to a heated wall. In a final section, the work is related to the pumping of a dielectric liquid based on the conduction regime. An experimental study was carried out in HFE-7000 and HFE-7100 fluids to investigate the role of different parameters (electrode geometry, inter-electrode distance, number of modules). For these fluids, the repeatability of results was not satisfactorily suggesting a high sensitivity of the phenomena according to the surface state of the electrodes and parasitic charge injection.; Les systèmes diphasiques à pompage capillaire sont couramment utilisés pour contrôler la température de l'électronique embarquée. Ces systèmes sont fiables et performants, mais ils présentent certaines limites associées essentiellement à la vaporisation dans le milieu poreux (limite capillaire, limite d'ébullition). Une façon d'étendre leurs performances en termes de longueur de transport de la chaleur et d'intensification des transferts serait de les coupler avec un système mécaniquement actif. Un des moyens pour réaliser cela est d'utiliser les forces électro-hydro-dynamiques (EHD) se développant dans le fluide lorsqu'on applique un champ électrique. Les travaux proposés sont une contribution à la compréhension de l'interaction entre une interface liquide-vapeur et un champ électrique afin de déterminer quels sont les mécanismes qui dans ces conditions contrôlent le pompage et le transfert de chaleur. La première partie se focalise sur l'étude expérimentale d'une interface liquide-vapeur sous un champ électrique avec ou sans flux de chaleur dans une configuration très académique (deux électrodes planes et verticales) tout en étant proche de ce qui se passe dans une cannelure de caloducs par exemple. L'objectif est d'observer, de quantifier et d'analyser les effets (forces, structures, instabilités) se développant sur l'interface. Une analyse a ensuite été menée à partir de modèles 1D et 2D. Nous avons ainsi pu vérifier que parmi l'ensemble des forces s'exerçant sur l'interface, la force diélectrophorétique est celle qui contrôle sa position et sa forme avec ou sans vaporisation. On a montré cependant qu'il existait des effets de couplage avec la conduction électrique dans le liquide pouvant sensiblement agir sur la courbure de l'interface. Enfin, les résultats en vaporisation ont confirmé que le champ électrique, en donnant des moyens de contrôle de la position et de la structure de l'interface de vaporisation, peut être effectivement mis à profit pour une intensification des transferts de chaleur proches d'une paroi chauffée. Dans un dernier volet, les travaux se sont concentrés sur la mise en mouvement d'un liquide diélectrique en mettant à profit le régime de conduction. Une étude expérimentale permettant d'étudier l'influence des différents paramètres (géométrie des électrodes, distance inter électrodes, nombre de modules) a été réalisée dans les fluides HFE-7000 et HFE-7100. Les résultats ont montré une faible reproductibilité des performances de la pompe pour ces fluides suggérant une forte sensibilité des phénomènes à l'état de surface des électrodes et aux régimes parasites d'injection de charge.

Today, electrical systems are becoming increasingly important in the air, rail and automotive sectors.The immediate consequence of this progress is the miniaturization of systems (converters) requiring very important cooling means. Whereas conventional cooling solutions are reaching their limit, an alternative one can be sought in two-phase loops based on the liquid-vapor phase change of a working fluid, in particular two-phase loop thermosyphon. The objective of this thesis is twofold : to propose a detailed model of a two phase loop thermosyphon as well as a reduced model able to calculate the variables at any location of the loop at any time with a much smaller computing time. First, the equation of the transient one-dimensional compressible one-phase and two-phase fluid flow is solved using the explicit Euler method of order 1 and the finite volume method. The liquid-vapor mixture is modeled as a homogeneous mixture at mechanical and thermal equilibrium. The closure laws of the model are deduced from the "Stiffened Gas" state laws. For the reduced model, an extension of the modal identification method is proposed. The structure of the reduced model is first determined carrying out the Galerkin projection of the continuous conservation equations.Then the parameters of the model are identified by the resolution of an optimization problem. The reduced model thus constructed is then validated on several cases with different dynamics; Les systèmes électriques occupent de nos jours une place de plus en plus importante dans le domaine du transport aérien, ferroviaire et automobile. Ce progrès s'est accompagné de la miniaturisation des systèmes(convertisseurs) qui nécessitent un refroidissement très performant. Alors que les systèmes de refroidissement traditionnels atteignent leurs limites, une des solutions consiste à utiliser des boucles fluides diphasiques reposant sur le changement de phase liquide-vapeur du fluide de travail, en particulier les boucles diphasiques gravitaires. L'objectif de cette thèse est double: proposer un modèle détaillé de la boucle ainsi qu'un modèle réduit capable de calculer les variables en tout point de la boucle et en tout instant mais beaucoup moins gourmand en temps de calcul. Concernant tout d'abord le modèle détaillé, les équations de l'écoulement monodimensionnel et compressible du fluide à l'état monophasique et diphasique en régime transitoire sont résolues par la méthode d 'Euler explicite et par la méthode des volumes finis. Le mélange liquide-vapeur se comporte comme un mélange homogène, en équilibre mécanique et thermique. Les lois de fermeture du modèle sont déduites des lois d'état du type "Stiffened Gas". En ce qui concerne le modèle réduit, une extension de la méthode d'identification modale est proposée. La structure du modèle réduit est tout d'abord déterminée en effectuant la projection de Galerkine des équations de conservation continues. Ensuite les paramètres dumodèle réduit sont identifiés par la résolution d'un problème d'optimisation. Le modèle réduit ainsi construit est alors validé sur plusieurs cas présentant des dynamiques différentes.

The pulsating heat pipe has been studied for more than twenty years, but is, for the time being, only used for the cooling of electronic components. Tbere is currently a keen interest in expanding the use of this technology to the cooling of embedded dissipative equipment. However, despite numerous experimental and numerical studies, the chaotic behavior of an pulsating heat pipe makes it difficult to predict its functioning under conditions never before encountered. Before being able to implement it in a transport-related application,it is necessary to consider the severe conditions that a pulsating heat pipe could encounter in such a context.The present study deals with the experimental validation of the use of a pulsating heat pipe under various severe conditions. For this purpose, a first device is made to observe the behavior of the pulsating heat pipe during temporal variations of the operating conditions observed during a typical flight or during the presence of mechanical vibrations. The pulsating heat pipe thus proves its possible use in this context. Two other devices serve the analysis of performance and operating limits for powers (8.4 kW) and heat flux densities(53 W/cm2) much higher than conventionally observed in the literature. Water is the most favorable fluid at these power levels, compared to pentane and methanol. These two devices also make it possible to observe the behavior during a uniform or non-uniform distribution of the injected thermal power on various hot sources. Parametric studies have been carried out on the various devices for the three working fluids, coupled with infrared visualizations, to deepen the understanding of the influence of the operating conditions: the filling ratio,power distribution and cold source temperature not only significantly influence performance but also the drying limit of the pulsating heat pipe.; Le caloduc oscillant est étudié depuis plus d'une vingtaine d'années, mais n'est utilisé, pour l'instant,que pour le refroidissement de composants électroniques. Il y a actuellement un engouement pour élargir l'utilisation de cette technologie au refroidissement d'équipements dissipatifs embarqués. Toutefois, malgré de nombreuses études expérimentales et numériques, Je comportement chaotique d'un caloduc oscillant rend difficile la prévision de son fonctionnement dans des conditions encore jamais rencontrées. Avant de pouvoir l'implémenter dans une application liée au transport, il est nécessaire de s'intéresser aux conditions sévères qu'un caloduc oscillant pourrait rencontrer dans un tel contexte.La présente étude porte sur la validation expérimentale de l'utilisation d'un caloduc oscillant sous diverses conditions sévères. Pour cela, un premier dispositif permet l'observation du comportement du caloduc oscillant lors de variations temporelles des conditions opératoires observées durant un trajet aérien type, ou durant La présence de vibrations mécaniques. Le caloduc oscillant prouve ainsi son utilisation possible dans ce contexte. Deux autres dispositifs permettent l'analyse des performances et limites de fonctionnement pour des puissances (8,4 kW) et densités de puissances thermiques (53 W/cm2) bien supérieures à ce qui est observé classiquement dans la littérature. L'eau s'est montrée le fluide. le plus propice à ces niveaux de puissances,comparée au pentane et au méthanol. Ces deux dispositifs permettent également l'observation du comportement lors d'une répartition uniforme ou non de la puissance thermique injectée sur différentes sources chaudes. Des études paramétriques ont été menées sur les différents dispositifs pour les trois fluides de travail, couplées à des visualisations infrarouges, et permettent d'approfondir la compréhension de l'influence des conditions opératoires: le taux de remplissage, la répartition de la puissance et la température de source froide influencent de façon importante non seulement les performances, mais aussi la limite d'assèchement du caloduc oscillant.

We experimentally study the behavior of liquid films - so called Landau-Levich films - when they evaporate in their pure vapor atmosphere.The dynamics of this film is a key parameter that rules out the functioning of Pulsating Heat Pipes (PHPs). PHPs are high conductive thermal links. Their heat transfert capability is known to be extremely high. For this reason they are promising for numerous industrial applications. Their geometry is simple. It is a capillary tube bent in several branches that meander between a hot part (called evaporator) and a cold part (called condenser), and filled up with a pure two-phase fluid. When the temperature difference between evaporator and condenser exceeds a certain threshold, gas bubbles and liquid plugs begin to oscillate spontaneously back and forth inside the tube and PHP starts transferring the heat.Our experimental setup features the simplest, single branch PHP. A liquid/vapor interface oscillates in a tube. It deposits a liquid film at each passage. We focus first on the mecanism which makes possible self-sustained interface oscillations and defines its frequency. The obtained motion equation accounts for the viscous dissipation caused by oscillatory flow. In existing PHP modelling, a laminar flow is supposed. Yet, our approach shows that the assumption of weakly inertial flow is preferable and leads to a dissipation rate twice larger that the Poiseuille flow.The experimental setup allows the film visualization. An original combination of optical measurement techniques lets us measure the film length, thickness and 3D-profile at all times. The film evolution has been measured during its whole lifetime. The film is nearly flat (its slope is smaller than 0,1°). The film length is of several centimeters, and the average thickness is 50 microns. Thus, along the total length, its thickness decreases by half. Under heating conditions, the film gradually recedes. A dewetting ridge is formed, near the triple contact line. Such a behavior is typical under non-wetting conditions. At the nanometric scale the contact angle between the liquid and the solid wall is very low. However, we measure a large apparent contact angle (visible at the millimetric scale) which increases with the wall superheating. Once this angle increases, the dewetting ridge is formed and the film recedes. The large apparent contact angle is explained by evaporation in the microscopic vicinity of the contact line. The measured apparent contact angle value agrees quantitatively with theoretical results obtained by other researchers., Nous étudions expérimentalement le comportement d'un film liquide, dit de Landau-Levich, lorsqu'il s'évapore dans une atmosphère constituée uniquement de sa vapeur.La dynamique de ce type de film est un paramètre-clef qui gouverne le fonctionnement des caloducs oscillant (en anglais PHP - Pulsating Heat Pipes). Les PHP sont des liens thermiques de forte conductance. Les recherches récentes leur attribuent un pouvoir de refroidissement très élevé, ce qui les rend particulièrement convoités par l'industrie. Leur géométrie est simple : il s'agit d'un tube capillaire enroulé en plusieurs branches entre une partie froide (condenseur) et une partie chaude (évaporateur). Le tube est rempli d'un fluide pur diphasique, c'est-à-dire présent sous la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide. Lorsque la différence de température entre l’évaporateur et le condenseur dépasse un certain seuil, les bulles et bouchons commencent à osciller dans le tube, entre les deux parties, ce qui permet au PHP de transférer la chaleur.Notre installation expérimentale représente un PHP dans sa configuration la plus simple, à branche unique. Une interface liquide-vapeur oscille dans un tube de section rectangulaire, et dépose un film liquide à chaque passage. Nous nous intéressons au mécanisme qui permet l'entretien de l'oscillation de l'interface, et fixe sa fréquence. L'équation de mouvement obtenue prend en compte la dissipation visqueuse engendrée par un écoulement oscillant. Dans les modèles actuels de PHP, l'hypothèse d'un écoulement de type Poiseuille est formulée. Or, notre approche montre que l'hypothèse d'un écoulement faiblement inertiel est mieux adaptée, conduit à une dissipation deux fois supérieure.Le dispositif expérimental permet l'observation du film. Une combinaison originale de méthodes optiques permet également de mesurer sa longueur et son épaisseur, et de reconstruire son profil 3D à chaque instant. Nous pouvons suivre l'évolution du film tout au long de sa durée de vie, et ainsi analyser son comportement dynamique. Le film est presque plat (pente inférieure à 0,1°). Sur toute sa longueur, qui est de quelques centimètres, cela correspond à une variation de son épaisseur de moitié, la valeur moyenne étant de 50 microns. Sous l'effet du chauffage, le film se rétracte progressivement. Dès le début de son évaporation, un bourrelet de démouillage est formé sur le pourtour du film, près de la ligne triple. L'apparition de ce bourrelet est caractéristique d'un démouillage visqueux sous conditions de non-mouillage. Ce comportement est surprenant, dans la mesure où nous avons choisi un fluide mouillant parfaitement la paroi en conditions isothermes. A l'échelle nanométrique, au plus près de la ligne triple, l'angle de contact entre le liquide et la paroi est donc très faible. Nous mesurons cependant un grand angle apparent (c'est-à-dire visible à l'échelle millimétrique), qui augmente avec la surchauffe de la paroi. Dès l'augmentation de cet angle, le bourrelet de démouillage se forme, et le film se rétracte. Ce phénomène est expliqué par l'évaporation à l'échelle microscopique. Les résultats expérimentaux sont en accord quantitatif avec la théorie développée par d'autres chercheurs.

The model of a single bubble moving in a capillary tube is written as a contribution to the modeling of Pulsating Heat Pipes. A constant heat load is considered at the wall, and the reference temperature of the problem is defined to be the outside medium temperature, which is closer to reality, and thus allowing the saturation temperature of the vapor phase to vary. Using domain perturbation techniques, a step-by-step resolution ofthe model is implemented, allowing minor physical effects to be taken into consideration,for example the inertial effect on the receding meniscus. A new correlation is proposed on the thickness of the liquid film deposited by the receding meniscus, by means of the capillary number and an evaporation number representing the thermal condition. The velocity and temperature fields in the liquid plug ahead of the meniscus can also be obtained. The resolution of the problem associated with the rear-end of the bubble,where the rear meniscus advances on either a micrometric liquid film or an adsorbed film left by the dry-out of the capillary wall, shows a corrugating liquid-vapor interface.The magnitude of these corrugations is strongly dependent on the value of the heat load applied at the wall. In the case of wall rewetting, the interface corrugations at the triple line are due to its displacement, and not to the thermal boundary condition. Because the evaporative mass flux through the liquid-vapor interface modifies the vapor bubble mass, a complete transient thermodynamical model of the bubble is implemented. In this case, the important parameters controlling the kinematics, dynamics and thermodynamics of the bubble were identified.; Dans le cadre d’une contribution à la modélisation des caloducs oscillants, le modèle mis en place se résume à une bulle seule se déplaçant dans un tube de dimension capillaire.Une densité volumique de chaleur est considérée dans la paroi du capillaire, et la température de référence considérée n’est pas la température de saturation de la phase vapeur,mais la température extérieure au tube ce qui permet la variation de la température de saturation dans le temps et une meilleur adéquation du modèle avec la réalité. La résolution du modèle est effectuée par étapes selon la technique de perturbation du domaine,et les effets physiques de moindres importances peuvent être ajoutés au problème simplifié, en particulier les effets inertiels. Cette résolution a permis de définir une nouvelle corrélation portant sur la hauteur de film déposé par le bouchon liquide en mouvement en fonction du nombre capillaire et d’un nombre d’évaporation représentant l’intensité du chargement thermique. Ce modèle permettra aussi d’étudier l’influence réciproque des champs de vitesse et de température sur le bouchon de liquide devant le ménisque en déplacement. La résolution du problème associé à la partie arrière de la bulle met en évidence la formation d’un bourrelet de liquide entre le film de liquide déposé à la paroi et le ménisque arrière. La taille de ce bourrelet est fortement dépendante de la densité de flux de chaleur imposée à la paroi. Dans le cas o`u le ménisque arrière remouille un film adsorbé laissé à la paroi après assèchement du film, la ligne triple présente des ondulations axiales dues à son déplacement, et non au chargement thermique. La densité de flux de masse évaporée à l’interface liquide-vapeur entraîne une modification non seulement de la température de saturation, mais aussi de la masse de la bulle. Un modèle thermodynamique de la phase vapeur a ´et´e mis en place pour étudier les paramètres importants influençant les variations temporelles des caractéristiques géométriques et thermodynamiques de la bulle.

Two-phase fluid capillary pumped loop (TFCPL) have been identified as heat transfers alternative solutionsfor thermal control of power electronics, in the context of ground transportation. A special gravityloop has been improved to adapt TFCPL capacity to these new terrestrial constraints. Experimentaland numerical investigations have proved the great potential of this kind of system and lead today toits upcoming industrial use.The aim is now to employ this new system as « thermal busbar ». A new experimental loop withthree parallel evaporators was built to go further into the earlier studies. Thanks to many measurementinstruments, the goal is to define steady and transient thermohydraulic responses to a power solicitationwith a mono- or multi-evaporators loop. Results highlight many coupling between evaporators, reservoirand condenser, especially during strong transient phases. The thermal control of power electronics, withdifferent range of thermal dissipation on several separate areas, is furthermore demonstrated.The developed modeling is based on nodal method. Transient thermohydraulic behaviour of the gravityloop is very well predicted by numerical results during nominal operating, with one or more evaporators.Even if evaporators and reservoir models are still simplified and depend on empirical identifications, theglobal model of the loop proves to be a great design and analysis tool.; Les boucles fluides diphasiques à pompage thermo-capillaire (BFDPT) ont été identifiées comme des solutions de transport de chaleur alternatives dans le contexte des transports terrestres, afin de répondre au contrôle thermique de l’électronique de puissance. Le développement d’une architecture particulière de boucle, mettant à profit la gravité, a été mené afin d’adapter la capacité des BFDPT à ces nouvelles contraintes. Les investigations expérimentales et numériques ont permis de montrer le fort potentiel de ce nouveau système et amènent aujourd’hui à sa future utilisation industrielle.La conception d’une nouvelle boucle expérimentale avec trois évaporateurs, en parallèle, a pour objectif d’élargir son utilisation comme « bus thermique ». Le banc expérimental, finement instrumenté, a pour but d’approfondir les études antérieures et de caractériser les réponses de cette boucle à une application de puissance, en régime permanent et transitoire, avec un ou plusieurs évaporateurs. L’analyse des résultats obtenus met en évidence les nombreux couplages entre évaporateurs, réservoir et condenseur,notamment lors de phases transitoires sévères, et confirme la capacité du système à gérer le contrôle thermique de l’électronique quelles que soient les puissances appliquées sur les différents composants.Les résultats du travail de modélisation, basée sur la méthode nodale, s’avèrent prédire correctement le comportement thermohydraulique transitoire de la boucle, en fonctionnement nominal, en mode mono ou multi-évaporateurs. Malgré une représentation des évaporateurs et du réservoir encore simplifiée et tributaire de l’expérience, le modèle se révèle être un très bon outil de dimensionnement et d’analyse.

The continuous increase of heat flux densities involved in aeronautic context, and their evacuation, represent a major issue nowadays. The solutions used until now are no longer sufficient to ensure the thermal maintenance of these systems, requiring new technologies. Among them, the pulsating heat pipe induces a growing interest. Thus, the French FUI project Optimal suggests employing this technology in order to optimize the cooling of new electric turbomachines. The work led in this PhD aims to evaluate the performances of such a system in this context, by experimental and numerical means.The experimental study which has been conducted consisted in the development of a prototype, starting from which experiments have been led. These tests allowed characterizing the thermal performances of the system through parametric investigations. Thereby, it has been observed an obvious improvement of these performances under some operating conditions, but also several particular behaviors. In addition to that approach, one adds a theoretical study based on the development of a numerical model. Given the complexity of the mechanisms governing the pulsating heat pipe’s operation, this model focuses on a simplified system, characterized by the motion of vapor bubble-liquid slug structure, in which a liquid film, deposited downstream, is subjected to evaporation. This model has conducted to highlight the physical phenomena associated to the thin film evaporation in a capillary tube, and to establish a cartography of its applicability fields, according to the considered assumptions.; L’augmentation permanente des densités de flux de chaleur mises en jeu, en contexte aéronautique notamment, et l’évacuation de celles-ci, constitue actuellement une problématique majeure pour les industriels du secteur. Les solutions de refroidissement utilisées jusqu’à aujourd’hui ne suffisent plus à assurer la tenue thermique de ces systèmes, nécessitant l’apport de nouveaux moyens. A ce titre, parmi les solutions existantes, le caloduc oscillant suscite un intérêt croissant de part ses nombreux avantages, comparé aux systèmes diphasiques classiques. C’est pourquoi le projet Optimal, dans lequel s’inscrivent ces travaux de thèse, se propose d’employer cette technologie dans le but d’optimiser le refroidissement de nouvelles turbomachines électriques. Le principe de fonctionnement du caloduc oscillant, simple au demeurant, recèle néanmoins des aspects encore peu maîtrisés. Cette thèse a donc pour objectif, d’une part, d’évaluer les performances d’un tel système dans ce contexte industriel et, d’autre part, d’apporter de nouveaux éléments visant à accroître la compréhension de son fonctionnement, par des moyens expérimentaux mais également numériques.Pour se faire, l’étude expérimentale réalisée au cours de ce projet a consisté au développement d’un prototype, à partir duquel des campagnes d’essais ont été effectuées. Ces essais ont permis de caractériser les performances du système au travers d’investigations paramétriques (fluide de travail, taux de remplissage, inclinaison, puissance injectée, température de source froide, boucle ouverte ou fermée). Il a ainsi pu être observé une amélioration évidente des performances plus spécifiquement sous certaines conditions opératoires, mais également des comportements particuliers liés au fonctionnement de ce système. A cette approche expérimentale s’ajoute une étude théorique basée sur le développement d’un modèle numérique. Face à la complexité des mécanismes thermo-physiques régissant le fonctionnement du caloduc oscillant, ce modèle s’intéresse à un système simplifié, caractérisé par le déplacement d’un système bulle de vapeur, bouchon liquide, dans lequel un film liquide déposé en aval est soumis à une évaporation. Le but ultime étant à terme de décrire précisément la dynamique de ce film liquide, ce modèle a conduit dans le cadre de cette thèse à mettre en évidence l’ensemble des phénomènes physiques associés à l’évaporation en film dans un tube capillaire, et d’établir une cartographie des domaines d’utilisation de ce modèle selon les hypothèses considérées, pour une utilisation ultérieure liée à l’identification expérimentale des paramètres de ce film.

Electrification of airplane approach lays on the increasing power electronics integration. Traditional cooling systems reach their maximal performance because of the high thermal dissipation of these components. Two-phase fluid capillary pumped loops appear among identified alternative solutions. This thesis aims at proposing a modeling approach of this king of system. A peculiar architecture of two-phase fluid capillary pumped loop, exploiting gravity thanks to relative position between its constitutive components which are the tank, the evaporator and the condenser, is firstly presented. Then a transient modeling approach which relies essentially on nodal method, homogenous fluid hypothesis and phase change management thanks to pressure and mass enthalpy instead of temperature, is proposed. The main weakness of this modeling is not to take into account hydraulic dynamic. Not only experimental validation has revealed the thermal estimation quality but also the incapacity of hydraulic behavior prediction. However, hydraulic phenomenon leads the loop functioning during transient states. Thus, un new model which traduces accurately the mechanical aspects is proposed. It relies on mass conservation, momentum and energy conservation equations solving using finite volumes method. Mass enthalpy, pressure and mass flow rate are considered as variables. Even if refining the evaporator and tank modeling would induce a better accuracy, the ability of this transient modeling to predict to thermohydraulic behavior of the loop is proved soon., La démarche d'électrification des avions repose sur l'intégration croissante d'électronique de puissance. En raison de l'importance de la dissipation thermique qu'elle génère, les systèmes de refroidissement traditionnels atteignent leurs limites. Parmi les solutions de transport de chaleur alternatives identifiées apparaissent les boucles diphasiques à pompage capillaire. Cette thèse en propose une démarche de modélisation. Après la présentation d'une boucle diphasique particulière mettant à profit la gravité grâce au positionnement relatif de ses organes principaux - réservoir, évaporateur et condenseur - une première modélisation du comportement transitoire est détaillée. Basée sur la méthode nodale et utilisant le solveur ESACAP, elle repose essentiellement sur l'hypothèse de fluide homogène et la représentation du changement de phase par une approche enthalpique. Au regard des temps caractéristiques des phénomènes, la dynamique hydraulique n'est pas appréhendée dans ce premier modèle. Un banc expérimental développé par ailleurs a permis de contrôler la qualité des comportements thermiques simulés mais aussi de pointer l'insuffisance des réponses hydrauliques de ce système. Pour des sollicitations sévères, les phénomènes hydrauliques deviennent prépondérants lors des régimes transitoires. Aussi, un second modèle basé sur une méthode de volumes finis associée à la résolution précise des équations de conservation a été bâti. Si une représentation affinée du réservoir et de l'évaporateur reste encore nécessaire, l'aptitude de cette modélisation à traduire le comportement hydraulique d'une boucle soumise à des conditions de fonctionnement sévères a pu être démontrée.

The development of hybrid vehicule technology among worldwide cars fleet leads car manufacturers such as PSA Peugeot-Citroën to take up new challenges. The on-board power electronics components are a significant source of heat power which must be evacuated in spite of conventional cooling systems limitations. In order to transcend these limitations, an innovative heat transfer device has been studied in this thesis : the capillary pumped loop for integrated power. A particular structure of this kind of device is presented, where relative positions of evaporator, reservoir and condenser allow gravity to play a major part in this loop operation. After a preliminary study where ethanol appeared to be the most adapted working fluid to this automotive application, a precisely instrumented test bench has been built with temperatures, absolute pressure and mass flow rate probes in order to analyse the loop response to heat power application in steady-state and transient operations. The contribution of pressure and mass flow rate measurements has notably appeared by the characterisation of particular flow regimes in the loop during transient operation. As much on thermal level as hydraulic level, the results obtained have allowed, on the one hand, to confirm this loop ability to ensure heat power evacuation by maintaining stable power electronics temperature for whatever power applied and, on the other hand, to open lot of control and sizing prospects for future loops design. The experiment results have also allowed to validate and identify at steady-state operation a nodal thermo-hydraulic modelling of loop built-up during this thesis. this global modelling is based in this context on an original approach using mass enthalpy as variable in addition of temperature and pressure to simulate phase-change phenomena. Even if this modelling remains dependent on experiment by two thermal conductances identification, it has allowed us to estimate the influence of gravity and external conditions on loop operation. Moreover, it offers sizing prospects for this kind of loop development on-board future hybrid vehicules., Le développement de la technologie du véhicule hybride au sein du parc automobile mondial place les constructeurs tels que PSA Peugeot-Citroën face à de nouvelles problématiques. L'intégration des modules d'électronique de puissance dans ce type de véhicule entraîne d'importantes dissipations thermiques qu'il est nécessaire d'évacuer alors que les systèmes de refroidissement conventionnels atteignent leurs limites. Dans ce but, un système innovant de transfert thermique passif fait l'objet de la présente thèse : la boucle diphasique à pompage thermocapillaire. Une architecture particulière de ce type de système est présentée, où les positions relatives de l'évaporateur, du réservoir et du condenseur permettent à la gravité de jouer un rôle de premier plan dans le fonctionnement de cette boucle. Une pré-étude ayant permis de sélectionner l'éthanol comme le fluide de travail le mieux adapté à cette application automobile, un banc expérimental finement instrumenté avec mesures de températures, pressions et débits a été mis en oeuvre pour caractériser la réponse de la boucle à une application de puissance en régimes de fonctionnement permanent et transitoire. L'apport des mesures de débit et de pression s'est notamment traduit en régime transitoire par la mise en évidence de phénomènes d'écoulement particuliers dans la boucle. Les résultats obtenus ont permis, tant sur les plans thermique qu'hydraulique, de confirmer d'une part leur potentiel de gestion de la dissipation thermique en maintenant la température de l'électronique stable quelle que soit la puissance appliquée et d'ouvrir d'autre part nombre de perspectives de contrôle et de dimensionnement pour la conception des futures boucles. Les données expérimentales obtenues ont également permis de valider et d'identifier en régime permanent un modèle nodal thermo-hydraulique de boucle développé dans le cadre de cette thèse. Ce modèle global est basé sur une approche originale, dans ce contexte, de modélisation du phénomène de changement de phase avec comme variable du calcul l'enthalpie en sus de la température et de la pression. Même si ce modèle reste tributaire de l'expérience par l'identification de deux conductances thermiques, il nous a permis d'apprécier en particulier l'influence de la gravité et des conditions d'environnement sur le fonctionnement de la boucle et ouvre également des perspectives de dimensionnement pour sa valorisation au sein de futurs véhicules hybrides.

The development of hybrid vehicule technology among worldwide cars fleet leads car manufacturers such as PSA Peugeot- Citroën to take up new challenges. The on-board power electronics components are a significant source of heat power which must be evacuated in spite of conventional cooling systems limitations. In order to transcend these limitations, an innovative heat transfer device has been studied in this thesis : the capillary pumped loop for integrated power. A particular structure of this kind of device is presented, where relative positions of evaporator, reservoir and condenser allow gravity to play a major part in this loop operation. After a preliminary study where ethanol appeared to be the most adapted working fluid to this automotive application, a precisely instrumented test bench has been built with temperatures, absolute pressure and mass flow rate probes in order to analyse the loop response to heat power application in steady-state and transient operations. The contribution of pressure and mass flow rate measurements has notably appeared by the characterisation of particular flow regimes in the loop during transient operation. As much on thermal level as hydraulic level, the results obtained have allowed, on the one hand, to confirm this loop ability to ensure heat power evacuation by maintaining stable power electronics temperature for whatever power applied and, on the other hand, to open lot of control and sizing prospects for future loops design. The experiment results have also allowed to validate and identify at steady-state operation a nodal thermo-hydraulic modelling of loop built-up during this thesis. this global modelling is based in this context on an original approach using mass enthalpy as variable in addition of temperature and pressure to simulate phase-change phenomena. Even if this modelling remains dependent on experiment by two thermal conductances identification, it has allowed us to estimate the influence of gravity and external conditions on loop operation. Moreover, it offers sizing prospects for this kind of loop development on-board future hybrid vehicules., Le développement de la technologie du véhicule hybride au sein du parc automobile mondial place les constructeurs tels que PSA Peugeot-Citroën face à de nouvelles problématiques. L'intégration des modules d'électronique de puissance dans ce type de véhicule entraîne d'importantes dissipations thermiques qu'il est nécessaire d'évacuer alors que les systèmes de refroidissement conventionnels atteignent leurs limites. Dans ce but, un système innovant de transfert thermique passif fait l'objet de la présente thèse : la boucle diphasique à pompage thermocapillaire. Une architecture particulière de ce type de système est présentée, où les positions relatives de l'évaporateur, du réservoir et du condenseur permettent à la gravité de jouer un rôle de premier plan dans le fonctionnement de cette boucle. Une pré-étude ayant permis de sélectionner l'éthanol comme le fluide de travail le mieux adapté à cette application automobile, un banc expérimental finement instrumenté avec mesures de températures, pressions et débits a été mis en oeuvre pour caractériser la réponse de la boucle à une application de puissance en régimes de fonctionnement permanent et transitoire. L'apport des mesures de débit et de pression s'est notamment traduit en régime transitoire par la mise en évidence de phénomènes d'écoulement particuliers dans la boucle. Les résultats obtenus ont permis, tant sur les plans thermique qu'hydraulique, de confirmer d'une part leur potentiel de gestion de la dissipation thermique en maintenant la température de l'électronique stable quelle que soit la puissance appliquée et d'ouvrir d'autre part nombre de perspectives de contrôle et de dimensionnement pour la conception des futures boucles. Les données expérimentales obtenues ont également permis de valider et d'identifier en régime permanent un modèle nodal thermo-hydraulique de boucle développé dans le cadre de cette thèse. Ce modèle global est basé sur une approche originale, dans ce contexte, de modélisation du phénomène de changement de phase avec comme variable du calcul l'enthalpie en sus de la température et de la pression. Même si ce modèle reste tributaire de l'expérience par l'identification de deux conductances thermiques, il nous a permis d'apprécier en particulier l'influence de la gravité et des conditions d'environnement sur le fonctionnement de la boucle et ouvre également des perspectives de dimensionnement pour sa valorisation au sein de futurs véhicules hybrides.

Heat pipes are highly efficient devices thanks to the use of latent enthalpy of a fluid at saturation state characterizing the liquid/vapour phase change. They can transfer heat flux maintaining little temperatures gradients. Thanks to their reliability, their autonomy and their little size, they are more and more used in many applications. The better understanding of physical phenomena interfering in these systems requires an accurate numerical modelling of heat and mass transfers. This thesis particularly focuses on the transfers modelling in two main different technologies: grooved heat pipes and rotating heat pipes. In a first chapter, a general description of heat pipes is exposed. The second chapter focuses on the description of the physical phenomena occurring in such devices. In grooved heat pipes, important part of the heat flux injected goes through a little region called micro-region. It is localized at the top of the grooves in the evaporator. A model of this region is presented where original results are exposed; correlations are notably proposed to characterize precisely this zone in a macroscopic model of evaporator. The model used here is then adapted to the description of heat and mass transfer through the liquid film along a rotating heat pipes. The results obtained permits to show the influence of the different operating conditions on the heat pipe performances. Finally, thanks to software developed by the CEA-Grenoble, Trio U, first characterisations of the behaviour of liquid/vapour interface are done for simple two phase flows. This study will permit, in the future, to complete the previous modellings: the final aim is to develop a complete thermo-hydraulic model of heat pipe., Les caloducs permettent, au sein des équipements dans lesquels ils sont intégrés, de transférer de grandes quantités de chaleur en utilisant l'enthalpie de changement de phase d'un fluide à l'état de saturation. Ils garantissent ainsi de faibles gradients de températures. Grâce à leur fiabilité, leur autonomie et leur encombrement réduit, les caloducs sont des technologies dont le développement est en plein essor. La compréhension de la physique mise en jeu dans ces systèmes requiert une modélisation numérique fine des phénomènes régissant les transferts de masse et de chaleur qui s'y produisent. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement à la modélisation des échanges au sein des deux technologies particulières que sont les caloducs à pompage capillaire à rainures axiales et les caloducs tournants. Ce mémoire fournit d'abord, dans les deux premiers chapitres, une présentation générale des caloducs et des phénomènes physiques intervenant dans leur fonctionnement. Suit, une caractérisation complète de la micro-région située en haut des rainures des évaporateurs de caloducs rainurés. Cette région constitue une zone d'échange privilégiée. Des résultats originaux sont mis en évidence et sont établies, en particulier, des corrélations permettant de modéliser précisément cette micro-région au sein de modèles macroscopiques d'évaporateur. Le modèle utilisé pour la description de la micro-région est ensuite étendu à la caractérisation des transferts de masse et de chaleur au sein du film de liquide le long d'un caloduc tournant. Les résultats permettent alors de quantifier l'influence de certaines conditions de fonctionnement du caloduc sur ses performances. Enfin, à l'aide du code Trio_U développé au CEA-Grenoble, de premières caractérisations de comportement à l'interface liquide/vapeur sont effectuées pour des situations d'écoulements simples avant d'envisager d'étendre nos premiers travaux à la modélisation thermo- hydraulique d'un caloduc complet.