Nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température : De l'élaboration au développement de méthodes de caractérisation thermique de matériaux conducteurs orthotropes.

Cette thèse a été effectuée dans le cadre des projets DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français) qui visent à concevoir et étudier de nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C). Elle est scindée en deux parties distinctes. La première partie détaille les travaux relatifs à l'élaboration et la caractérisation thermique de ces nouveaux composites. On y présente les différentes voies d'élaboration des composites (dispersion, compression uniaxiale, isostatique) associées aux différents types de graphite (graphite naturel expansé (GNE), graphite synthétique) investigués au cours de cette thèse. On y retrouve également les résultats liés à la campagne de caractérisation thermique de ces composites permettant de mettre en exergue l'impact du graphite sur les propriétés conductrices des matériaux étudiés. A partir de ces résultats, des études de modélisation de l'évolution de la conductivité thermique ont pu être entrepris afin d'approfondir la compréhension de l'effet du graphite (quantité, taille de particules) sur la conductivité effective des composites.La deuxième partie présente essentiellement les dispositifs de caractérisation thermique et les modèles thermocinétiques associés qui ont du être développés et adaptés aux spécificités des matériaux nouvellement élaborés. Cela concerne principalement les matériaux élaborés par compression, matériaux difficilement reproductible et possédant des propriétés orthotropes. La caractérisation de ce type de matériaux s'avère très délicate et pour le moins fastidieuse. C'est pourquoi nous nous sommes attachés à développer et adapter les moyens de caractérisation existants afin de permettre la caractérisation thermique complète d'un matériau conducteur orthotrope à partir d'une seule mesure sur un seul échantillo

Nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température : De l'élaboration au développement de méthodes de caractérisation thermique de matériaux conducteurs orthotropes.

This PhD is carried out within the framework of DISTOR (European) and HTPSTOCK (French) projects, which have for objective to conceive and study new graphite/salt composites dedicated to high temperature energy storage (>200°C). It is split into two distinct part.The first one focused mainly on works linked with elaboration and thermal characterisation of these new composites. The different composites ways of elaboration (Dispersion, uniaxial compression, isostatic) associated to the different kind of graphite (Natural expanded graphite (ENG), synthetic graphite) investigated during the PhD are presented. The results of the thermal characterization campaign of these composites are also presented and permit to highlight the impact of graphite in the thermal behaviour of studied materials. Based on these results, modelling studies of the evolution of the thermal conductivity have been undertaken to deepen the understanding of the effect of graphite (quantity, size of particles) on the effective conductivity composites.The second one describes the thermal characterization devices and associated thermo-kinetics models which had to be developed and adapted to the specificities of newly developed materials. This concerns mainly the materials prepared by compression, which present orthotropic properties and are difficult to reproduce. So, the characterization of this kind of material is very difficult and tedious. That is why we are committed to develop and adapt existing methods of characterization to allow the complete thermal characterisation of an orthotropic conductive material from a single experimentation on a single sample.Cette thèse a été effectuée dans le cadre des projets DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français) qui visent à concevoir et étudier de nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C). Elle est scindée en deux parties distinctes. La première partie détaille les travaux relatifs à l'élaboration et la caractérisation thermique de ces nouveaux composites. On y présente les différentes voies d'élaboration des composites (dispersion, compression uniaxiale, isostatique) associées aux différents types de graphite (graphite naturel expansé (GNE), graphite synthétique) investigués au cours de cette thèse. On y retrouve également les résultats liés à la campagne de caractérisation thermique de ces composites permettant de mettre en exergue l'impact du graphite sur les propriétés conductrices des matériaux étudiés. A partir de ces résultats, des études de modélisation de l'évolution de la conductivité thermique ont pu être entrepris afin d'approfondir la compréhension de l'effet du graphite (quantité, taille de particules) sur la conductivité effective des composites.La deuxième partie présente essentiellement les dispositifs de caractérisation thermique et les modèles thermocinétiques associés qui ont du être développés et adaptés aux spécificités des matériaux nouvellement élaborés. Cela concerne principalement les matériaux élaborés par compression, matériaux difficilement reproductible et possédant des propriétés orthotropes. La caractérisation de ce type de matériaux s'avère très délicate et pour le moins fastidieuse. C'est pourquoi nous nous sommes attachés à développer et adapter les moyens de caractérisation existants afin de permettre la caractérisation thermique complète d'un matériau conducteur orthotrope à partir d'une seule mesure sur un seul échantillo

Nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique a haute température (de l'élaboration au développement de méthodes de caractérisation thermique de matériaux conducteurs orthotropes)

Cette thèse a été effectuée dans le cadre des projets DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français) qui visent à concevoir et étudier de nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température (>200C). Elle est scindée en deux parties distinctes. La première partie détaille les travaux relatifs à l'élaboration et la caractérisation thermique de ces nouveaux composites. On y présente les différentes voies d'élaboration des composites (dispersion, compression uniaxiale, isostatique) associées aux différents types de graphite (graphite naturel expansé (GNE), graphite synthétique) investigués au cours de cette thèse. On y retrouve également les résultats liés à la campagne de caractérisation thermique de ces composites permettant de mettre en exergue l'impact du graphite sur les propriétés conductrices des matériaux étudiés. A partir de ces résultats, des études de modélisation de l'évolution de la conductivité thermique ont pu être entrepris afin d'approfondir la compréhension de l'effet du graphite (quantité, taille de particules) sur la conductivité effective des composites. La deuxième partie présente essentiellement les dispositifs de caractérisation thermique et les modèles thermocinétiques associés qui ont du être développés et adaptés aux spécificités des matériaux nouvellement élaborés. Cela concerne principalement les matériaux élaborés par compression, matériaux difficilement reproductible et possédant des propriétés orthotropes. La caractérisation de ce type de matériaux s'avère très délicate et pour le moins fastidieuse. C'est pourquoi nous nous sommes attachés à développer et adapter les moyens de caractérisation existants afin de permettre la caractérisation thermique complète d'un matériau conducteur orthotrope à partir d'une seule mesure sur un seul échantillon.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

On the Influence of the Sample Absorptivity when Studying the Thermal Degradation of Materials

The change in absorptivity during the degradation process of materials is discussed, and its influence as one of the involved parameters in the degradation models is studied. Three materials with very different behaviors are used for the demonstration of its role: a carbon composite material, which is opaque, almost grey, a plywood slab, which is opaque and spectral-dependent and a clear PMMA slab, which is semitransparent. Data are analyzed for virgin and degraded materials at different steps of thermal degradation. It is seen that absorptivity and emissivity often reach high values in the range of 0.90–0.95 with a near-grey behavior after significant thermal aggression, but depending on the materials of interest, some significant evolution may be first observed, especially during the early stages of the degradation. Supplementary inaccuracy can come from the heterogeneity of the incident flux on the slab. As a whole, discrepancies up to 20% can be observed on the absorbed flux depending on the degradation time, mainly because of the spectral variations of the absorption and up to 10% more, depending on the position on the slab. Simple models with a constant and unique value of absorptivity may then lead to inaccuracies in the evaluation of the radiative flux absorption, with possible consequences on the pyrolysis analysis, especially for properties related to the early step of the degradation process, like the time to ignition, for example

A small network model to predict wildland fire dynamics at laboratory scale

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Radiative attenuation by water sprays for fire safety

International audienceSince the late1980’s and the Montreal protocol on substances that deplete the ozone layer, fire safety has to replace halon compounds used for fire protection systems. As water is a well-known candidate, a significant amount of research has been carried out since and especially from present authors on water sprays/mists for radiative shielding [1-3]. Usually, the radiation comes from fire flames or high temperature walls and water curtains are then used for either firefighting or for protection of equipment and people. The present study is part of this framework and aims at assessing the radiative attenuation provided by various sprays investigated in the frame of French-Ukrainian cooperation. For the present work three different spraying devices were used: a full cone nozzle TG-1 (delivering 0.86 L.min-1under 4 bars) and two equivalent “sprinklers”with respective nozzle discharge coefficient (K-factor) of 4.45 and 13.6 L.min-1.bars-1/2. An experimental system was built up for the radiative attenuation investigations. It includes an extended blackbody used as the radiation source, a coupled FTIR spectrometer / IR camera for the infrared analysis and a pressurized vessel for the water delivery to the nozzle. The incident radiation coming from the blackbody crosses the water curtain and is then attenuated (due to absorption and scattering by droplets and vapour in air) during its path through the spray. The transmitted signal is finally recorded by the camera and the spectrometer. Nozzles were tested at various pressures suitable and flow rates. Attenuation measurements were conducted at several distances from the injection point. Experimental results were then compared to numerical results provided by the BERGAMOTE code developed by the authors. This code is used for the prediction of the radiation attenuation throughout a water spray by combining (1) an Eulerian-Lagrangian approach to simulate the two phase flow made of droplets and air, and (2) a Monte Carlo method to calculate the radiation attenuation by the resulting participating medium. A series of parameters and phenomena is involved in the simulation as input data, including droplet size distribution, flow rate, radiative properties of the spray, evaporation, turbulence and heat transfer. Therefore, the characteristics of the nozzles were determined first in terms of velocity and droplet size distribution using a two-dimensional PDPA device and an optical microscopy. The communication will present all the results obtained during our experimental campaign and the analysis of the attenuation ability of the present water mists in relation with their characteristic

Experimental tools applied to the ignition study of spruce wood under cone calorimeter

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Study of ignition and extinction of spruce glulam exposed to a radiative flux

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Large scale study of the interactions between sprinklers and natural smoke vent

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Experimental tools applied to ignition study of spruce wood under cone calorimeter

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