Détermination des paramètres radiatifs d'un isolant fibreux : théorie de Mie, oscillateurs de Lorentz et méthode inverse

par Arnaud Milandri

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Gérard Jeandel.

Soutenue en 2000

à Nancy 1 , en partenariat avec Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse est consacré à l'étude des propriétés radiatives d'isolants fibreux formés de fibres de silice. La détermination de ces propriétés est essentielle en vue de la modélisation du transfert thermique. Deux approches sont utilisées pour caractériser les milieux. Une première approche est une méthode basée sur l'étude de l'interaction rayonnement matière via la théorie de MIE. Le modèle obtenu ne dépend alors que de paramètres optiques (indices de la silice) et morphologiques (diamètre et orientation des fibres, masse volumique de l'isolant). Des simulations numériques permettent d'insister sur le caractère fortement anisotrope de la diffusion du rayonnement par une fibre et d'étudier l'influence de différents paramètres sur les propriétés radiatives du milieu. L'utilisation du modèle des oscillateurs de LORENTZ permet de faire le lien entre les modes de vibration au sein de la silice et les propriétés du milieu vis à vis du rayonnement. Les résultats de la théorie de MIE rendent possible la simulation numérique du transfert de chaleur couplé par rayonnement et conduction. La seconde approche est une méthode inverse basée sur des mesures expérimentales de réflexion et transmission bidirectionnelles. Des échantillons de laine de silice et de tissu sont étudiés en utilisant un dispositif formé d'un système goniométrique et d'un monochromateur à réseaux. La méthode inverse permet, par le biais d'un modèle de moindres carrés, de déterminer les propriétés radiatives du milieu : albédo, épaisseur optique et coefficients de la fonction de phase. Un nouveau modèle de fonction de phase formé de fonctions de HENYEY et GREENSTEIN associées à une fonction de LORENTZ est utilisé. Nos résultats issus de la méthode inverse sont proches de ceux que nous avons obtenus par la théorie de MIE. Les écarts proviennent de l'hétérogénéité du milieu, du protocole expérimental et du modèle nécessairement simple pour identifier un nombre réduit de paramètres en méthode inverse.


  • Résumé

    This work is devoted to the study of the radiative properties of fibrous media formed by silica fibre. The determination of these properties is essential in order to make a modelisation of thermal transfer. Two approaches are used to characterise the media. A first approach is a method based on the study of the interaction between matter and radiation using the MIE theory. The model obtained depends only on optical parameters (indices of silica) and on morphological parameters (diameter and orientation of fibres, density of the medium). Simulations make it possible to insist on the strongly anisotropie behaviour of the scattering of the radiation by a fibre and to study the influence of various parameters on the radiative properties of the medium. The use of the model of LORENTZ oscillators enables to establish the link between the modes of vibration within the silica and the properties of the medium with respect to the radiation. The results of the MIE theory make possible the simulation of the heat transfer coupled by radiation and conduction. The second approach is an inverse method based on experimental measurements of bidirectional reflection and transmission. Silica wool and fabric samples are studied by using an apparatus formed by goniometric device and a monochromator with gratings. The inverse method allows, by the means of a model of least squares, the determination of the radiative properties of the medium: albedo, optical thickness and coefficients of the phase function. A new model of phase function taking into account HENYEY and GREENSTEIN functions associated with a LORENTZ function is used. Our results achieved with the inverse method are close to those obtained by the MIE theory. The variations come from the heterogeneity of the medium, the experimental protocol and the necessarily simple model to identify a reduced number of parameters in inverse method.

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  • Détails : 1 vol. (243 p.)
  • Annexes : 86 ref.

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