Contribution à l'étude des transferts thermiques à l'échelle nanométrique : interaction pointe-surface

A contribution to the study of nanoscale heat transfer

• Auteur / Autrice : Pierre-Olivier Chapuis
• Direction : Jean-Jacques Greffet, Sebastian Volz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Serge Reynaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Urs Duerig
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Carsten Henkel, Bernard Perrin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dipôles magnétiques

Nanoparticules

Nanotechnologie

Résumé

Cette thèse aborde la problématique des transferts de chaleur dans les micro et nanoystèmes. La première partie concerne la conduction thermique dans l'air. La microscopie à force atomique thermique dite SThM est présentée, et la sonde résistive Wollaston est analysée afin de pouvoir être utilisée à haute température. Les pertes thermiques de la sonde dans l'air environnant sont mesurées en fonction de la pression. L'échange thermique entre la sonde chaude et un échantillon froid est déterminé en fonction de la distance pointe-échantillon. Une modélisation simple de l'expérience, avec des lignes de flux parallèles, tend à démontrer un comportement qui dévie de la diffusion thermique de Fourier. Une étude numérique mettant en jeu une pointe pyramidale nanométrique est ensuite effectuée à l'aide d'une méthode de Monte-Carlo dans le but d'analyser le transport thermique balistique. La seconde partie aborde le rayonnement thermique de champ proche entre les corps métalliques. Il apparaît que le transfert radiatif est différent de celui des matériaux polaires lorsque les distances entre deux corps sont nanométriques. Ceci n'est pas dû à un phénomène modélisable avec l'optique non-locale. Le flux est en fait essentiellement d'origine magnétique et met en jeu des courants de Foucault stochastiques, pris en compte par la contribution dipolaire magnétique dans le cas d'une nanoparticule. Une longueur caractéristique du transfert est l'épaisseur de peau. Elle permet notamment d'expliquer une expérience récente. La possibilité de mesurer le rayonnement de champ proche avec le microscope SThM est également évaluée.