Effets de taille et de concentration sur les propriétés thermiques et rhéologiques des nanofluides

Effects of size and concentration on the thermals and rheologicals properties of nanofluids

• Auteur / Autrice : Abdellah Hadaoui
• Direction : Marie-Louise Saboungi, El Hassani Lahcen Ameziane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 16/12/2010
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche sur la matière divisée - Centre de Recherche sur la Matière Divisée
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Flyiou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Louise Saboungi, El Hassani Lahcen Ameziane, Mohammed Flyiou, Christophe Josserand, Gerald Lelong, Rodolphe Heyd, Abdelaziz Koumina
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Josserand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Rhéologie

Propriétés thermiques

Nanofluides

Mots clés libres

Système Cu2O/Glycérol

Conductivité thermique

Méthode 3ω

Cu2O/glycerol system

Thermal conductivity

3ω method

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse porte sur la synthèse et les caractérisations thermiques et rhéologiques d’un nouveau type de nanofluide : le système Cu2O/Glycérol. La caractérisation est faite en fonction de la taille des particules mises en suspension, de la température et de la fraction volumique solide. Ce travail a nécessité la synthèse des nanoparticules et des nanofluides par la méthode de décomposition thermique des précuseurs organométalliques, qui présente un bon rendement en quantité de nanoparticules (17%). Et le montage d’un dispositif de caractérisation thermique utilisant la méthode 3ω. Finalement, nous avons passé à la caractérisation rhéologique et thermique de ces échantillons. Les résultats obtenus avec ce nouveau système sont intéressants, car l’augmentation de la conductivité thermique atteint des valeurs importantes : 120% et 35% respectivement pour des fractions volumiques aussi faibles que 0,625% et 0,078% de nanoparticules de 7 nm de diamètre, sans influence notable sur la viscosité du fluide hôte, permettant une bonne amélioration du bilan énergétique total. Nous avons observé que la concentration et la taille (surface) des nanoparticules sont des paramètres clefs du comportement de la conductivité thermique effective du nanofluide Cu2O/Glycérol. Nos mesures nous ont permis de déduire la prédominance des modifications de la surface des nanoparticules (par fonctionnalisation ou par réaction chimique secondaire) sur le mouvement brownien dans les transferts thermiques nanoparticules/ fluide hôte.

The work presented in this thesis involves the synthesis and thermal and rheological characterization of a new type of nanofluid : the Cu2O/glycerol system. The characterization was carried out as a function of the size of the particles in suspension, the temperature and the volume fraction of nanoparticles. The nanoparticles and nanofluids were synthesised by the thermal decomposition method, providing a good yield of nanoparticles (17%). Apparatus for thermal measurements using the 3ω method was constructed, and rheological and thermal characterization was carried out. Significant increases in thermal conductivity were observed : 120% and 35% for volume fractions as low as 0.625% and 0.078%, respectively, of 7-nm-diameter nanoparticles, without noticeable effect on the viscosity of the host fluid, leading to a considerable improvement in the energy content.We found that the concentration and surface area of the nanoparticles are key parameters influencing the behaviour of the effective thermal conductivity of the nanofluid. Surface modification of the nanoparticles by functionalization or secondary chemical reactions has a profound effect on the Brownian motion in the heat transfer between nanoparticles and fluid host.