Réalisation d’un fluxmètre thermique à gradient tangentiel de température à paroi auxiliaire textile intégrant des fils thermoélectriques : application à la mesure des transferts thermiques et hydriques

Realization of a heat flow meter tangential temperature gradient with a textile auxiliary wall by integrating thermoelectric wires : application for the measurement of heat and mass transfers

• Auteur / Autrice : Hayriye Gidik
• Direction : Daniel Dupont, Gauthier Bedek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, Energétique, Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 14/12/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vêtements de sport

Design

Vêtements de protection

Thermorégulation

Évapotranspiration

Transfert de chaleur

Thermoélectricité

Textiles intelligents

Conception et construction

Fluxmètres

Mots clés libres

Transfert hydrique

Equipement Protection Individuel des pompiers

Résumé

Après un état de l’art sur l’ensemble des fluxmètres thermiques existants, il a été mis en évidence qu’aucun n’est capable d’analyser le couplage des transferts thermiques et hydriques à cause de leurs imperméabilités. De plus leur semi rigidité les contraint à être utilisés sur des surfaces planes et statiques. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’élaborer un fluxmètre thermique à gradient tangentiel de température à paroi auxiliaire textile (ou fluxmètre thermique textile). Grâce à sa porosité et souplesse, ce fluxmètre thermique textile est capable de mesurer le couplage des transferts thermiques et hydriques avec une perturbation minimale et également d’épouser des formes gauches et déformables. Trois procédés ont été utilisé pour la production des fluxmètres thermiques textiles : une thermopile a été réalisée avec la technologie des électrodes plaquées avec deux méthodes différentes, à savoir additive ou soustractive, et celui-ci a été inséré dans la paroi auxiliaire textile pendant le tissage de cette paroi avec deux orientations différents, à savoir en chaine ou en trame. De plus, l’influence de la paroi auxiliaire textile sur la performance du fluxmètre thermique textile a été étudiée. Deux matériaux différents, à savoir un hydrophile et un hydrophobe, et deux armures différentes, à savoir l’une avec des aspérités et l’autre avec une surface lisse, ont été comparés. Parmi tous les fluxmètres thermiques textiles et références, le fluxmètre thermique conçu avec un matériau hydrophile et une surface lisse donne une sensibilité plus importante. Celle-ci peut être expliquée par sa résistance thermique élevée et son contact optimisé avec la surface de mesure. Il a été observé que le fluxmètre thermique textile avec un matériau hydrophobe est moins influencé par la mesure du couplage des transferts.

After a state of the art on existing heat fluxmeters, it has been demonstrated that they aren’t able to measure the coupling between heat and mass transfers because of their impermeability. Moreover, they can be used just for flat and static surfaces because of their semi rigidity. Thus, the objective of this study is to develop a heat flow meter tangential temperature gradient with a textile auxiliary wall (textile heat fluxmeter). It is able to measure the coupling between heat and mass transfers with a minimum perturbation and it can be used for complex surfaces due to its porosity and flexibility. Three different processes were used to develop textile heat fluxmeters: a thermopile was realized with electroplating technology with two different methods, i.e. additive or subtractive, and it was inserted into the textile auxiliary wall during the weaving process with two different orientations, i.e. weft and warp. Moreover, the influence of the textile auxiliary wall on the textile heat fluxmeters’ performance was studied. Two different materials, i.e. a hydrophilic and a hydrophobic, and two different weaving structures, i.e. with a rough surface and with a flat surface, were compared. Among all the textile and reference heat fluxmeters, the textile heat fluxmeter with hydrophilic material and flat surface gives the highest sensitivity. This can be explained by its higher thermal resistance and optimized contact with the measuring unite. It was observed that the textile heat fluxmeter with hydrophobic material is less influenced by the measurement of the coupling between heat and mass transfers: its behavior is less modified by humidity.