Modélisation de la cinétique de cristallisation d’un matériau à changement de phase dopé en conductivité par méthode inverse

Un matériau composite à base d’une structure conductrice de Graphite Naturel Expansé (GNE), et de Matériau à Changement de Phase (MCP) de type paraffine RT70 HC, dédié pour le stockage de la chaleur latente est présenté dans cette communication. La particularité de ce MCP est qu’il possède une surfusion et une cristallisation présentant deux transformations différentes. Et, afin de modéliser correctement le changement de phase de ce type de MCP, un terme source est ajouté à l’équation de l’énergie. Ce terme source est exprimé avec la forme différentielle de Nakamura pour prédire la cinétique de cristallisation de chaque transformation du MCP. Pour la première transformation, l’identification des paramètres de ce modèle a été obtenue à l’aide de la DSC. Pour la deuxième transformation, seule une plage de températures restreinte et incomplète a pu être étudiée par DSC. En dehors de cet intervalle de température, la transformation était observée hors isotherme empêchant la détermination des paramètres de cinétique. Pour contourner cet écueil, ces paramètres sont identifiés à l’aide d’une méthode inverse basée sur des résultats expérimentaux. Pour cela, un dispositif expérimental qui permet de chauffer et refroidir un échangeur-stockeur de type lit fixe a été développé. Le lit fixe est composé de cylindres de GNE-MCP, encapsulés d’aluminium dont deux cylindres ont été instrumentés. Un modèle numérique du changement de phase de ce matériau développé sous Comsol Multiphysics est utilisé pour la simulation du transfert thermique et une méthode inverse est développée sous Matlab pour l’identification des inconnues du système. Les valeurs trouvées des coefficients de cinétiques seront confrontés aux résultats trouvées à l’aide de la DSC et la méthode d’extrapolation. Ce système est utilisé pour la détermination de l’évolution de la cinétique de cristallisation de la deuxième transformation. Enfin, ce dispositif et son modèle numérique sont utilisés pour valider le comportement thermique du matériau, en particulier pendant la phase de solidification.