"Mod\u00E9lisation \u00E9nerg\u00E9tique et exerg\u00E9tique, simulation et optimisation des moteurs Stirling \u00E0 faible diff\u00E9rence de temp\u00E9ratures, confrontations avec l'exp\u00E9rience" . "Th\u00E8ses et \u00E9crits acad\u00E9miques" . "Mod\u00E9lisation \u00E9nerg\u00E9tique et exerg\u00E9tique, simulation et optimisation des moteurs Stirling \u00E0 faible diff\u00E9rence de temp\u00E9ratures, confrontations avec l'exp\u00E9rience" . . . . . . . "2008" . "\\\"Les moteurs alternatifs de type Stirling, sont des moteurs \u00E0 \\\"air chaud\\\" qui ont la particularit\u00E9 d'\u00EAtre \u00E0 apport de chaleur externe. Capables d'une grande souplesse d'adaptation et d\u2019utiliser des sources de chaleur vari\u00E9es, ils constituent, dans l'optique du d\u00E9veloppement durable, une alternative \u00E0 prendre en compte pour une conversion efficace des chaleurs perdues, de l\u2019\u00E9nergie solaire et des bio-\u00E9nergies en travail m\u00E9canique. En plus de leur rendement th\u00E9orique \u00E9gal \u00E0 celui de Carnot, ils sont capables de fonctionner avec une faible diff\u00E9rence des temp\u00E9ratures de leurs deux r\u00E9servoirs de chaleur (Low Temperature Differential : LTD). Ils peuvent ainsi r\u00E9cup\u00E9rer et convertir en travail les chaleurs perdues dans les proc\u00E9d\u00E9s industriels ou dans les machines thermiques. Leur configuration g\u00E9om\u00E9trique peut \u00EAtre tr\u00E8s simple : 2 volumes variables reli\u00E9s par une conduite. Cette th\u00E8se porte sur l\u2019\u00E9tude des moteurs Stirling \u00E0 faible diff\u00E9rence des temp\u00E9ratures, en particulier leur mod\u00E9lisation, leur simulation \u00E0 0, 1 ou 2 dimensions, leur optimisation et la comparaison avec les r\u00E9sultats de l\u2019exp\u00E9rience. L\u2019\u00E9tude a \u00E9t\u00E9 d\u00E9compos\u00E9e comme suit : - une analyse \u00E9nerg\u00E9tique du cycle moteur de Stirling, selon la thermodynamique \u00E0 \u00E9chelle finie (TEF), avec des r\u00E9servoirs infinis (temp\u00E9ratures constantes des sources, chaude et froide) a \u00E9t\u00E9 entreprise et a d\u00E9bouch\u00E9 sur la mise en \u00E9vidence de grandeurs caract\u00E9ristiques, dimensionn\u00E9es ou non, et sur une optimisation sous contraintes physiques (pmax, Vmax, Tmax, \u2026). - une analyse \u00E9nerg\u00E9tique, entropique et exerg\u00E9tique des \u00E9changeurs chaud et froid, s\u00E9par\u00E9ment, puis globale du moteur a \u00E9t\u00E9 pr\u00E9sent\u00E9e. Cette nouvelle analyse a \u00E9t\u00E9 r\u00E9alis\u00E9e toujours selon la TEF mais en consid\u00E9rant des r\u00E9servoirs finis (temp\u00E9ratures variables au niveau des sources). Des mod\u00E8les d\u2019optimisation du fonctionnement du moteur ont \u00E9t\u00E9 d\u00E9velopp\u00E9s, avec une contrainte sur la surface totale d\u2019\u00E9change de chaleur des \u00E9changeurs. L\u2019approche utilis\u00E9e a permis de montrer l\u2019influence de la surface finie et des capacit\u00E9s finies des \u00E9changeurs sur l\u2019optimum de fonctionnement de la machine et de d\u00E9finir la distribution optimale de la surface d\u2019\u00E9change entre les \u00E9changeurs de chaleur. - un mod\u00E8le num\u00E9rique 0-D d\u00E9crivant l\u2019\u00E9volution des variables (pression, volumes, masses, \u00E9nergies \u00E9chang\u00E9es, irr\u00E9versibilit\u00E9s\u2026) en fonction de l\u2019angle de vilebrequin dans le cas d\u2019un moteur LTD a \u00E9t\u00E9 d\u00E9velopp\u00E9 en respectant les hypoth\u00E8ses de Schmidt : temp\u00E9ratures constantes dans les espaces chaud et froid et pression instantan\u00E9e uniforme du gaz de travail. Ce mod\u00E8le fournit les bilans \u00E9nerg\u00E9tique, entropique et exerg\u00E9tique, dans les espaces chaud (d\u00E9tente), froid (compression) et de r\u00E9g\u00E9n\u00E9ration. - une simulation dynamique 1-D satisfaisante a \u00E9t\u00E9 faite \u00E0 l\u2019aide d\u2019un logiciel du commerce (AMESim), mais cette fois-ci sans aucune hypoth\u00E8se r\u00E9ductrice sur les temp\u00E9ratures et les pressions. - une simulation 2-D plus compl\u00E8te des transferts d'\u00E9nergies, de quantit\u00E9 de mouvement et de masse des \u00E9coulements compressibles a \u00E9t\u00E9 r\u00E9alis\u00E9e avec un logiciel multiphysique \u00E0 maillage mobile (COMSOL) dans le cas de ce m\u00EAme moteur LTD, en supposant la r\u00E9g\u00E9n\u00E9ration nulle. Cette simulation nous a permis d'obtenir les valeurs instantan\u00E9es des variables locales en r\u00E9gime \u00E9tabli : pression, temp\u00E9rature, vitesse et volume. - une confrontation des r\u00E9sultats des mod\u00E8les 0-D, 1-D et 2-D avec les r\u00E9sultats exp\u00E9rimentaux obtenus sur un moteur r\u00E9el de notre laboratoire nous a permis de conclure \u00E0 une bonne corr\u00E9lation entre ces r\u00E9sultats, en particulier avec ceux du mod\u00E8le 1-D. De plus, l\u2019existence de 2 r\u00E9gimes de transfert de chaleur en fonction de la vitesse de rotation a \u00E9t\u00E9 mise en \u00E9vidence et des \u00E9quations repr\u00E9sentatives ont \u00E9t\u00E9 propos\u00E9es. \\\"" . . "Stirling engines are \\\"hot air\\\" engines to which heat is provided from an outside source. Able of great flexibility and of any heat source use, they are an alternative, to be taken into account within the sustainable development perspective, for the effective conversion of waste heat or solar- or bio- energies into mechanical work. Their theoretical efficiency equal to Carnot efficiency and their ability to work with small temperature differences between their two heat reservoirs (\u201CLow Temperature Differential\u201D, LTD) enable them to recover and convert waste heat issued from industrial processes and thermal machines into mechanical work. Their geometrical configuration can be very simple : 2 variable closed volumes only connected by a duct. The aim of this thesis is the study of the LTD Stirling engine, particularly its modeling, its simulation (0-D, 1-D or 2-D), its optimization and the comparison with the experimental results. This study was decomposed as follows : - an energy analysis of the cycle of the Stirling engine with infinite reservoirs (constant temperatures of the hot source and cold sink), accordingly to the finite scale thermodynamics (FScT) methods, was carried out and extended to an optimization with physical constraints (pmax, Vmax, Tmax, \u2026). Characteristic numbers, dimensioned or not, were put to evidence. - an energy, entropy and exergy analysis of the heat exchangers, hot and cold separately, and, then, of the whole engine is presented. This new analysis was carried out, once more accordingly to the finite scale thermodynamics methods, by considering finite reservoirs. Models for the engine optimization are developed, with a constraint on the total heat transfer surface of the exchangers. The used approach makes it possible to highlight the influence of the finite surface and finite capacities of the exchangers on the optimum of the engine operation characteristics and on the optimal distribution of the heat- transferring surface between the heat exchangers. - a 0-D numerical model describing the evolution of the internal variables (pressure, volumes, masses, exchanged energies, irreversibilities\u2026) as function of the crankshaft angle was developed, in the case of an LTD engine, in accordance to Schmidt assumptions : constant temperature in hot and cold volumes and instantaneous uniform gas pressure. This model gives the energy-, entropy- and exergy balance in the three spaces : hot expansion volume, cold compression volume and regenerator. - a satisfying 1-D dynamic modeling was done with the help of a commercial software (AMESim), and, this time, without any restrictive assumption on the temperatures and pressures. - a more complete 2-D simulation of energy-, mass- and momentum transfer of the compressible working-gas flow was carried out using a multiphysics software (COMSOL) for this LTD Stirling engine assuming a null regeneration. This analysis enabled us to obtain the instantaneous values of the local variables in steady-state operation mode : pressure, temperature, speed and volume. - the results of the 0-D, 1-D and 2-D models were compared with the experimental results obtained from an actual engine of our laboratory. We thus concluded there is a good correlation between the results obtained from these models, particularly the 1-D model, and those of the experiments. Furthermore, 2 heat transfer regimes were detected depending on the speed of revolution and equations were proposed to represent them." . "Energy - and exergy-flow modeling, simulation and optimization of Low Temperature Differential (LTD) Stirling Engines, Comparison with experiments" . "\u00C9nergie" . . . "Mod\u00E8les math\u00E9matiques" . . . . "Stirling, Moteurs" . "Text" .