Monique LALLEMAND

Mise en œuvre dans des échangeurs thermiques ou en génie des procédés, l’ébullition libre désigne le processus de transfert thermique d'une paroi chauffée vers un liquide, associé à un changement de phase. Sa maîtrise impose la compréhension des phénomènes fondamentaux régissant l’équilibre des phases liquide-vapeur.

Pour assurer le refroidissement de liquides, d’ambiances et de systèmes, l’ébullition convective conduit à des transferts thermiques plus efficaces qu’en ébullition libre. Les échanges thermiques dépendent du phénomène de convection forcée et du processus d’ébullition nucléée, ainsi que de la géométrie des systèmes.

Pour assurer le refroidissement d’ambiances, de liquides, de systèmes, on a très souvent recours à l’ébullition convective, qui conduit à des transferts thermiques plus efficaces qu’en ébullition libre. Ce régime d’ébullition possède de nombreuses variantes. Cependant, deux mécanismes interdépendants prédominent, celui de la convection forcée et celui d’un processus d’ébullition nucléée contrôlé par la différence de températures entre la paroi et le fluide, les propriétés du liquide, la mouillabilité de la paroi. Par ailleurs, la géométrie des systèmes (ébullition intratubulaire, extratubulaire) et leur orientation modifient eux aussi notablement les transferts thermiques en ébullition.

Parmi les changements de phase liquide-vapeur associé à la formation de bulles, intéressons-nous à l’ébullition libre, c’est-à-dire l’ébullition d’un fluide à partir d’une paroi chauffée, sans aucun signal thermique imposé. Après une introduction sur les principes fondamentaux des systèmes liquide-vapeur, l’article détaille le mécanisme de transfert de chaleur au cours de l’ébullition en convection libre. Il aborde ensuite l’ébullition des mélanges, souvent utilisée industriellement à des fins de séparation des corps. Pour terminer, il évoque l’ébullition en milieu confiné au voisinage de la paroi chauffée, cas particulier et notablement différent d’une ébullition libre.