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Auteur(s)
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Alain BRICARD : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers
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Serge CHAUDOURNE : Ingénieur de l’École centrale de Lyon - Docteur ingénieur
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ingénieurs de recherche au Commissariat de l’énergie atomique de Grenoble Département de thermohydraulique et de physique, Groupement pour la recherche des échangeurs thermiques
Bien meilleurs conducteurs que les métaux, les caloducs sont des appareils qui peuvent transporter une quantité de chaleur égale à plusieurs centaines ou milliers de fois celle transportée par un conducteur métallique solide et homogène de même volume.
Mettant en jeu l’évaporation et la condensation d’un fluide interne, le caloduc peut être conçu à différentes fins :
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transmettre des flux thermiques élevés avec un faible écart de température ;
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transmettre un flux thermique variable à température constante ;
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uniformiser la température d’une structure soumise à des variations de température ;
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adapter la densité de flux thermique entre une source chaude et une source froide de surfaces très différentes.
Breveté en 1942, le caloduc est oublié jusqu’au début des années 60 où il est redécouvert pour les besoins de la technologie spatiale. Appelé aussi quelquefois tube de chaleur, en anglais : Heat-Pipe, il a pour ancêtre le tube de Perkins, sorte de bouilleur en circuit fermé, inventé au XIX e siècle par A.M. et J. Perkins.
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3. Fabrication
3.1 Choix du fluide
Le choix du fluide est la première étape dans la détermination d’un type de caloduc adapté à une application donnée. Ce choix est, en effet, déterminé d’abord par la gamme de température de travail du caloduc et ensuite par le niveau des performances souhaitées.
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La pression de vapeur saturante du fluide choisi, dans le domaine de température de fonctionnement, ne doit être ni trop faible ni trop élevée. Typiquement, on prendra une pression minimale de l’ordre de 5 kPa (0,05 bar) au‐dessous de laquelle la limite sonique devient prépondérante et une pression maximale de l’ordre de 2 MPa (20 bar) au‐delà de laquelle des problèmes de résistance mécanique de l’enveloppe peuvent se poser : on se limitera d’ailleurs à des pressions nettement plus faibles aux températures élevées (au‐delà de 600 oC environ). Par ailleurs, la pression maximale devra toujours être nettement inférieure à la pression critique du fluide.
S’il existe plusieurs fluides possibles dans le domaine de température requis, on affinera le choix en fonction des performances souhaitées et du coût (coût du fluide proprement dit et surtout coût de sa mise en œuvre).
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On pourra comparer les performances de divers fluides à l’aide du facteur de mérite. Le facteur de mérite d’un fluide est un nombre construit à partir de plusieurs propriétés thermophysiques de telle manière que, plus sa valeur à une température donnée est élevée, meilleures sont les performances du fluide pour un caloduc fonctionnant à cette température. On distingue, en fait, deux facteurs de mérite selon que le caloduc fonctionne en pompage capillaire ou avec assistance de la gravité (thermosiphon).
Le facteur de mérite en fonctionnement capillaire Mc est défini par :
![]()
C’est le groupement qui apparaît dans l’expression de la limite capillaire (relation [11]) pour un fonctionnement...
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