Stage ingénieur de deuxième année - LPNHE 1 Tuteur de stage : Tristan BEAUTuteur école : Marino MARSIAnnée Geoffrey CHARPENTIER

Introduction LHC : 2010 : collisions 7 TeV 2013 : collisions 14 TeV LPNHE : R&D sur détecteur interne pour les upgrades. Essais sur banc pour comprendre les aspects thermiques. Optimisation du banc et corrélation avec les simulations numériques. 2

Sommaire I) Contexte II) Principe thermique III) Présentation des équipements IV) Expériences réalisées Analyse des échantillons d’aluminium Analyse du tube d’aluminium Analyse de l’échelle 3 Conclusion Introduction

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Contexte 2 « sous-projets » ATLAS : IBL (autour de 2013) SLHC (autour de 2020) IBL : Inserted B-Layer ; insertion d’une couche de silicium pour Couche repose sur échelle. Echelle : détecteurs instrumentés + dispositif réfrigérant. 5

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3 modes de transfert thermique. Conduction Rayonnement Convection Mesure du coefficient d’échange convectif (h). 7 Principe thermique h1 h2

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Montage expérimental 9 Présentation des équipements Montage expérimental final

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Caractériser l’enceinte chauffante. Déterminer une valeur du coefficient d’échange convectif. Limitation des incertitudes (<10%). 11 Analyse des échantillons d’aluminium Objectifs

Refroidissement avec module Peltier. Réchauffement dans la chambre ventilée chauffée. Envoi au système d’acquisition de données (sondes PT100). Recherche du temps caractéristique. 12 Analyse des échantillons d’aluminium Protocole

Récupération des données. Ajustement des mesures. 13 Analyse des échantillons d’aluminium Exploitation T = T a × (1- )

14 Analyse des échantillons d’aluminium Résultats

15 Analyse des échantillons d’aluminium Centrage des valeurs (moyenne : 10.1 W/m²/K)

16 Analyse des échantillons d’aluminium Test de répétabilité

Tube seul : élément de l’échelle. Analyse simplifiée. Fluide réfrigérant (eau + glycol) passe dans le tube. Premiers essais en refroidissement. 17 Analyse du tube d’aluminium Objectifs

Chauffage du tube dans la chambre. Refroidissement par le fluide circulant à l’intérieur. Arrêt de l’écoulement pour réchauffement. 18 Protocole Analyse du tube d’aluminium

19 Analyse du tube d’aluminium Test de réchauffement Résultats

20 Analyse du tube d’aluminium Test de refroidissement Résultats

Mesures sur un modèle réduit d’échelle. Approche des conditions réelles d’utilisation. Même condition expérimentale que le tube. Résultats prévisibles d’après ceux du tube. 21 Analyse de l’échelle Objectifs

22 Analyse de l’échelle Test de réchauffement Résultats

23 Analyse de l’échelle Test de refroidissement Résultats

Optimisation du banc. Mesures cohérentes. Détermination d’un « h » convenable. Protocoles bien établis. Premiers résultats recoupables avec les simulations. Possibilités de nouveaux axes de recherche. Choix du matériau Caractéristiques du matériau (anisotropie) Complication du modèle 24 Conclusion

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27 Analyse du tube d’aluminium Mesure corrective des débits

Quelques valeurs 28 MatériauRésine EpoxyFibre de carboneMousse de carbone Densité Epaisseur (mm) Longueur (mm)450 Capacité calorifique (J/kg/K) Débit (mL/mn) air (s) eau (s) eau - air (s)

Un peu de théorie 29 P 1 = h 1 × S 1 × ΔT air/m. Cp × mdTm = (h 1 × S 1 (T 1 – Tm) + h 2 × S 2 (T 2 – Tm))dt BILAN ENERGETIQUE

Gradient de température 30