Etude de la convection naturelle sur une face verticale d'une cavité parallélépipédique à nombre de rayleigh élevé
Etude de la convection naturelle sur une face verticale d'une cavité parallélépipédique à nombre de rayleigh élevé

Author: Abdel-Hadi Beghidja

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Published: 1990

Total Pages: 264

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DANS CETTE ETUDE EXPERIMENTALE NOUS AVONS MESURE LES TRANSFERTS CONVECTIFS SUR UNE FACE VERTICALE D'UNE CAVITE PARALLELEPIPEDIQUE DE GRANDE HAUTEUR EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DES AUTRES FACES DE LA CAVITE. NOUS AVONS EN PARTICULIER MONTRE L'INFLUENCE DE LA TEMPERATURE DES FACES HORIZONTALES SUPERIEURE ET INFERIEURE ET DES DEUX FACES LATERALES SUR: 1) LA TEMPERATURE DE L'AIR AU CENTRE DE LA CAVITE; 2) LA STRATIFICATION DE LA TEMPERATURE DU CUR; 3) LES REPARTITIONS DE TEMPERATURE ET DE SES FLUCTUATIONS DANS LA COUCHE LIMITE; 4) LES ECHANGES CONVECTIFS LE LONG DE LA FACE VERTICALE CHAUDE. NOUS AVONS CLASSE LES CONFIGURATIONS DE TEMPERATURE EN FONCTION DE LEURS EFFETS SUR CES GRANDEURS. UNE MODELISATION DES TRANSFERTS CONVECTIFS EN CAVITE EST PROPOSEE EN DEFINISSANT UNE TEMPERATURE DE REFERENCE QUI TIENT COMPTE DE LA TEMPERATURE DE TOUTES LES PAROIS. NOUS MONTRONS QUE L'ECART DE TEMPERATURE RETENU DANS TOUTES LES ETUDES ANTERIEURES NE PERMET PAS DE MODELISER LES ECHANGES CONVECTIFS EN CAVITE

Etude des écoulements le long d'une paroi verticale non isotherme, dans une cavité fermée à grand nombre de Rayleigh
Etude des écoulements le long d'une paroi verticale non isotherme, dans une cavité fermée à grand nombre de Rayleigh

Author: Abdelhamid Khabbazi

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Published: 1993

Total Pages: 198

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DANS DES LOCAUX, TYPE PIECE D'HABITATION, LES PAROIS VERTICALES SONT SOUVENT NON ISOTHERMES, C'EST, PAR EXEMPLE, LE CAS D'UNE BAIE VITREE DANS UNE FACADE OU D'UN ELEMENT CHAUFFANT PLACE EN UN ENDROIT QUELCONQUE DE LA PAROI. LES ECHANGES SUPERFICIELS N'Y SONT PLUS UNIFORMES NI ASSIMILABLES A CEUX QUI EXISTENT LE LONG D'UNE PLAQUE PLANE VERTICALE ISOTHERME. NOUS AVONS VOULU LES QUALIFIER D'ABORD ET ENSUITE LES QUANTIFIER DANS UNE CELLULE QUASI-CUBIQUE DE 2,5 M D'ARETE ENVIRON, POUR DES CONFIGURATIONS SIMPLES. DANS UN PREMIER CHAPITRE, NOUS PRESENTERONS UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES ECOULEMENTS EN CONVECTION NATURELLE DANS DES CAVITES A GRAND NOMBRE DE RAYLEIGH (SUPERIEURS A 10#9). DANS UN DEUXIEME CHAPITRE, NOUS EXPOSONS LA METHODE INTEGRALE DE KARMAN POLHAUSEN QUI PERMET DE MODELISER LES ECHANGES CONVECTIFS POUR UN DOMAINE D'ALTITUDE QUE NOUS PRECISONS. LE CHAPITRE TROIS EST CONSACRE A LA PRESENTATION DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL QUI COMPREND ESSENTIELLEMENT UNE CELLULE EN SITE REEL, DANS LAQUELLE NOUS POUVONS IMPOSER DIFFERENTES TEMPERATURES SUR L'UNE DES PAROIS VERTICALES, ET MESURER CELLES DES AUTRES PAROIS. LE DERNIER CHAPITRE PRESENTE NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LEURS INTERPRETATIONS. NOUS AVONS REALISE UN ENSEMBLE DE QUINZE CONFIGURATIONS QUI CORRESPONDENT A DES BANDES CHAUDES OU FROIDES ALTERNATIVEMENT PRESENTES SUR LA PAROI ACTIVE. POUR CHAQUE CONFIGURATION ON TRACE, AVEC UN PAS D'ESPACE TRES FIN, LES PROFILS THERMIQUES POUR DE NOMBREUSES ALTITUDES PRES DE LA PAROI ACTIVE. A PARTIR DE CES PROFILS, ON CALCULE LES FLUX ECHANGES PAR CONVECTION ET ON EN DEDUIT DES CORRELATIONS DU TYPE NU=F(RA). L'APPLICATION LOCALE DE LA METHODE DE KARMAN POLHAUSEN EST FAITE POUR LES PROFILS THERMIQUES ET L'ON MONTRE QU'IL Y A, POUR UN DOMAINE D'ALTITUDE DONNE, UNE BONNE CONCORDANCE ENTRE RESULTATS THEORIQUES ET EXPERIMENTAUX

Convection naturelle laminaire dans une cavité contenant une ou plusieurs plaques
Convection naturelle laminaire dans une cavité contenant une ou plusieurs plaques

Author: Laurent Foucher

Publisher:

Published: 1999

Total Pages: 256

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Cette thèse est une contribution à l'étude des tranferts par convection naturelle laminaire stationnaire dans une cavité contenant un ou plusieurs obstacles. A cet effet un code de calcul est développé permettant de résoudre les équations descriptives des mouvements (équations de conservation de la masse, de l'énergie, de la quantité de mouvement). Des simulations numériques sont effectuées sur quelques configurations bidimentionnelles. Une étude paramétrique systématique sur tous les paramètres définissant de telles géométries n'étant pas envisageable. Nous avons donc restreint notre travail à l'étude le l'influence de certains d'entre eux sur l'écoulement et le transfert thermique dans le cas de cavité remplie d'air (Pr = 0.71). Ainsi nous avons retenu le nombre de Rayleigh mais aussi la localisation de la plaque dans le cas d'une plaque à l'interieur d'une cavité carrée et l'espace libre au dessus des palques dans le cas d'une cavité de faible allongement contenant plusieurs plaques. Pour la plupart des ces configurations nous avons envisagé plusieurs combinaisons de conditions aux limites thermiques sur les plaques et les parois de la cavité. Pour ces différentes combinaisons de conditions aux limites thermiques (temprérature imposée au flux imposée), nous proposons dans le cas d'une plaque mince et verticale placée au centre d'une cavité carrée, des corrélations du nombre de Nusselt moyen calculé sur une face verticale de la plaque en fonction du nombre de Rayleigh évalué avec la hauteur de la plaque. Nous présentons les premiers résultats de simulation du couplage convection naturelle-rayonnement dans le cas d'une cavité isotherme emplie de CO2 et contenant une plaque isotherme, la tempréture de référence étant fixée à 600 K. Nous mettons en évidence l'effet non négligeable du rayonnement du gaz sur le champ de température dans le cas de ses simulations.

Caractérisation expérimentale des écoulements d'air de convection naturelle et mixte dans une cavité fermée
Caractérisation expérimentale des écoulements d'air de convection naturelle et mixte dans une cavité fermée

Author: SOPHIE.. MERGUI

Publisher:

Published: 1993

Total Pages: 296

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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE EXPERIMENTALE DES ECOULEMENTS D'AIR RENCONTRES DANS UNE CAVITE CUBIQUE, D'ENVIRON 1 M#3 DE VOLUME. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A L'EXAMEN DETAILLE DE LA CONVECTION NATURELLE EN CAVITE FERMEE. DEUX PAROIS VERTICALES OPPOSEES SONT DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEES A TEMPERATURE CONSTANTE. LES PAROIS HORIZONTALES SONT ISOLEES THERMIQUEMENT. LES AUTRES PAROIS VERTICALES SONT CONSIDEREES COMME ADIABATIQUES. DEUX VALEURS DU NOMBRE DE RAYLEIGH CARACTERISTIQUE, SUPERIEURES A 10#9, ONT ETE ENVISAGEES. DES VISUALISATIONS, DES MESURES DE VITESSE ET DE TEMPERATURE ONT ETE ENTREPRISES, AFIN DE CARACTERISER PRECISEMENT LES CHAMPS DYNAMIQUE ET THERMIQUE DANS L'ENSEMBLE DE LA CAVITE. NOUS AVONS AINSI PU METTRE EN EVIDENCE L'EJECTION DE STRUCTURES A CARACTERE TURBULENT PAR LES COUCHES LIMITES EN DEVELOPPEMENT LE LONG DES PAROIS VERTICALES ACTIVES, L'EXISTENCE D'UNE COUCHE LIMITE CHAUDE PLUS PERTURBEE QUE LA COUCHE LIMITE FROIDE, L'EXCITATION PERMANENTE D'ONDES DE GRAVITE DANS LA PARTIE CENTRALE DE LA CAVITE THERMIQUEMENT STRATIFIEE. NOUS NOUS SOMMES ASTREINTS A DETERMINER LES CONDITIONS THERMIQUES EFFECTIVES REGNANT SUR LES PAROIS HORIZONTALES, CE QUI NOUS A PERMIS D'ETABLIR DES LOIS ANALYTIQUES SIMPLES DE REPARTITION EN TEMPERATURE QUI POURRONT SERVIR DE REFERENCE DE CONDITIONS AUX LIMITES REALISTES A INTEGRER DANS LES CODES DE CALCUL. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DES ECOULEMENTS DE CONVECTION MIXTE GENERES PAR L'INTRODUCTION, DANS LA CAVITE, D'UN OU DEUX JETS, PESANTS OU NON, EN PRESENCE OU NON DE SOURCES DE CHALEUR PARIETALES. DES VISUALISATIONS, DES MESURES DE VITESSE ET DE TEMPERATURE ONT PERMIS, POUR PLUSIEURS CONFIGURATIONS, DE CARACTERISER LES STRUCTURES D'ECOULEMENTS SUSCEPTIBLES D'ETRE RENCONTREES ET DE DEGAGER DES TENDANCES GENERALES SUR LE COMPORTEMENT DES ECOULEMENTS. CETTE ETUDE A EGALEMENT ETE MENEE DANS LE BUT D'ETABLIR UNE BASE DE DONNEES EXPERIMENTALES POUVANT SERVIR A VALIDER LES MODELES NUMERIQUES APPLIQUES AUX ECOULEMENTS D'AIR DANS DES GRANDS VOLUMES DE TYPE PIECE D'HABITATION

Convection naturelle turbulente en cavité différentiellement chauffée à grands nombres de Rayleigh
Convection naturelle turbulente en cavité différentiellement chauffée à grands nombres de Rayleigh

Author: N. D

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Published: 2011

Total Pages: 229

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Ce travail présente des résultats expérimentaux obtenus dans une cavité différentiellement chauffée de 4 m de hauteur. Dans cette étude, des cartographies de température (micro-thermocouples) et de vitesse (LDV 2D et PIV standard) ont été établies pour des écoulements de convection naturelle turbulente à grands nombres de Rayleigh (4,0x1010 ≤ RaH ≤ 1,2x1011) tout en respectant l'approximation de Boussinesq. L'exploitation des résultats expérimentaux a, entre autre, permis de caractériser la stratification thermique au centre de la cavité ainsi que son évolution en fonction du nombre de Rayleigh pour différentes émissivités des parois passives. En outre, cette caractérisation a permis de connaître les répartitions des flux échangés à la paroi, la typologie des écoulements au voisinage des parois actives et dans le plan vertical médian, ainsi que le cheminement du fluide dans la partie haute de la cavité. Ces résultats sont ensuite comparés à ceux obtenus dans d'autres cavités différentiellement chauffées de moindres dimensions étudiées antérieurement au laboratoire. L'ensemble de ces résultats montre une grande cohérence et nous permet de déterminer des lois d'évolution de la vitesse maximale atteinte dans la cavité et du transfert de chaleur aux parois en fonction du nombre de Rayleigh en régime laminaire et turbulent. En parallèle, une étude numérique 2D a été réalisée. Son objectif est d'étudier l'influence du rayonnement de surface ou volumique sur la structure de l'écoulement et sur les modes de transfert de chaleur. A cette fin, un module de transferts radiatifs a été implanté dans un code Volumes Finis de convection naturelle turbulente existant. La modélisation de la turbulence est réalisée par une approche LES avec un modèle de diffusivité de sous maille adapté à la convection naturelle. La partie rayonnement est traitée à l'aide d'un modèle de gaz gris par bande, associé à une méthode aux ordonnées discrètes. Une analyse de l'influence du rayonnement de parois et/ou de gaz sur les écoulements turbulents de convection naturelle est réalisée pour un nombre de Rayleigh de 1,2x1011.

INFLUENCE DU RAYONNEMENT THERMIQUE SUR LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE EN ESPACE CONFINE
INFLUENCE DU RAYONNEMENT THERMIQUE SUR LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE EN ESPACE CONFINE

Author: YVES.. CLERGENT

Publisher:

Published: 2000

Total Pages: 154

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CE MEMOIRE VISE A MONTRER QUE L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT THERMIQUE EST SOUVENT NON NEGLIGEABLE LORS DES ETUDES EXPERIMENTALES DES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE DANS LES CAVITES DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEES ET A GRAND NOMBRE DE RAYLEIGH. CE TRAVAIL DE RECHERCHE SUR LES COUPLAGES CONVECTION-RAYONNEMENT EN CAVITE FERMEE EST DANS UN PREMIER TEMPS ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTAL. NOUS AVONS CONSTRUIT POUR CELA UNE MAQUETTE A RAPPORT DE FORME VOISIN DE L'UNITE POSSEDANT QUATRE PAROIS THERMOREGULABLES. LE NOMBRE DE RAYLEIGH RELATIF A LA HAUTEUR EST COMPRIS ENTRE 3.10 8 ET 1.10 9. LES CHAMPS DE TEMPERATURE SONT EXAMINES PAR INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL (IHTR) AU VOISINAGE D'UNE PAROI CHAUDE. CELLE-CI EST SOIT LA FACE HORIZONTALE SUPERIEURE (CONFIGURATION PLAFOND CHAUD) SOIT UNE FACE VERTICALE PREPAREE EN VUE DE PRESENTER UNE EMISSIVITE PROCHE DE 0.07 OU PROCHE DE 0.9. DEUX GAZ DE REMPLISSAGE AUX PROPRIETES D'ABSORPTION DIFFERENTES SONT UTILISES : L'ARGON TRANSPARENT DANS L'INFRAROUGE AFIN D'AVOIR UNE REFERENCE SANS LES EFFETS DU RAYONNEMENT ET LE DIOXYDE DE CARBONE, ABSORBANT. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT DES EFFETS MESURABLES DU TRANSFERT RADIATIF SUR LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE. A LA SORTIE DES COUCHES LIMITES, LA NATURE DU GAZ AINSI QUE L'EMISSIVITE DES PAROIS ONT UNE INFLUENCE NON NEGLIGEABLE SUR LES PROFILS DE TEMPERATURE. POUR LA CONFIGURATION PLAFOND CHAUD, LE RAYONNEMENT ENTRAINE LA MISE EN MOUVEMENT DE L'ENSEMBLE DU FLUIDE A DES VITESSES DE L'ORDRE DU MILLIMETRE PAR SECONDE QUI, INTEGREES SUR DES SURFACES DE PLUSIEURS METRES CARRES, CONDUISENT A DES DEBITS ASCENDANTS IMPORTANTS AU SEIN DE LA CAVITE. CONCERNANT, LES ECHANGES DE CHALEUR ENTRE LA PAROI CHAUDE ET LE FLUIDE, LE COUPLAGE INDUIT DES DIFFERENCES OBSERVABLES MAIS SANS RAPPORT AVEC LES RESULTATS DE F. YGUEL A RAYLEIGH PLUS ELEVE DANS L'AIR. LES MECANISMES DE COUPLAGE RAYONNEMENT-CONVECTION EN CAVITE SONT ANALYSES EN DETAIL SUR LA BASE DE NOS RESULTATS DE MESURE PAR IHTR, ACCOMPAGNES DE CAMPAGNES DE SIMULATIONS NUMERIQUES BIDIMENSIONNELLES. IL S'AGIT D'UN CODE COMBINANT UN ALGORITHME RADIATIF DE TYPE MONTE-CARLO AVEC LA PRISE EN COMPTE DES PROPRIETES D'ABSORPTION D'UN GAZ REEL ET UN MODELE CONVECTIF DE TYPE VOLUME FINI DANS LE CADRE DU FORMALISME D'EVOLUTION PAR TRANSFERT (T.E.F.).

Contribution à l'étude expérimentale des bifurcations de convection naturelle dans une cavité en air différentiellement chauffée
Contribution à l'étude expérimentale des bifurcations de convection naturelle dans une cavité en air différentiellement chauffée

Author: Abdelmadjid Benkhelifa

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Published: 2006

Total Pages: 330

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Ce travail expérimental s'intéresse à l'étude des bifurcations de convection naturelle dans une cavité en air de forme parallélépipédique. Cette cavité, de rapport de forme vertical égal à 4, possède deux parois en vis-à-vis respectivement chauffée et refroidie à température constante, elle peut être inclinée d'un angle compris entre 0 (chauffée par dessous) et 180°. Des mesures locales de fluctuations de température, en des endroits bien particuliers, ont permis de mettre en évidence les différentes bifurcations apparaissant pour la plupart des inclinaisons. Un comportement universel, avec une corrélation unique donnant la valeur du nombre de Rayleigh critique du premier mode instationnaire pour toutes les inclinaisons, a été également observé. Par ailleurs, différents modes d'instationnarité, en fonction de l'angle d'inclinaison, ont été trouvés et des visualisations par tomographie laser ont permis de déceler le comportement du fluide suite à l'établissement de chacun de ces différents modes. La caractérisation dynamique et thermique de ces régimes a été entreprise à l'aide de profils de température, le long de l'axe de symétrie de la cavité, ainsi que par la technique de vélocimétrie laser bidimensionnelle par imagerie de particules dans le plan médian orthogonal aux parois actives et au plancher. Quelques observations, dont l'évolution de la stratification thermique et les différents régimes d'écoulements rencontrés suivant l'inclinaison, ont été dégagées. Enfin, une attention toute particulière a été consacrée au cas de la convection fortement turbulente de Rayleigh-Bénard avec la détermination de quantités turbulentes 3D.

Contribution à l'étude de la convection naturelle tridimensionnelle en cavité différentiellement chauffée
Contribution à l'étude de la convection naturelle tridimensionnelle en cavité différentiellement chauffée

Author: Jacques Salat

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Published: 2004

Total Pages: 214

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Cette étude expérimentale et numérique s'intéresse aux écoulements tridimensionnels de convection naturelle de l'air en cavité différentiellement chauffée pour une valeur du nombre de Rayleigh égale à 1,48.109, soit en régime de transition avancée à la turbulence. La cavité a pour dimensions 1m x 1m x 0,32m. Elle est constituée de deux parois actives verticales à température uniforme et imposée, de deux parois horizontales isolantes et de deux parois latérales supposées adiabatiques. La résolution d'un problème inverse permet la détermination précise des conditions aux limites thermiques relatives aux parois horizontales, et des mesures par caméra infrarouge fournissent une cartographie de température des parois latérales. Une caractérisation des champs thermiques par microthermocouples, et dynamiques (mesure des 3 composantes de la vitesse) par LDV, dans différents plans de la cavité est proposée ainsi que les champs couplés vitesse-température dans le plan vertical médian. Une comparaison de ces mesures aux résultats numériques obtenus par DNS-3D par méthode spectrale Chebyshev est restituée. L'influence de la profondeur de la cavité et de l'émissivité des différentes parois est examinée. Enfin, une simulation munie des conditions aux limites thermiques expérimentales sur les 6 faces de la cavité permet notamment d'expliquer les mécanismes complexes d'alimentation des couches limites.

Transferts de masse et de chaleur par convection naturelle sur une plaque plane verticale (nombre de Rayleigh voisin de 10 [exposant] 6, nombre de Lewis proche de l'unité
Transferts de masse et de chaleur par convection naturelle sur une plaque plane verticale (nombre de Rayleigh voisin de 10 [exposant] 6, nombre de Lewis proche de l'unité

Author: Wanyr Roméro Ferreira

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Published: 1992

Total Pages: 418

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L'OBJET DE CETTE THESE CONSISTE EN L'ELABORATION D'UN MODELE THEORIQUE POUR ETUDIER LES TRANSFERTS COUPLES DE MASSE ET DE CHALEUR SUR PLAQUE PLANE ET LA CONFRONTATION DE CE MODELE AVEC L'EXPERIENCE. ON ETUDIE LA COUCHE LIMITE AU VOISINAGE D'UNE PLAQUE VERTICALE POREUSE CHAUFFEE ET SATUREE D'EAU DE 20 CM DE HAUTEUR. LES ECARTS DE TEMPERATURE ETANT DE QUELQUES DIZAINES DE DEGRES, LE NOMBRE DE RAYLEIGH CARACTERISTIQUE EST CELUI DE 10#6. APRES UN RAPPEL BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES SOLUTIONS PSEUDO-SEMBLABLES EN CONVECTION NATURELLE, ON DECRIT LA METHODE NUMERIQUE ADOPTEE DIFFERENCES FINIES DU 5EME ORDRE POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DIFFERENTIELLES REPRESENTATIVES DE CES SOLUTIONS. ON DECRIT ENSUITE LES SOLUTIONS NON-SEMBLABLES CARACTERISTIQUES D'UN PROBLEME DE TRANSFERTS COUPLES DE MASSE ET DE CHALEUR; LE MODELE THEORIQUE PERMET DE PRENDRE EN COMPTE LES GRADIENTS DE TEMPERATURE PARIETAUX OU UNE STRATIFICATION LOIN DE LA PLAQUE, AINSI QUE DES VITESSES D'INJECTION D'UN FLUIDE QUI PEUT ETRE IDENTIQUE OU DIFFERENT DE CELUI DU MILIEU AMBIANT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT ETE OBTENUS A L'AIDE D'UN INTERFEROMETRE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL. LES FRANGES D'INTERFERENCE VISUALISEES SONT DES LIGNES ISO-INDICE DE REFRACTION, PRENANT EN COMPTE LES VARIATIONS DE CONCENTRATION ET DE TEMPERATURE. LES PROFILS D'INDICE DE REFRACTION SONT COMPARES A CEUX OBTENUS PAR LE CALCUL POUR LES MEMES CONDITIONS AUX LIMITES ET CETTE COMPARAISON S'AVERE EXCELLENTE, VALIDANT AINSI LE MODELE THEORIQUE. PAR AILLEURS, LES RESULTATS THEORIQUES ET EXPERIMENTAUX MONTRENT QUE L'HUMIDITE AUGMENTE SENSIBLEMENT LES FLUX PARIETAUX