Projet ANR-12-SEED-0003 – NUCLEI : Optimisation des performances thermiques des échangeurs diphasiques par contrôle de la topographie et de la chimie de surface
Programme : Systèmes Energétiques et Décarbonés (SEED) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Frédéric LEFEVRE (Institut National des Sciences Appliquées de Lyon - Centre de thermique de Lyon)
Partenaires : L'AIR LIQUIDE SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGE S CLAUDE; INSTITUT DE RECHERCHES EN INGENIERIE DES SURFACES; Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon; Laboratoire Hubert Curien; Université Jean Monnet Saint-Étienne
Montant : 565840.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : La séparation cryogénique de l'air s'effectue à des températures très basses, fonctions de la température d'ébullition de chacun des constituants. Ce procédé est extrêmement consommateur en énergie, particulièrement en énergie électrique. Ainsi, Air liquide est le troisième consommateur d'électricité en France après la SNCF et Arcelor Mittal. De ce fait, une amélioration, même faible, de l'efficacité énergétique des systèmes de compression ou d'échange de chaleur a pour conséquence une réduction très importante des coûts de production liés à la consommation d'énergie. Le projet NUCLEI a pour objectif de créer des rebouilleurs innovants qui permettront de réduire considérablement la consommation d’énergie liée à ces systèmes. 
De nombreuses applications industrielles utilisent le phénomène d’ébullition nucléée pour transférer de grandes quantités de chaleur avec des écarts de température acceptables. L’optimisation énergétique de ces systèmes nécessite d’intensifier les échanges thermiques par ébullition. De nombreuses études ont montré que la modification de la topographie des surfaces à l’échelle millimétrique ou micrométrique permet d’intensifier considérablement ces échanges. Cependant, ces études ne permettent pas de comprendre les mécanismes fondamentaux responsables de cette modification, notamment les phénomènes à l’origine de la naissance ou de la croissance d’une bulle, ce qui limite leur portée. 
Plusieurs travaux récents montrent que la nature et la structure des surfaces à l’échelle sub-micronique ont une importance capitale sur les transferts de chaleur par ébullition car ils modifient la structure interfaciale et le comportement des molécules de fluide en contact direct avec la surface solide. Le projet NUCLEI a pour but de créer une rupture dans la compréhension des mécanismes fondamentaux de l’ébullition, à travers des études expérimentales et théoriques, menées à l’échelle sub-micronique, afin de pouvoir concevoir et créer des échangeurs ayant des caractéristiques thermiques optimisées et ainsi réduire la consommation  d’énergie liée à leur utilisation. Des surfaces de topographie et de chimie contrôlées seront créées pour étudier l’influence respective de chacun de ces paramètres, en particulier sur la naissance d’une bulle. Par ailleurs, le projet a pour ambition l’observation expérimentale de la formation des nuclei, qui sont les premiers germes de vapeur à l’origine de la naissance d’une bulle. Une telle mesure n’a jamais été obtenue jusqu’à présent, alors qu’elle est fondamentale pour comprendre le phénomène de l’ébullition nucléée.