Cas instationnaires

Nous consid´erons ici, `a partir dequelques exemples, les effets qui peuvent r´esulter d’une perturbation des param`etres de fibrage.

Rampe de la vitesse de fibrage

Les figures 7.20, 7.21 et 7.22 comparent les ´evolutions simul´ees avecModfibet nos donn´ees exp´erimentales, lorsque l’on impose une rampe sur la vitesse de fibrage, voir le § 7.3.1. Les donn´ees exp´erimentales ont

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et´e obtenues, au laboratoire, avec l’interf´erom`etreFIBSet le diffractom`etreHIREDI.

L’accord est tr`es bon. Cependant,Modfibne semble pas rendre compte des petites fluctuations du diam`etre mesur´e. On peut avancer deux explications `a cela : le d´ebit de la fili`ere mono-t´eton n’est pas r´eellement constant (il oscille)⁴, ou bien, en aval, il existe des ”perturbations” ou ”d’instabilit´es” qui ne sont pas prisent en compte par notre mod`ele.

Perturbation convective

On consid`ere ici que le jet de verre est soumis `a une perturbation convective qui prend la forme d’un

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ecoulement d’air axisym´etrique dirig´e perpendiculairement `a l’axe de la fibre. Ce flux d’air va entraˆıner une modification des ´echanges convectifs entre la fibre et l’air ambiant. Pour simuler num´eriquement cette

3Les calculs ont ´et´e effectu´es sur un Pentium II `a 266Mhz et avec 64Mo de RAM.

4Alors que notre mod`ele le suppose constant.

perturbation, nous prenons pour le nombre de Nusselt une loi d’´evolution du typeN u(t) =C(t)Re(t))e^n(t) o`uC(t) etn(t) d´ependent du nombre de Reynolds de l’´ecoulement d’air [100]. L’´evolution temporelle du profil de vitesse de l’´ecoulement d’air est suppos´e gaussien avecvair =vmaxe^{−(t−t0)2/σ}.

La figure 6.7, pr´esente l’´evolution du diam`etre de la fibre form´ee dans ces conditions, avecvmax= 0.05m/s et≈4√

σ= 0.4s. Le flux d’air entraˆıne un fort accroissement du diam`etre de la fibre (i.e. le bulbe r´etr´ecit) puis, apr`es relaxation, le diam`etre terminal de la fibre revient `a sa valeur initiale. Cette ´evolution est assez conforme avec nos observations exp´erimentales [77].

Fig.6.7 –Evolution du diam`etre de la fibre produite lorsque le jet est soumis `a une perturbation convective.

Fig. 6.8 –Perturbation radiative : ´evolution du diam`etre de la fibre produite lorsqu’on augmente bruta-lement, `a t=0, la temp´erature de rayonnement du milieu ambiant.

Perturbation radiative

On simule ici l’effet d’une perturbation radiative externe sur le jet de verre. La perturbation prend la forme d’une augmentation de la temp´erature de rayonnement du milieu ambiant⁵. Cette perturbation estmaintenue[52].

Les figures 6.8 `a 6.11 pr´esentent les ´evolutions obtenues pour : le diam`etre de la fibre produite, le profil radiale du jet de verre et son profil longitudinal de temp´erature, la tension de fibrage dˆue `a la viscosit´e.

On peut tenter d’interpr´eter les r´esultats obtenus en se rappelant que, dans notre mod`ele, le d´ebit de la fili`ere est pos´e comme constant. L’augmentation de la temp´erature du milieu ambiant induit un allongement du bulbe. L’accumulation de verre, au niveau du bulbe, implique alors une diminution du diam`etre de la fibre produite. Une fois que le nouveau r´egime est ´etabli, le diam`etre de la fibre reprend sa valeur initiale.

5dˆu fait de la casse d’une autre fibre par exemple...

Fig. 6.9 – Perturbation radiative : ´evolution du profil axial du jet : avant et apr`es l’application de la perturbation.

Fig.6.10 – Perturbation radiative : ´evolution du profil axial de temp´erature du jet de verre.

Fig.6.11 –Perturbation radiative : ´evolution du la tension de fibrage dˆue `a la viscosit´e.

Etude exp´ erimentale de la stabilit´ e du proc´ ed´ e

Ce chapitre pr´esente diff´erents r´esultats exp´erimentaux sur les fluctuations du diam`etre d’une fibre produite par une fili`ere mono-t´eton¹, pour des r´egimes stationnaires (temp´erature du four et vitesse d’´etirage fix´ees) et pour des r´egimes transitoires (rampes de la vitesse d’´etirage ou de la temp´erature de fibrage).

Fig.7.1 –Dispositif exp´erimental mis en place pour l’´etude de la stabilit´e du proc´ed´e.

7.1 Dispositif exp´ erimental et proc´ edure

La figure 7.1 pr´esente un sch´ema de principe du dispositif exp´erimental mis en place²pour ´etudier les conditions de stabilit´e de la fili`ere mono-t´eton :

1D´evelopp´ee par Saint-Gobain Vetrotex, elle a ´et´e implant´ee au sein du laboratoire `a l’occasion de ce travail.

2Le syst`eme d’excitation n´ecessaire aux mesures de tension, de mˆeme que la r´egulation en temp´erature (thermocouple, automate, transformateur, circulation d’eau...) ne sont pas repr´esent´es ; pour les mesures de tension, voir la figure 2.27.

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– Le creuset c´eramique est aliment´e en verre `a l’aide de billes dont la masse est de l’ordre de 15g. Bien que la fili`ere soit dot´ee d’un syst`eme d’alimentation automatique en billes, nous n’avons pas utilis´e ce syst`eme. En effet, il n’est pas synchronisable et il g´en`ere un bruit ´electrique/´electromagn´etique qui perturbe les autres syst`emes de mesure.

– La temp´erature du bain de verre est contrˆol´ee par un automate programmable. La r´egulation est bas´ee sur une mesure de la temp´erature du bain par thermo-couple.

– La hauteur h du bain de verre est contrˆol´ee en immergeant une tige d’acier inoxidable dans le creuset. La hauteur de ”mouillage” de la tige nous permet d’en d´eduire la hauteur de verre dans le creuset. De la mesure de cette hauteur et de la temp´erature du bulbe on peut d´eduire la tir´ee (i.e.

d´ebit de la fili`ere).

– La temp´erature du bulbe est contrˆol´ee `a l’aide d’un pyrom`etre `a dispersion de filament (lecture

”manuelle” uniquement). La mesure de luminance est effectu´ee pour une longueur d’onde de λ≈ 0.6µmet pour un angle d’inclinaison dans le plan vertical d’approximativement 45^◦. Ce pyrom`etre a ´et´e calibr´e `a l’aide d’un corps noir et sa mesure a ´et´e compar´ee avec celle du syst`eme PyroVerre de Saint-Gobain Recherche (mesure `a λ ≈ 5µm). La figure 7.26 indique la zone du bulbe o`u la luminance est mesur´ee.

– Les mouvements d’oscillation de la fibre sont att´enu´es au moyen de deux crayons en graphite (i.e.

embarrage).

– La vitesse de fibrageVfest d´eduite de la mesure de la vitesse de rotation du bobinoir. Cette derni`ere est elle-mˆeme d´eduite de l’analyse de la fr´equence du signal produit par une roue codeuse, fix´ee `a l’arbre du moteur du bobinoir, `a l’aide d’un fr´equence-m`etre ou du syst`emeF IBS (utilisation de la troisi`eme voie de num´erisation et analyse par CSDW).

– Le bobinoir est fix´e sur un profil´e motoris´e (moteur pas `a pas). Ceci permet d’assurer une meilleure homog´en´eit´e de l’enroulement de la fibre sur le bobinoir. Ce syst`eme de chariotage est contrˆol´e par un PC. La vitesse de chariotage est typiquement de 10mm/spour une course de 20mm (i.e.

fr´equence : 2Hz).

– L’interf´erom`etreFIBS est positionn´e d’un cˆot´e de la fibre (voir le chapitre 3). Il est contrˆol´e par un PC. Ce dernier num´erise les signaux Doppler mais aussi le signal de vitesse du bobinoir, il est

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egalement synchronis´e avec le diffractom`etre et le syst`eme d’imagerie du bulbe.

– Le diffractom`etreHIREDI est positionn´e de part et d’autre de la fibre, voir le chapitre 4.

– Un syst`eme d’imagerie vid´eo permet d’enregistrer la forme du bulbe au cours du temps, voir la figure 7.26.

– Un boˆıtier de synchronisation permet de g´en´erer un signal de d´eclenchement vers les trois syst`emes de mesure et donc, la r´ealisation de mesures synchrones : Diam`etre interf´erom`etre, Diam`etre dif-fractom`etre, Images du Bulbe et Vitesse d’´etirage.

– L’alimentation en verre, la mesure de la hauteur du bain de verre et de la temp´erature du bulbe sont r´ealis´ees manuellement...