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Thermoacoustique

Membres de l’équipes
Activités de recherche
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Thèses soutenues
Publications


Responsable : Guillaume PENELET (MCF)


Membres de l’équipes

Chercheurs et enseignants chercheurs : M. Bruneau (Pr. ém.), S. Durand (MCF/HDR), E. Gaviot (Pr.), V. Gusev (Pr.), N. Joly (MCF/HDR), P. Lotton (DR CNRS), G. Penelet (MCF), G. Poignand (IGR), F. Polet (MCF), N. Yaakoubi (MCF)
Autres personnels : L. Camberlein (IGR), E. Brasseur (AI), J. Blondeau (AI)
Doctorants : F.C. Bannwart (soutenance prévue en mai 2013, co-tutelle université de Campinas, Brésil)
Anciens membres ou visiteurs : H. Bailliet (Doc. 95-98), T. Biwa (Pr. inv, 11), M. Amari (Doc. 01-04), A Boufermel (Doc. 06-09), C. Desjouy (Doc. 06-09), V. Feuillet (Postdoc 07-08), M. Guédra (Doc. 09-12), G. Huelsz (Pr. inv, 05), S. Job (Doc. 98-01), B. Lihoreau (Doc. 99-02), M. Mironov (Pr. Inv, 01), Q. Tu (Postdoc, 05)


Activités de recherche

Mots clés : Machines thermoacoustiques, acoustique physique, acoustique non linéaire, vent acoustique, électroacoustique.

Les machines (moteur ou réfrigérateur) thermoacoustiques sont des machines thermiques, qui ont vocation à échanger de l’énergie avec des sources extérieures sous forme de travail (acoustique) et de chaleur.
Les machines thermoacoustiques présentent un certain nombre de caractéristiques qui les rendent intéressantes dans diverses applications, telles leur simplicité de mise en oeuvre, leur haute fiabilité, leur efficacité ou leur rendement d’assez bon niveau, leur faible coût à la production, leur neutralité en terme de pollution environnementale, leur compacité possible, etc. En contrepartie, elles impliquent des phénomènes physiques complexes en raison des niveaux acoustiques élevés générés à l’intérieur du résonateur et des couplages avec les phénomènes thermiques qui y prennent place. La thermoacoustique possède déjà une longue histoire, mais elle ne concerne les machines thermiques réelles que depuis une vingtaine d’années seulement.
C’est en 1995 que des études analytiques et expérimentales sur les machines thermoacoustiques sont entreprises au Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Maine, en collaboration, dès 1996, avec le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique (LMFA UMR CNRS 5509) de l’Ecole Centrale de Lyon. Depuis 1999, les travaux sont menés suivant deux axes : d’une part l’étude des phénomènes transitoires et non linéaires (acoustiques et thermiques) qui se développent dans les systèmes thermoacoustiques et, d’autre part, la miniaturisation de ces systèmes et le développement de capteurs miniatures qui en permettent la caractérisation et le contrôle (en collaboration avec les membres de l’OR Microsystèmes).

Quelques activités de recherches présentes et passées

Collaborations récentes

  • LMFA (UMR CNRS 5509), Ph. Blanc-Benon
  • Institut Pprime (UPR CNRS ), H. Bailliet, D. Marx, J.-C. Valière
  • TREFLE (UMR CNRS ), D. Lasseux
  • Université de Campinas (Brésil) : R. Arruda
  • CVUT (République Tchèque) : Z. Skvor


Contrats

  • Contribution au contrat ANR Blanc « IMHOTEC » pour la partie application de l’holographie numérique à la thermoacoustique, contrat n° ANR 2010 BLANC 0302 01, octobre 2010 – février 2014
  • Contrat ANR Blanc « MicroThermAc », contrat n°ANR-05-BLANC-0016-2, 12/05-06/09, en collaboration avec le LMFA (UMR CNRS 5509) et le TREFLE (UMR CNRS 8508)
  • contrat DGA n°99-34072/DSP (1999-2003), en collaboration avec le LMFA.
  • contrat DGA n°952597A (1995-1999).


Générateurs d’ondes thermoacoustiques

Un important effort de recherche est mené depuis plusieurs années de par le monde sur la description des générateurs d’ondes thermoacoustiques, qu’il soient de type Stirling ou à ondes stationnaires, équipés ou non d’une charge (résonateur secondaire, alternateur électrodynamique, tube à gaz pulsé...). Ces recherches sont motivées par la nécessité de décrire finement les conditions de déclenchement de l’instabilité thermoacoustique et les mécanismes de saturation en amplitude de l’onde auto-oscillante.
Les premiers travaux menés dans l’équipe sur les générateurs d’ondes thermoacoustiques portent sur la description d’un moteur thermoacoustique à ondes stationnaires dans lequel le déclenchement de l’onde acoustique est décrit par la résolution analytique de l’équation de la thermoacoustique linéaire sur la base de sa transformation sous forme d’une équation intégrale de Volterra de seconde espèce [RCL2,5]. Ils portent également sur la modélisation de la saturation de l’onde prenant en compte le processus de cascade harmonique. Ces travaux ont été poursuivis par l’étude expérimentale et théorique des conditions de déclenchement et de saturation de l’instabilité thermoacoustique dans un générateur d’ondes annulaire [RCL10,15,17,18,21]. Là encore, une description analytique « exacte » des conditions de déclenchement est proposée. De plus, une étude expérimentale du régime transitoire de déclenchement et de saturation de l’onde est menée, qui met en lumière la complexité des régimes obtenus sous diverses conditions (double-déclenchement, « overshoot », régime de déclenchement et arrêts successifs). Ces dynamiques complexes ont été reproduites qualitativement sur la base d’une modélisation analytique du régime transitoire ; elles prennent en compte les effets non linéaires acoustiques classiques (génération d’harmoniques supérieurs, pertes de charges singulières) ainsi que ceux mettant en jeu l’interaction entre champ acoustique et champ de température (vent acoustique, conductivité thermique acoustiquement induite). Les résultats obtenus montrent que ces derniers effets jouent un rôle prépondérant dans la nature des régimes transitoires observés. En outre, une méthode originale de contrôle actif de l’amplification thermoacoustique a été proposée, dont la preuve du concept a été apportée sur un prototype de générateur d’ondes annulaire [RCL26], qui permet d’augmenter significativement le rendement de la machine au moyen de deux sources auxiliaires judicieusement contrôlées en amplitude et en phase. Les travaux sur les générateurs d’ondes thermoacoustique sont actuellement poursuivis [RCL28] tant sur le plan analytique (généralisation du modèle analytique à la description de générateur d’ondes de géométries plus complexes) qu’expérimental (mise en oeuvre d’un banc de mesure de la matrice de transfert d’un noyau thermoacoustique).

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Fig. 1 : Générateur d’ondes thermoacoustique annulaire.
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Fig.2:Dispositif expérimental pour l’étude du concept de contrôle actif de l’amplification thermoacoustique : générateur d’onde thermoacoustique annulaire muni de sources acoustiques (2) de contrôle de la distribution spatiale du champ acoustique(optimisation du processus de conversion thermoacoustique).
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Fig.3 : Banc de caractérisation des propriétés d’amplification d’un noyau thermoacoustique. Banc de mesure complet.
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Vue hors tout du noyau thermoacoustique.


Réfrigérateurs thermoacoustiques

Les travaux actuellement menés de par le monde sur les réfrigérateurs et pompes à chaleur thermoacoustiques concernent la description fine du champ de température établi le long du stack/régénérateur par effet thermoacoustique, la réduction de l’encombrement de la machine (avec notamment pour objectif d’utiliser ces dispositifs pour le maintien en température des composants électroniques), et la description des transferts thermiques entre le stack/régénérateur et les échangeurs de chaleur. De façon plus générale, l’ensemble des travaux menés vise à une meilleure modélisation des effets mis en jeu en vue d’une optimisation du fonctionnement de ces dispositifs.
Les premiers travaux menés dans l’équipe sur les réfrigérateurs thermoacoustiques ont porté sur l’étude et l’optimisation du couplage entre la source acoustique et le résonateur : une modélisation électroacoustique complète de ce couplage a été mise en oeuvre, qui prend notamment en compte la présence du stack/régénérateur soumis à un gradient de température ; elle a été validée par un ensemble de résultats expérimentaux [RCL6,12]. Une méthode originale de contrôle actif a également été proposée [RCL1] pour augmenter l’efficacité de la machine : cette méthode vise à supprimer les harmoniques supérieurs générés dans le guide d’onde par propagation non linéaire, grâce à un mécanisme d’interférences destructives contrôlées par la source acoustique elle-même (adjonction d’harmoniques supérieurs dans le signal délivré par la source).
Des travaux ont également porté sur la description des transferts thermiques aux extrémités du stack et des échangeurs de chaleurs [RCL4,9]. Ces travaux analytiques ont mis en évidence la génération d’effets non linéaires thermiques, du fait de la présence d’un forte singularité vue par la particule fluide lorsqu’elle rentre et sort du stack/régénérateur (passage soudain d’un milieu polytropique à un milieu adiabatique). De tels effets (ainsi que les effets de bords aérodynamiques) doivent être pris en compte dans le dimensionnement des échangeurs de chaleur et de l’espace séparant ces échangeurs du stack/régénérateur.
Une part importante des recherches concerne également la description du régime transitoire d’établissement du champ de température le long du stack [RCL24]. Un modèle analytique du comportement en régime transitoire d’un réfrigérateur thermoacoustique a été mis en oeuvre. Ce comportement thermique transitoire est considéré ici comme l’effet résultant de la superposition de cinq phénomènes de transport de chaleur : le flux de chaleur dû à l’effet thermoacoustique, la conduction thermique retour dans l’empilement, la quantité de chaleur générée par les pertes visqueuses dans l’empilement, les fuites thermiques à travers les parois du résonateur et celles aux extrémités de l’empilement. L’accord entre les résultats expérimentaux et ceux issus du modèle analytique est obtenu en ajustant les coefficients d’échanges thermiques apparaissant dans les équations de départ, et dont les valeurs pour le système étudié sont inaccessibles à l’expérience. Le modèle analytique ainsi ajusté permet alors de décrire l’évolution temporelle de la distribution de la température, et d’identifier clairement les rôles respectifs des différents phénomènes physiques mis en jeu. Une étude expérimentale par thermographie infrarouge a également été mise en oeuvre afin d’estimer certains coefficients d’échanges thermiques en écoulement oscillant. Cette technique est basée sur la mesure par thermographie infrarouge de l’évolution temporelle du champ de température à la surface d’une plaque lorsque celle-ci est placée dans un résonateur thermoacoustique. Les résultats de cette mesure associés à une description analytique du comportement thermique de la plaque (description basée sur le modèle en régime transitoire évoqué plus haut) permettent d’obtenir une estimation des coefficients d’échanges. Les valeurs obtenues correspondent aux ordres de grandeurs des valeurs empiriques disponibles dans la littérature et mettent en évidence que la prise en compte des flux de chaleurs additifs aux extrémités du stack est indispensable pour obtenir des résultats satisfaisants.

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Fig. 4 : Evolution temporelle théorique (traits pleins) et expérimentale (pointillés) de la différence de température moyenne entre les extrémités du stack (a), des températures moyennes à ces deux extrémités (b), de la distribution spatiale de la température moyenne le long du stack (c) : t1 correspond à l’instant où le haut-parleur est mis en marche, t2 à 60 s après la mise en marche du haut-parleur, t3 à 240 s après la mise en marche du haut-parleur et t4 à 900 s après la mise en marche du haut-parleur.
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Fig.5 : Vue d’ensemble du dispositif expérimental de visualisation du champ de température généré par effet thermoacoustique le long d’une plaque de Kapton© placée dans un champ acoustique de fort niveau. Ce dispositif permet de visualiser de façon faiblement invasive le champ de température avec une bonne résolution spatiale et une bonne résolution temporelle. Les données mesurées ont notamment permis d’accéder (via une méthode inverse mettant en oeuvre l’algorithme du gradient conjugué) aux coefficients d’échange thermique en fluide oscillant.


Nouvelles architectures

Outre l’étude des réfrigérateurs thermoacoustique de géométrie conventionnelle, des travaux ont été menés avec pour objectif de proposer de nouvelles architectures visant à réduire l’encombrement de ces machines. En 2003, un brevet conjoint LAUM/LMFA portant sur la proposition d’un réfrigérateur thermoacoustique compact miniature a été déposé [B1]. Le principe de l’architecture originale de ce système thermoacoustique repose sur l’utilisation de quatre sources acoustiques pour créer un champ acoustique de fort niveau où les relations de phase entre les oscillations de pression et celles de vitesse sont favorables aux phénomènes thermoacoustiques [RCL22]. L’avantage de ce type d’architecture compacte est, d’une part, le gain de place par rapport à un résonateur à onde stationnaire classique et, d’autre part, la possibilité d’optimiser le champ acoustique pour maximiser le transport de chaleur thermoacoustique. A la suite de ces travaux, une nouvelle configuration de réfrigérateur compact a été développée. Cette nouvelle architecture, de type co-axiale compacte, permet de générer dans le stack le champ acoustique optimal pour le processus thermoacoustique à partir de seulement deux haut-parleurs. Les comportements acoustique et thermique du système ont été modélisés et un premier prototype sera prochainement réalisé.
La mise en œuvre d’une géométrie de réfrigérateur thermoacoustique dite "planaire", particulièrement adaptée à l’évacuation de la chaleur des processeurs ou des cartes électroniques, est également à l’étude. Ces dispositifs planaires peuvent être de géométrie soit parallélépipédique, soit cylindrique (dans ce dernier cas le mode acoustique excité est un mode radial). Des premiers prototypes ont été réalisés, mais l’obtention d’un système réellement compact nécessite des études complémentaires, notamment celles sur des sources acoustiques spécifiques, adaptées à la géométrie des systèmes planaires. Des travaux sur de telles sources sont actuellement en cours : les sources piézo-plastiques à rayonnement latéral semblent particulièrement appropriées dans le cas d’un réfrigérateur thermoacoustique planaire. Ces sources, constituées d’un empilement de plaques piézoélectriques séparées par un entrefer, présentent une géométrie qui, d’une part, autorise une utilisation interne au résonateur et, d’autre part, se prête à l’association de deux fonctions essentielles des machines thermoacoustiques, la source pouvant elle même être le siège du phénomène thermoacoustique. Le "stack actif" qui résulterait de cette utilisation inédite de la source acoustique conduirait ainsi à une plus grande compacité du système. D’autres types de sources acoustiques sont également étudiés. En particulier, l’étude d’une membrane piézoélectrique cylindrique couplée à un résonateur thermoacoustique planaire cylindrique est en cours.

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Fig 6 : réfrigérateur thermoacoustique compact
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Fig. 7 : Vue hors tout du réfrigérateur thermoacoustique compact de dimensions réduites
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Stack instrumenté occupant la cavité du réfrigérateur compact


Ecoulements redressés

L’étude des écoulements redressés (ou « vents acoustiques ») revêt une importance particulière car ce phénomène joue un rôle majeur dans la limitation des performances des machines thermoacoustiques, alors même que sa description fine n’est accessible pour l’heure que pour des dispositifs académiques dans le cadre de l’acoustique faiblement non linéaire et en l’absence de gradients de température. Aussi, un important effort de recherche à été consacré à la caractérisation expérimentale et à l’étude analytique et numérique de cet effet. Ces recherches sont également motivées par des applications potentielles en microfluidique (utilisation par exemple de la propagation d’ondes de surface dans des microcanaux pour entraîner le fluide par un effet combiné de vent acoustique et de pompage péristaltique).
Diverses études analytiques et numériques ont été menées afin de caractériser les écoulements redressés mis en jeu dans des dispositifs académiques (acoustitron [RCL14,27], résonateur annulaire à ondes progressives [RCL16], résonateur à ondes stationnaire avec et sans stack [RCL27]) ou dans des moteurs thermoacoustiques (générateurs d’ondes droit [RCL8] et annulaire [RCL3]), et afin de quanfifier leur rôle dans l’interaction entre champ acoustique et champ de température [RCL 15,17,21]]. Des travaux expérimentaux (mesure par Vélocimétrie Laser Doppler [RCL23]) ont également été menés sur un dispositif de résonateur annulaire à ondes progressives. L’ensemble de ces travaux est toujours en cours.

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Fig. 8 : Résonateur à ondes progressives utilisé pour la mesure du vent acoustique par Vélocimétrie Laser Doppler


MEMS : Instrumentation, stacks & échangeurs

Les chercheurs rattachés principalement à l’OR « Thermoacoustique » entretiennent depuis longtemps une collaboration étroite avec ceux rattachés à l’OR « Microsystèmes », notamment pour l’instrumentation des maquettes d’études avec des capteurs spécifiques (dépôt métallique de jonctions thermoélectriques sur les stacks, flux-mètres thermiques....) et pour la réalisation de stacks et d’échangeurs de chaleur.
Outre les microphones électrostatiques miniatures réalisés par technologies MEMS, plusieurs autres capteurs développés au sein de l’OR microsystèmes présentent un grand intérêt pour l’étude des machines thermoacoustiques. Plusieurs micro-capteurs faisant usage de structures thermoélectriques ont été réalisés et avantageusement utilisés dans différentes maquettes d’étude thermoacoustique. Par exemple, un nouveau type de fluxmètre a été réalisé, qui mesure le flux de chaleur échangé entre la face du corps sur lequel il repose et le milieu environnant. Chargé thermiquement sur ses deux faces, il mesure le flux de chaleur le traversant. Ce fluxmètre, peu intrusif du fait de sa faible épaisseur, ne perturbe pas les échanges thermiques.
La réalisation du « stack » et des échangeurs de chaleur miniatures a fait également l’objet d’études. Des micro-stacks en résine et en silicium ont été réalisés dans les salles blanches du LAUM. Des échangeurs de chaleur ont également été réalisés à la plateforme MIMENTO du FEMTO à Besançon (contrat de sous-traitance). Une plaque de stack instrumentée de capteurs de flux transverse a été réalisée et testée dans le cadre d’une collaboration avec le LMFA (contrat ANR MicroThermAc) afin de caractériser les échanges thermiques aux extrémités du stack.
Parmi les activités ayant nécessité une collaboration étroite avec l’OR Microsystèmes (ainsi que l’équipe de thermoacoustique du LMFA), la réalisation d’un démonstrateur à l’échelle centimétrique est particulièrement illustrative. La Fig. 5 présente une photographie du démonstrateur réalisé : la longueur du guide d’onde est de 10 cm pour une section de 1×3 cm2. Le noyau thermoacoustique, d’une longueur de 1 cm, est constitué d’un empilement de plaques en kapton (stack) solidaire de deux empilement de plaques de cuivre (échangeurs) réalisés au LAUM (l’ensemble constitue une structure composite polymère/métal qui permet d’obtenir la conductivité thermique anisotrope propice au bon fonctionnement des cœurs thermoacoustiques et des échangeurs). La machine est munie d’un fluxmètre thermique et de plusieurs thermocouples. Dans ce dispositif de démonstration utilisant comme fluide de travail de l’air sous pression atmosphérique, la puissance calorifique évacuée depuis la source froide (cuve en cuivre instrumentée par un capteur de flux de chaleur) vers la source chaude est de 60mW pour un drive ratio de 5%, ce qui , compte tenu des caractéristiques du fluide utilisé (air à pression ambiante) est une bonne performance en regard d’applications potentielles.

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Fig. 9 : Plaque de stack instrumentée en capteur de température (dépôt métallique de jonction thermoélectrique sur une plaque en kapton)
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Fig. 10 : Grilles d’échangeur réalisées par DRIE dans un substrat de silicium monocristallin de 1 mm d’épaisseur (sous traitance centrale MIMENTO de FEMTO-ST). Activités exploratoires destinées à des applications ultraminiature de machines thermoacoustique.
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Fig. 11 : Mini stack réalisé en résine SU-8 par microfabrication en salle blanche


Thèses soutenues (depuis 1998)

[TH9] M. Guedra : « Etudes semi-analytiques des conditions de déclenchement et de saturation des auto-oscillations dans des moteurs thermoacoustiques de géométries diverses », thèse soutenue le 19 octobre 2012.

[TH8] A. Boufermel : « Modélisation numérique des phénomènes non linéaires acoustiques en fluide thermo-visqueux : application à l’étude des écoulements redressés et des transferts thermiques en résonateurs », thèse soutenue le 20 juillet 2010.

[TH7] C. Desjouy : « Etudes thermoacoustiques en résonateur annulaire : mesure des écoulements redressés par Vélocimétrie Laser Doppler, et contrôle actif de l’amplification thermoacoustique », thèse soutenue le 31 mars 2010.

[TH6] G. Poignand, « Réfrigérateur thermoacoustique : étude du système compact et du régime transitoire », thèse soutenue le 10 juillet 2006.

[TH5] G. Penelet, « Etude expérimentale et théorique des processus non linéaires de saturation dans un générateur d’ondes thermoacoustique annulaire », thèse soutenue le 10 Novembre 2004.

[TH4] M. Amari, « Ecoulements redressés transitoires dans les résonateurs annulaires », thèse soutenue le 30 mars2004.

[TH3] B. Lihoreau, « Réfrigérateur thermoacoustique compact : modélisation, conception, évaluation », thèse soutenue le 18 décembre 2002.

[TH2] S. Job, « Etudes théoriques et expérimentales d’un générateur thermoacoustique annulaire à ondes progressives », thèse soutenue le 19 octobre 2001.

[TH1] H. Bailliet, « machines thermoacoustiques : études analytiques et expérimentales de couplages et d’effets non linéaires acoustiques », thèse soutenue le 23 octobre 1998.

Publications

Revues internationales à comité de lecture (depuis 1998)

[RCL33] G. Penelet, T. Biwa, « synchronization of a thermoacoustic oscillator by an external sound source », American Journ. Phys., accepté pour publication, à paraître en 2013.

[RCL32] G. Penelet, M. Guedra, V. Gusev, T. Devaux « Simplified account of Rayleigh streaming for the description of nonlinear processes leading to steady state sound in thermoacoustic engines », Intern. Journ. Heat Mass Transfer, 55:6042-6053, 2012.

[RCL31] M. Guedra, G. Penelet, « On the use of a complex frequency for the description of thermoacoustic engines », Acustica Acta Acustica 98:232-241, 2012

[RCL30] M. Guedra, G. Penelet, P. Lotton, J.P. Dalmont, « Theoretical prediction of the onset of thermoacoustic instability from the experimental transfer matrices of the thermoacoustic core », J. Acoust. Soc. Am. 130:145-152, 2011.

[RCL29] A. Berson, G. Poignand, Ph. Blanc-Benon, G. Comte-Bellot, « Nonlinear temperature field near the stack ends of a standing wave thermoacoustic refrigerator », Intern. Journ. Heat Mass Transfer, 54:4730-4735, 2011.

[RCL28] G. Poignand, P. Lotton, G. Penelet, M. Bruneau, « Thermoacoustic, small-cavity excitation to achieve optimal performance », Acustica Acta Acustica 97:926-932, 2011

[RCL27] A. Boufermel, N. Joly, P. Lotton, M. Amari, V. Gusev, " Velocity of mass transport to model acoustic streaming : numerical application to annular resonators", accepté pour publication dans Acustica Acta Acustica, à paraître en 2011.

[RCL26] Desjouy C., Penelet G., Lotton P. « Active control of thermoacoustic amplification in an annular thermoacoustic engine », accepté pour publication au Journal of Applied Physics, à paraître en 2011.

[RCL25] Joly, N. « Finite Element Modeling of Thermoviscous Acoustics on Adapted Anisotropic Meshes : Implementation of the Particle Velocity and Temperature Variation Formulation », Acustica Acta Acustica 96 (1):102-114 2010.

[RCL24] Lotton, P., Blanc-Benon P., Bruneau, M., Gusev V., Duffourd S., Mironov M., Poignand G. « Transient temperature profile inside thermoacoustic refrigerators », International Journal of Heat and Mass Transfer 52(21-22):4986-4996, 2009

[RCL23] Desjouy, C ; Penelet, G ; Lotton, P ; Blondeau, J, « Measurement of acoustic streaming in a closed-loop traveling wave resonator using laser Doppler velocimetry »,Journal of the Acoustical Society of America 126 (5):2176-2183 2009.

[RCL22] Poignand, G ; Lihoreau, B ; Lotton, P ; Gaviot, E ; Bruneau, M ; Gusev, V, « Optimal acoustic fields in compact thermoacoustic refrigerators », Applied Acoustics 68 (6):642-659 2007.

[RCL21] Penelet, G ; Gusev, V ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Nontrivial influence of acoustic streaming on the efficiency of annular thermoacoustic prime movers », Physics Letters A 351 (4-5):268-273 2006.

[RCL20] Joly, N ; Bruneau, M ; Bossart, R, « Coupled equations for particle velocity and temperature variation as the fundamental formulation of linear acoustics in thermo-viscous fluids at rest », Acustica Acta Acustica 92 (2):202-209 2006.

[RCL19] Tu, Q ; Gusev, V ; Bruneau, M ; Zhang, CP ; Zhao, L ; Guo, FZ, « Experimental and theoretical investigation on frequency characteristic of loudspeaker-driven thermoacoustic refrigerator », Cryogenics 45 (12):739-746 2005

[RCL18] Penelet, G ; Job, S ; Gusev, V ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Dependence of sound amplification on temperature distribution in annular thermoacoustic engines », Acustica Acta Acustica 91 (3):567-577 2005.

[RCL17] Penelet, G ; Gusev, V ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Experimental and theoretical study of processes leading to steady-state sound in annular thermoacoustic engines », Physical Review E 72 (1) : Art No. 016625 2005

[RCL16] Amari, M ; Gusev, V ; Joly, N, « Transient unidirectional acoustic streaming in annular resonators », Ultrasonics 42 (1-9):573-578 2004.

[RCL15] Job, S ; Gusev, V ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Acoustic streaming measurements in annular thermoacoustic engines », ,Journal of the Acoustical Society of America 113 (4):1892-1899, 2003

[RCL14] Amari, M ; Gusev, V ; Joly, N, « Temporal dynamics of the sound wind in acoustitron », Acustica Acta Acustica 89 (6):1008-1024 2003.

[RCL13] Bossart, R ; Joly, N ; Bruneau, M, « Hybrid numerical and analytical solutions for acoustic boundary problems in thermo-viscous fluids », Journal of Sound and Vibration 263 (1):69-84 Art No. PII S0022-460X(02)01098-2 2003.

[RCL12] Lihoreau, B ; Lotton, P ; Bruneau, M ; Gusev, V, « Piezoelectric source exciting thermoacoustic resonator : Analytical modelling and experiment », Acustica Acta Acustica 88 (6):986-997 2002.

[RCL11] Mironov, M ; Gusev, V ; Auregan, Y ; Lotton, P ; Bruneau, M ; Piatakov, P, « Acoustic streaming related to minor loss phenomenon in differentially heated elements of thermoacoustic devices », ,Journal of the Acoustical Society of America 112 (2):441-445 2002.

[RCL10] Penelet, G ; Gaviot, E ; Gusev, V ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Experimental investigation of transient nonlinear phenomena in an annular thermoacoustic prime-mover : observation of a double-threshold effect », Cryogenics 42 (9):527-532 Art No. PII S0011-2275(02)00073-5 2002.

[RCL9] Gusev, V ; Lotton, P ; Bailliet, H ; Job, S ; Bruneau, M, « Thermal wave harmonics generation in the hydrodynamical heat transport in thermoacoustics », Journal of the Acoustical Society of America 109 (1):84-90 2001.

[RCL8] Bailliet H., Gusev V., Raspet R., Hiller R, « Acoustic streaming in closed thermoacoustic devices », Journal of the Acoustical Society of America 110 (4):1808, 2001.

[RCL7] Bailliet, H ; Lotton, P ; Bruneau, M ; Gusev, V ; Valiere, JC ; Gazengel, B, « Acoustic power flow measurement in a thermoacoustic resonator by means of laser Doppler anemometry (LDA) and microphonic measurement », Applied Acoustics 60 (1):1-11 2000.

[RCL6] Bailliet, H ; Lotton, P ; Bruneau, M ; Gusev, V, « Coupling between electrodynamic loudspeakers and thermoacoustic cavities », Acustica Acta Acustica 86 (2):363-373 2000.

[RCL5] Gusev, V ; Bailliet, H ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Asymptotic theory of nonlinear acoustic waves in a thermoacoustic prime-mover », Acustica Acta Acustica 86 (1):25-38 2000.

[RCL4] Gusev, V ; Lotton, P ; Bailliet, H ; Job, S ; Bruneau, M, « Relaxation-time approximation for analytical evaluation of temperature field in thermoacoustic stack », Journal of Sound and Vivration 235 (5):711-726 2000.

[RCL3] Gusev, V ; Job, S ; Bailliet, H ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Acoustic streaming in annular thermoacoustic prime-movers », Journal of the Acoustical Society of America 108 (3):934-945 Part 1 2000.

[RCL2] Gusev, V ; Bailliet, H ; Lotton, P ; Bruneau, M, « Interaction of counterpropagating acoustic waves in media with nonlinear dissipation and in hysteretic media », Wave Motion 29 (3):211-221 1999.

[RCL1] Gusev, V. ; Baillet, H ; Lotton, P ; Job, S ; Bruneau, M, « Enhancement of the Q of a nonlinear acoustic resonator by active suppression of harmonics », Journal of the Acoustical Society of America 103 (6):3717-3720 1998.

Brevets

[B1] Bruneau M. Lotton P., Gusev V., Blanc-Benon Ph., Gaviot E., Durand S. « Réfrigérateur thermoacoustique ». Brevet n°120434 déposé à l’INPI (mai 2003).

Conférences Invitées dans des congrès internationaux (depuis 2006)

[INV3] P. Lotton, G. Penelet, E. Gaviot, S. Durand, L. Camberlein, P. Blanc-Benon, M. Bruneau, ”Recent developments in miniaturization of thermoacoustic devices”, Acoustics’08, Paris, 29 juin-4 juillet 2008.

[INV2] G. Penelet, « Thermoacoustic engines : some recent studies at the Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Maine », conférence invitée à "The second seminar for Interdisciplinary Exchange by the program for Exploring Advanced Interdisciplinary Frontiers, sponsored by the Center for Research Strategy of Tohoku university", Tohoku University, Sendai, japon, 31 octobre 2007.

[INV1] V. Gusev, G. Penelet, “Non-linear acoustic effects induced by temperature gradients near the fluid/solid interfaces”, 19th International Congress on Acoustics, Madrid, Septembre 2007.


Conférences Internationales avec actes (depuis 2002)

[CCI28] G. Penelet, M. Guedra, V. Gusev, « Account of heat convection by acoustic streaming in the description of wave amplitude growth and stabilization in a standing wave thermoacoustic prime-mover », 19th International Symposium on Nonlinear Acoustics, Tokyo, May 2012

[CCI27] Ph. Blanc-Benon, G. Poignand, E. Jondeau, « investigation of the acoustic field in a standing-wave thermoacoustic refrigerator using time-resolved Particle Image Velocimetry », 19th International Symposium on Nonlinear Acoustics, Tokyo, May 2012

[CCI26] P. Lotton, G. Poignand, A. Podkovskiy, G. Penelet, M. Bruneau, « Experimental and theoretical analysis of a small-scale thermoacoustic cooler driven by two sources », Acoustics 2012, Nantes (France), April 2012.

[CCI25] G. Penelet, T. Chareyre, J. Gilbert, « Weakly nonlinear acoustic oscillations in gas columns in the presence of temperature gradients », Acoustics 2012, Nantes (France), April 2012.

[CCI24] M. Guédra, T. Devaux, G. Penelet, P. Lotton, « Amplification and saturation of the thermoacoustic instability in a standing-wave thermoacoustic prime-mover », Acoustics 2012, Nantes (France), April 2012.

[CCI23] G. Penelet, T. Biwa, « Synchronization of a standing-wave thermoacoustic prime-mover by an external sound source », Acoustics 2012, Nantes (France), April 2012.

[CCI22] F. Bannwart, G. Penelet, P. Lotton, J.P. Dalmont, « Methods for transfer matrix evaluation applied to thermoacoustics », Acoustics 2012, Nantes (France), April 2012.

[CCI21] G. Poignand, E. Jondeau, Ph. Blanc-Benon, « Aerodynamic and thermal measurements in a standing wave thermoacoustic refrigerator », 3rd Joint US-European Fluids Engineering Summer Meeting, ASME 2010, Montreal, Canada, August 1-5, 2010

[CCI20] M. Guedra, G. Penelet, P. Lotton, “Semi-analytical determination of the onset conditions of thermoacoustic engines”, ASME 2010 3rd Joint US–European Fluids Engineering Summer Meeting, Montréal (Canada), 1-5 Août 2010.

[CCI19] N. Joly, A. Boufermel, P. Lotton, "Numerical modeling of thermoviscous acoustics and induced slow nonlinear processes in thermoacoustic resonators", 3rd Joint US-European Fluids Engineering Summer Meeting, ASME 2010, Montreal, Canada, August 1-5, 2010

[CCI18] A. Boufermel, N. Joly, P. Lotton, "Numerical computation of acoustic streaming in annular rasonators" , 9th International Conference on Theoretical and Computational Acoustics", Dresden, Germany, September 7- 11, 2009

[CCI17] C. Desjouy, P. Lotton, G. Penelet, J. Blondeau, “LDV measurements of acoustic streaming in a traveling-wave, closed-loop resonator”, Acoustics’08, Paris, 29 juin-4 juillet 2008.

[CCI16] A. Boufermel, N. Joly, P. Lotton, "Numerical modelling of acoustic streaming in resonators", Acoustic 08, Paris, July 2008

[CCI15] V. Feuillet, G. Penelet, P. Lotton, L. Camberlein, “ Experimental study of the thermoacoustic effect using Infrared Thermography”, Acoustics’08, Paris, 29 juin-4 juillet 2008.

[CCI14] P. Lotton, M. Bruneau, G. Penelet, “Compact thermoacoustic refrigerator”, International Congress on Ultrasonics, Vienne, 9-12 Avril 2007.

[CCI13] G. Penelet, C. Desjouy, P. Lotton, V. Gusev, “On the use of acoustic streaming for heat transfer applications”, International Congress on Ultrasonics, Vienne, 9-12 Avril 2007.

[CCI12] Penelet G., Gusev V., Lotton P., Bruneau M. Non trivial influence of acoustic streaming on the efficiency of annylar thermoacoustic prime movers. WCU/UI’05, Pékin, septembre 2005.

[CCI11] Penelet G., Gusev V., Lotton P., Bruneau M. Thermoacoustique engines, WCU/UI’05, Pékin, septembre 2005.

[CCI10] Bruneau M., Poignand G., Penelet G., Lotton P., Gusev V., GAVIOT E., CAMBERLEIN L. Porous materials used as « stacks » in thermoacoustic engine, 3rd International Conference of the African Materials Research Society, Marrakech, Maroc, 7-10 décembre 2005.

[CCI9] G. Penelet, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Experimental and theoretical studies of nonlinear saturation processes in annular thermoacoustic prime movers », Joint Workshop of Russian Acoustical Society (RAS) and French Acoustical Society (SFA) On High Intensity Acoustic Waves In Modern Technological And Medical Applications, 14-15 Novembre 2005, Moscou (Russie).

[CCI8] Poignand G., Lotton P., Mironov M., Bruneau M., Gusev V. Modelling The Transient Behaviour of a Thermoacoustic Refrigerator, 18th International Congress on Acoustics, Kyoto, avril 2004, 2095-2096.

[CCI7] Penelet G., Gusev V., Lotton P., Bruneau M. Transient non linear processes in annular thermoacoustic engines, 18th International Congress on Acoustics, Kyoto, avril 2004, 2099-2102.

[CCI6] G. Penelet, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Investigation of transient nonlinear phenomena in annular thermoacoustic prime-movers ». 5th Ultrasonics World Congress, WCU 2003, Paris (France).

[CCI5] Amari M. , Joly N., Gusev V., Transient acoustic streaming in acoustitron and annular thermoacoustic devices, Ultrasonics International, 30 june-3 july 2003, Granada (Spain)

[CCI4] Amari M., Joly N., Gusev V. Acoustic streaming development in annular resonators. 5th World Congress on Ultrasonics WCU 2003, Paris, 7-10 septembre 2003

[CCI3] Lotton P., Lihoreau B., Bruneau M., Gusev V. An analytical modelling to describe he coupling between a piezoelectic actuator and a loading medium. Validation of the method for engineering problems. 114th Convention of the Audio Engieering Society, Convention paper 5757, Amsterdam, 22-25 March 2003.

[CCI2] G. Penelet, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Experimental investigation of transient nonlinear phenomena in an annular thermoacoustic prime-mover ». 16th International Symposium on Nonlinear Acoustics, ISNA 2002, Moscou (Russie).

[CCI1] G. Penelet, E. Gaviot, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Experimental investigation of transient nonlinear phenomena in an annular thermoacoustic prime-mover ». Forum Acusticum 2002, Séville (Espagne).

Conférences Nationales avec actes (depuis 2002)

[CCN22] M. Guédra, G. Penelet, L. Pien et P. Lotton, “Détermination Analytique du Déclenchement de Machines Thermoacoustiques à partir de la Matrice de Transfert Expérimentale d’un Noyau Thermoacoustique”, 10ième Congrès Français d’Acoustique, Lyon, Avril 2010.

[CCN21] A. Boufermel, N. Joly, P. Lotton, "Numerical unsteady model for thermoacoustic devices", 10ième Congrès Français d’Acoustique, Lyon, Avril 2010

[CCN20] G. Poignand, E. Jondeau, P. Blanc Benon, E. Gaviot, L. Camberlein, G. Penelet et P. Lotton, “Mesure du flux de chaleur thermique extrait à l’échangeur de chaleur froid d’un réfrigérateur thermoacoustique”, 10ième Congrès Français d’Acoustique, Lyon, Avril 2010.

[CCN19] F. Jebali Jerbi, G. Huelsz, P. Lotton, S. Kouidri, "Quelques aspects liés aux différents niveaux de l’amplitude de vitesse acoustique mesurée par anémométrie fil chaud", 10ième Congrès Français d’Acoustique, Lyon, Avril 2010

[CCN18] C. Desjouy, P. Lotton, G. Penelet, "Etude théorique et expérimentale d’un résonateur acoustique annulaire à ondes progressives", 18ième Congrès Français de Mécanique, Grenoble, Septembre 2007.

[CCN17] P. Lotton, M. Bruneau, P. Blanc-Benon, V. Gusev, M. Mironov, G. Poignand, "Systèmes thermo- acoustiques de transfert de chaleur : répartition interne de température en régime transitoire", 18ième Congrès Français de Mécanique, Grenoble, Septembre 2007

[CCN16] N. Joly et S. Durand, Modélisation numérique de l’acoustique en fluides thermovisqueux : application à l’étude de micro-systèmes, 18ième Congrès Français de Mécanique, Grenoble, actes sur CD, 27-31 août 2007.

[CCN15] P. Lotton, E. Dalton, M. Amari, V. Gusev, "Acoustic streaming in annular resonator : Application to PCR on-chip reactor", SHF – Microfluidics 2006 - Toulouse, December 2006

[CCN14] Q. Tu, G. Penelet, B. Gazengel, V. Gusev, « Etude et contrôle du vent acoustique dans les générateurs d’ondes thermoacoustiques annulaires », 8ième Congrès Français d’Acoustique, Tours, 24-27 avril 2006.

[CCN13] P. Lotton, M. Bruneau, M. Mironov, V. Gusev, G. Poignand, Ph. Blanc-Benon, "Modélisation du champ de température en régime transitoire d’un réfrigérateur thermo-acoustique". 8ième Congrès Français d’Acoustique, Tours, Avril 2006

[CCN12] G. Poignand, P. Lotton, M. Bruneau, E. GAVIOT, "Etudes analytiques et expérimentales d’un réfrigérateur thermoacoustique compact", 8ième Congrès Français d’Acoustique, Tours, Avril 2006 .

[CCN11] Joly N., Bruneau M. Modélisation de l’acoustique linéaire en fluide thermovisqueux, 8ème Congrès français d’Acoustique, Tours, Avril 2006.

[CCN10] G. Penelet, P. Lotton, V. Gusev, G. Poignand, M. Bruneau, E. Gaviot, S. Durand, L. Camberlein, P. Blanc-Benon, « Thermoacoustique : principe et perspectives en microfluidique », 2ième Congrès Français de Microfluidique mflu’04, Toulouse, 13-16 Décembre 2004.

[CCN9] G. Penelet, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Transient nonlinear processes in annular thermoacoustic engines ». 7e Congrès Français d’Acoustique, CFA/DAGA 2004, Strasbourg.

[CCN8] Lihoreau B., Lotton P., Gaviot E., Bruneau M., Gusev V., Thermoacoustic refrigeration : optimisation of the particle velocity as a function of the acoustic pressure, 7ème Congrès Français d’Acoustique (CFA/DAGA), Strasbourg, Mai 2004, 1215-1216.

[CCN7] Poignand G., Lotton P., Mironov M., Bruneau M., Gusev V., Blanc-Benon P. Modèle analytique du comportement transitoire d’un réfrigérateur thermoacoustique, Congrès Français de Thermique, Presqu’île de Giens, mai 2004, 921-926.

[CCN6] Poignand G., Lotton P., Mironov M., Bruneau M., Gusev V., Blanc-Benon P. Modelling the transient behaviour of a thermoacoustic refrigerator, 7ème Congrès Français d’Acoustique (CFA/DAGA), Strasbourg, Mai 2004, 133-134.

[CCN5] Penelet G., Gusev V., Lotton P., Bruneau M. comportement transitoire d’un moteur thermoacoustique annulaire. Journées de la Société française de Thermique (SFT), Paris, 8 décembre 2004.

[CCN4] G. Penelet, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Etude des processus non linéaires de saturation dans un moteur thermoacoustique annulaire en régime transitoire ». 16ième Congrès Français de Mécanique, CFM 2003, Nice.

[CCN3 Amari M., Joly N., Gusev V. Ecoulement instationnaire généré par un champ acoustique dans un acoustitron et en machines thermoacoustiques annulaires 16ème Congrès Français de Mécanique, Nice, 1-5 septembre 2003.

[CCN2] Bruneau M., Lotton P., Lihoreau B., GAVIOT E., Poignand G., Gusev V. Réfrigérateur thermoacoustique compact. 16ème Congrès Français de Mécanique, Nice, 1-5 septembre 2003.

[CCN1] G. Penelet, S. Job, V. Gusev, P. Lotton, M. Bruneau, « Etude expérimentale de phénomènes transitoires non linéaires dans un générateur d’ondes thermoacoustique annulaire ». Actes du 6e Congrès Français d’Acoustique, CFA 2002, Lille.


Colloques sans actes (depuis 2006)

[COL12] G. Penelet « Introduction à la thermoacoustique », journée d’étude « Machines thermoacoustiques : contribution au développement durable », organisée conjointement par les Sociétés Françaises de Thermique et d’Acoustique et le GDR « Thermoacoustique », Paris, 10 décembre 2010.

[COL11] M. Guedra, G. Penelet, P. Lotton, « Détermination expérimentale des propriétés d’amplification thermoacoustique d’une mousse métallique », journée d’étude « Mousses Métallique » de la Société Française de Thermique , Sèvres, 25 Novembre 2010.

[COL10] M. Guedra, G. Penelet, P. Lotton, « Détermination analytique des conditions de déclenchement de machines thermoacoustiques à partir de la mesure de la matrice de transfert d’un noyau thermoacoustique », 3ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Le Mans, 5-6 octobre 2009.

[COL9] N. Joly : « Généralités sur la modélisation numérique - Modèles par éléments finis et maillage adaptatif anisotrope de l’acoustique en fluide thermovisqueux », 3ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Le Mans, 5-6 octobre 2009.

[COL8] A. Boufermel : « modélisation numérique des phénomènes lents (streaming, et transferts thermiques », 3ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Le Mans, 5-6 octobre 2009.

[COL7] M. Bruneau : « 1868-2008 : 150 ans d’acoustique en fluide thermo-visqueux », 3ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Le Mans, 5-6 octobre 2009.

[COL6] G. Poignand : « Modélisation des phénomènes transitoires le long d’un stack couplé ou non avec des échangeurs », 3ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Le Mans, 5-6 octobre 2009.

[COL5] G. Penelet, « Méthodes de mesure à 2 microphones . Applications à la Thermoacoustique », 2ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Poitiers, 4-5 Mai 2009.

[COL4] C. Desjouy, P. Lotton, G. Penelet, « Intercomparaison des mesures et post-traitements LDV des vitesses acoustiques et des vitesses d’écoulement redressé », 2ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Poitiers, 4-5 Mai 2009.

[COL3] E. Gaviot (LAUM) : Activités de micro’cap ouest autour de la thermoacoustique (MEMS pour mesures thermiques), 2ième colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Poitiers, 4-5 Mai 2009.

[COL2] G. Penelet, C. Desjouy, A. Boufermel, « La thermoacoustique au LAUM : récentes activités de recherche , focus sur l’étude du vent acoustique. », 1ier colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Paris, 15-16 décembre 2008.

[COL1] C. Desjouy, P. Lotton, G. Penelet, « Etude théorique et expérimentale d’un résonateur acoustique annulaire à ondes progressives », 1ier colloque du GDR Thermoacoustique (GDR CNRS 3058), Paris, 15-16 décembre 2008.

Autres Publications/communication (depuis 2006)

Enveloppe Soleau
[DIV4] G. Penelet, C. Desjouy, P. Lotton, P. Blanc-Benon, M. Bruneau, L. Camberlein, E. Gaviot, V. Gusev, « Dispositif de contrôle actif en temps réel de l’amplification thermoacoustique dans les machines thermoacoustiques ». Enveloppe Soleau n°357558, Juillet 2009.

Articles de vulgarisation
[DIV3] G. Penelet, P. Lotton, M. Bruneau, P. Blanc-Benon, V. Gusev, « Machines thermoacoustiques », Acoustique & Techniques (trimestriel d’information des professionnels de l’acoustique), n°57, pp. 42-48, 2009.

[DIV2] G. Penelet, P. Lotton, V. Gusev, G. Poignand, M. Bruneau, E. Gaviot, S. Durand, L. Camberlein, P. Blanc-Benon, « Thermoacoustics : principles and future prospects in microfluidics », La Houille Blanche : revue internationale de l’eau, vol. 4, pp. 19-24, 2006.

Ecole d’été (cours)
[DIV1] Cours/conférences dans le cadre de la première école de Thermoacoustique, Roscoff, Juin 2010 : introduction à la thermoacoustique (G. Penelet), théorie linéaire de la thermoacoustique (G. Penelet), électroacoustique (P. Lotton), acoustique physique I (M. Bruneau), acoustique physique II (M. Bruneau), initiation à delta-EC (G. Poignand)

Dernière mise à jour : 03/12/10

Contact :
guillaume.penelet univ-lemans.fr,
tel : 33 2 43 83 36 26
fax : 33 2 43 83 35 20