Etude des écoulements à l'interface joint-rugosité pour des applications de haute étanchéité

Certaines applications industrielles necessitent des niveaux d’etancheite exceptionnels pour permettre la realisation d’un vide pousse ou pour repondre a des enjeux de securite radiologique par exemple. Ces niveaux de haute etancheite statique sur des assemblages demontables sont obtenus a l’aide de joints entierement metalliques. La fuite resultante de l’assemblage n’est due qu’a la persistance d’un champ des ouvertures a l’interface entre le joint d’etancheite et la bride d’assemblage, consequence d’un contact imparfait entre les deux surfaces rugueuses. Le champ des ouvertures a l’interface de contact est assimilable a une fracture rugueuse heterogene, de nature multi-echelle, et peut en principe etre obtenu par un calcul de deformations mecaniques prealable. Dans ce travail, on s’interessera plus particulierement a l’ecoulement gazeux rarefie dans le regime glissant au sein de cette fracture. Pour les regimes moderement rarefies,l’ecoulement est modelise par l’equation de Reynolds faiblement compressible avec correction de glissement de premier ordre aux parois que l’on developpe. On effectue ensuite un changement d’echelle par la methode de la prise de moyenne volumique, permettant d’etablir un modele macroscopique d’ecoulement a l’echelle d’un element representatif, ou le debit massique est relie au gradient de pression via le tenseur de transmissivite. Celui-ci, caracteristique de l’element representatif de fracture, est calcule par resolution d’un probleme de fermeture et est dependant de la microstructure ainsi que du libre parcours moyen representatif sur l’element. Pour remonter a l’ecoulement dans l’ensemble de la fracture, heterogene a cette echelle, celle-ci est subdiviseeen paves sur chacun desquels est calcule un tenseur de transmissivite local par la methode sus-citee. Ensuite, l’ecoulement dans ce champ de tenseurs est resolu par une methode des elements finis de frontiere, donnant la transmissivite apparente glissante du joint dans son ensemble. Cette approche a deux echelles, vue comme outil d’aide a la conception, permet une reduction de la complexite de calcul par rapport a une simulation directe, rendant possible une analyse plus efficace du comportement d’un systeme d’etancheite. Pour valider l’utilisation du modele de glissement d’un point de vue macroscopique et s’affranchir des incertitudes sur le calcul de deformation mecanique, des puces nanofluidiques de type reseau heterogene de canaux droits sont fabriquees par photolithographie par niveaux de gris. Des essais experimentaux de mesure de fuite sont realises sur ces geometries modeles, representant des joints idealises. Ces essais sont effectues en appliquant une forte difference de pression d’helium par utilisation d’un spectrometre de masse mesurant la fuite, produisant une condition de vide en sortie de puce.Selon les puces, les regimes de rarefaction atteints vont alors du regime glissant au regime moleculaire. Le debit de fuite mesure est alors superieur a celui predit par le modele de premier ordre, l’ecart restant inferieur a un ordre de grandeur quel que soit le regime