De nos jours, l'amélioration du rendement des turbomachines modernes, notamment des turbines à gaz, s'obtient principalement en augmentant leur niveau de températures dans la chambre de combustion. Les conditions ainsi imposées aux premiers étages de la turbine sont bien au-dessus des températures maximums admissibles par les matériaux de la machine, d'où la nécessité d'appliquer un refroidissement efficace sur les parties fortement sollicitées en températures.

Une des parties les plus sollicitée est certainement l'aubage directeur juste en sortie de la chambre de combustion. Son rôle est d'amener les gaz chauds et à haute pression sur les aubes du rotor de la turbine de manière efficace afin d'en extraire le maximum de travail. L'efficacité de l'aubage directeur, au niveau aérodynamique est essentiellement définit par le niveau de perte de charge généré lors du passage des gaz chauds. Au niveau thermique, une bonne aube directrice est caractérisée par un refroidissement efficace la protégeant des gaz extrêmement chauds sortant de la chambre de combustion. Pour cette raison, l'aube est refroidie de manière interne par un fluide de refroidissement circulant dans des canaux, mais aussi de manière externe, par l'injection d'un fluide de refroidissement à la surface et communément appelé "refroidissement par film". Si ce dernier est bien conçu, le film protège de manière très efficace les aubes et les parois de la machine. Par contre si il est mal conçu, telle que : mauvaise position géométrique des trous d'injection, taux d'injection inadéquats, il se produit alors une baisse des performances de la machine.

Récemment, des études ont montré une baisse des pertes aérodynamiques des aubages directeurs possédant des parois formées. De plus, il a aussi été remarqué que les profils de températures en sortie des chambres de combustions sont de plus en plus homogènes, nécessitant par conséquent un meilleur refroidissement des parois. Se pose alors le problème d'effectuer correctement un important refroidissement par film sur l'aubage directeur et sur ses parois formées. Une approche numérique de ce problème n'est pour l'instant pas possible, les codes de calculs n'étant pas encore assez performants pour tenir compte des phénomènes physique présent dans une telle situation. Par conséquent une approche expérimentale s'impose.

Jusqu'à présent, de nombreuses études ont été effectuées sur le refroidissement par film mais sur des géométries relativement simples telles que plaque plane, cylindres etc. L'originalité du présent travail fut d'étudier une configuration d'injection sophistiquée sur une géométrie d'aubage directeur muni de parois formées. Pour cela, aussi bien l'aspect aérodynamique que thermique associé au refroidissement par film fut considéré. Les essais furent partagés en deux parties, la première fut dédiée à l'étude de l'aubage directeur même, la deuxième à l'étude du refroidissement par film sur les parois formées.

Dans les deux cas, les mesures de transfert de chaleur et d'efficacité de refroidissement par film furent effectuées à l'aide d'une technique de mesure transitoire utilisant des cristaux liquides. Pour l'aubage directeur, un système de préconditionnement suivi d'une insertion rapide fut utilisé. Ce dernier fut déjà appliqué lors d'autres projets, mais dans le cadre de ce travail de recherche, la technique des cristaux liquides fut améliorée. Pour cela, un nouveau système de traitement d'image et d'analyse du signal furent conçus.

Pour les mesures sur les parois, une nouvelle technique de mesure transitoire basée sur l'utilisation d'une fine feuille électrique chauffante fut développée. L'originalité de cette nouvelle technique réside dans son application à des géométries complexes pour lesquelles un flux de chaleur non homogène est produit (parois courbes, présence de trous de refroidissement). Cette nouvelle technique de mesure fut tout d'abord testée et validée sur une géométrie simple, consistant en une plaque plane refroidie par film. Cette même technique fut ensuite appliquée aux parois formées et refroidies par film et permit d'obtenir des résultats très intéressants de coefficient de transfert de chaleur (h) et d'efficacité de refroidissement par film (η). Ce dernier résultat fut aussi comparé à des valeurs obtenues à l'aide d'une technique de mesure tout aussi innovante basée sur une peinture PSP avec injection d'azote.

Les résultats de ce travail expérimental sur le refroidissement par film et appliqué sur une géométrie complexe, ont été obtenus grâce au développement de nouvelles techniques de mesures. Ces dernières permettent maintenant d'effectuer des essais systématiques afin de mieux comprendre l'aspect physique du procédé de refroidissement par film sur des configurations complexes telles que des parois formées.