Tesis sobre el tema "Étude expérimentale à échelle réduite"

L’utilisation de vitrages spécialisés est une stratégie permettant aux constructions résidentielles québécoises d’atteindre un meilleur rendement énergétique. Cependant, ces vitrages modifient la quantité et la qualité de la lumière intérieure, ce qui a un effet important sur la perception visuelle de l’espace et de la vue sur l’extérieur. Cet effet est particulièrement important à considérer dans les espaces de repos ou de loisir, comme dans un salon ou une salle de séjour, puisque l’attention de l’occupant est focalisée sur les ambiances et les qualités de l’espace plutôt que sur une tâche particulière. Toutefois, très peu d’études se sont penchées sur la qualité de la lumière en fonction du type de vitrage en milieu résidentiel. L’objectif principal de cette recherche est d’étudier l’influence de vitrages spécialisés (à revêtements et verres teintés) sur la qualité de la lumière naturelle en milieu résidentiel. Cette étude a été réalisée à l’aide d’une maquette à échelle réduite simulant une salle de séjour et dont le vitrage était interchangeable. Sept échantillons de vitrage étaient à l’étude. Des participants devaient observer l’intérieur de la maquette et évaluer les qualités de l’espace et de la lumière pour chaque type de vitrage. De plus, la couleur de la lumière transmise a été étudiée à l’aide d’une analyse numérique d’images digitales. L’ensemble des résultats obtenus a confirmé la plupart des hypothèses de travail et corroborent les résultats obtenus lors de recherches antérieures. Parmi ces résultats, il apparaît que le type de vitrage a influencé la perception du niveau de lumière, de la naturalité, de la beauté et de la précision. De plus, les vitrages dont la transmittance est plus élevée ont produit des évaluations plus positives concernant la perception de la naturalité, de la beauté et de la précision. Par ailleurs, les résultats suggèrent que pour un facteur de transmission similaire (82 et 83%), les participants ont préféré un vitrage double sans oxyde de fer à un vitrage double standard, ce qui est probablement attribuable à la neutralité spectrale du vitrage sans oxyde de fer. Enfin, la présente étude suggère que les participants ont peu apprécié l’espace et la lumière lorsque le vitrage produisait une lumière verdâtre.
The use of tinted and coated glazing is one of the strategies that can improve energy efficiency of residential buildings. However, these glazing types modify the quantity and quality of daylight in the building and these modifications affect the visual perception of the interior and view out. This effect is probably more important to consider in spaces dedicated to contemplation, such as a residential living room, because more attention is allocated to the room’s ambience. However, most studies in this area have been conducted in a work environment and no studies have been conducted in a residential environment. The main objective of this research was to study the effect of glazing type on daylight quality in residential spaces. The experience was conducted using a scale model of a typical living room where the glazing type was interchangeable. Seven glazing samples provided by local manufacturers were tested. The participants looked inside the model and evaluated daylighting qualities according to each glazing type. Furthermore, the transmitted light colour was studied and analysed by a digital photo analysis. The main results confirmed most of the work hypotheses and corroborated some results of previous research. Among these results, it was found that the glazing type influences the perception of light level, naturalness, beauty and pleasantness and precision. Also, the correlation between visual transmittance and the qualitative factors confirms the hypothesis that glazing types of a higher visual transmittance produce more positive ratings regarding the perception of naturalness, beauty and pleasantness and precision. Furthermore, results suggest that for a similar transmittance (82 and 83%), participants preferred an iron-free double pane glazing to a standard double pane glazing, which is probably due to the spectral neutrality of the iron-free glazing. Finally, this research indicates that glazing types with a strong green shift are generally disliked.

L’utilisation de vitrages spécialisés est une stratégie permettant aux constructions résidentielles québécoises d’atteindre un meilleur rendement énergétique. Cependant, ces vitrages modifient la quantité et la qualité de la lumière intérieure, ce qui a un effet important sur la perception visuelle de l’espace et de la vue sur l’extérieur. Cet effet est particulièrement important à considérer dans les espaces de repos ou de loisir, comme dans un salon ou une salle de séjour, puisque l’attention de l’occupant est focalisée sur les ambiances et les qualités de l’espace plutôt que sur une tâche particulière. Toutefois, très peu d’études se sont penchées sur la qualité de la lumière en fonction du type de vitrage en milieu résidentiel. L’objectif principal de cette recherche est d’étudier l’influence de vitrages spécialisés (à revêtements et verres teintés) sur la qualité de la lumière naturelle en milieu résidentiel. Cette étude a été réalisée à l’aide d’une maquette à échelle réduite simulant une salle de séjour et dont le vitrage était interchangeable. Sept échantillons de vitrage étaient à l’étude. Des participants devaient observer l’intérieur de la maquette et évaluer les qualités de l’espace et de la lumière pour chaque type de vitrage. De plus, la couleur de la lumière transmise a été étudiée à l’aide d’une analyse numérique d’images digitales. L’ensemble des résultats obtenus a confirmé la plupart des hypothèses de travail et corroborent les résultats obtenus lors de recherches antérieures. Parmi ces résultats, il apparaît que le type de vitrage a influencé la perception du niveau de lumière, de la naturalité, de la beauté et de la précision. De plus, les vitrages dont la transmittance est plus élevée ont produit des évaluations plus positives concernant la perception de la naturalité, de la beauté et de la précision. Par ailleurs, les résultats suggèrent que pour un facteur de transmission similaire (82 et 83%), les participants ont préféré un vitrage double sans oxyde de fer à un vitrage double standard, ce qui est probablement attribuable à la neutralité spectrale du vitrage sans oxyde de fer. Enfin, la présente étude suggère que les participants ont peu apprécié l’espace et la lumière lorsque le vitrage produisait une lumière verdâtre.
The use of tinted and coated glazing is one of the strategies that can improve energy efficiency of residential buildings. However, these glazing types modify the quantity and quality of daylight in the building and these modifications affect the visual perception of the interior and view out. This effect is probably more important to consider in spaces dedicated to contemplation, such as a residential living room, because more attention is allocated to the room’s ambience. However, most studies in this area have been conducted in a work environment and no studies have been conducted in a residential environment. The main objective of this research was to study the effect of glazing type on daylight quality in residential spaces. The experience was conducted using a scale model of a typical living room where the glazing type was interchangeable. Seven glazing samples provided by local manufacturers were tested. The participants looked inside the model and evaluated daylighting qualities according to each glazing type. Furthermore, the transmitted light colour was studied and analysed by a digital photo analysis. The main results confirmed most of the work hypotheses and corroborated some results of previous research. Among these results, it was found that the glazing type influences the perception of light level, naturalness, beauty and pleasantness and precision. Also, the correlation between visual transmittance and the qualitative factors confirms the hypothesis that glazing types of a higher visual transmittance produce more positive ratings regarding the perception of naturalness, beauty and pleasantness and precision. Furthermore, results suggest that for a similar transmittance (82 and 83%), participants preferred an iron-free double pane glazing to a standard double pane glazing, which is probably due to the spectral neutrality of the iron-free glazing. Finally, this research indicates that glazing types with a strong green shift are generally disliked.

L'état actuel de la protection contre les incendies par des systèmes sprinkler est non adapté à la protection des bâtiments et des monuments du patrimoine culturel. En effet, bien qu'il existe différents types de systèmes automatiques d'extinction d'incendie par sprinkler, leurs inconvénients (vulnérabilité à la corrosion et au gel, risque de fuites d'eau, fausses activations...) peuvent causer des dommages irrémédiables aux bâtiments historiques et aux artefacts et œuvres d'art de valeur qu'ils contiennent. Par conséquent, les systèmes d'extinction automatique d'incendie sont rarement installés dans les bâtiments du patrimoine culturel, ce qui a entraîné la destruction partielle ou totale de nombreux monuments par le feu, comme la cathédrale Notre-Dame de Paris, en France, à la suite de l'incendie survenu le 15 avril 2019. Afin d’être en mesure de mieux protéger notre patrimoine culturel, il y a donc un besoin crucial d'acquérir plus de connaissances en matière du comportement du feu et de l’extinction des incendies dans les géométries spécifiques à ces bâtiments. A cet effet, un compartiment à échelle réduite (1/8ème) a été construit dans ce travail de recherche, basé sur des scans 3D d'une salle du Château de Chambord, Vallée de la Loire, France. Ce dernier a été instrumenté dans le but d'étudier, d'une part, le comportement de la source de feu, et, d'autre part, l'interaction du feu avec différents systèmes d'extinction d'incendie. Des essais de feux en nappe de n-heptane ont d'abord été réalisés pour différentes puissances de feu, contrôlées par des surfaces combustibles à l'aide de bacs circulaires en acier de diamètres 8 cm, 16 cm et 24 cm. La masse initiale de combustible d'heptane a été variée entre 10 g, 30 g et 50 g, correspondant respectivement à des profondeurs de combustible de 0,007 m, 0,0016 m et 0,025 m. Le taux de dégagement de chaleur (HRR) a été varié entre 4 kW et 30 kW, et les conditions de ventilation de 0,6 renouvellement d'air par heure (ACPH), à 1,4ACPH, 2,4ACPH, 3,3ACPH et 3,8ACPH. Grâce à une série d'expériences, l'effet de la ventilation sur la dynamique du feu sur un feu de compartiment a été abordé avec différents paramètres physico-chimiques, tels que l'extension de la flamme, l'oscillation de la flamme, la distribution de la température et l'analyse des gaz. Ensuite, trois types de systèmes de sprinklers ont été étudiés, avec différentes pression initiale variable dans les canalisations. Ils consistaient en un système sprinkler sous-eau, sous-air, et un système innovant de sprinkler sous-vide. La pression à l’état de veille de ce dernier est inférieure à la pression atmosphérique, ce qui a le potentiel de résoudre les problèmes technologiques de fuites d'eau, de gel et de corrosion. Le banc d’essais a été utilisé pour étudier l'interaction du feu de nappe avec un spray de sprinkler pour les différentes pressions initiales, puissances de feu, et taux de ventilation. Des résultats ont été obtenus en termes de temps d’arrivée d’eau, de température des gaz du compartiment, de vitesse de refroidissement, de flux de chaleur et de concentrations d'espèces gazeuses. Les résultats obtenus ont permis de fournir des conclusions concernant le comportement relatif des différents systèmes sur les phénomènes d'extinction d'incendie, avec des résultats prometteurs pour le système sprinkler sous vide. L'étude a contribué à accroître le niveau de connaissances sur les phénomènes d’extinction d’incendies dans une géométrie du patrimoine culturel, et une nouvelle base de données de données expérimentale a été générée. Cette dernière sera étendue et améliorée sur la base du banc d'essai développé, dans le but de fournir de futures recommandations relatives à la sécurité incendie des bâtiments du patrimoine culturel
The current state of fire protection by sprinkler systems is inadequate for the protection of cultural heritage building and monuments. Although different types of automatic sprinkler fire suppression systems exist, their disadvantages (vulnerability to corrosion and frost, risk of water-leaks, false activations…) can cause irremediable damage to the historical buildings and the valuable artifacts and pieces of art they contain. Hence, automatic fire suppression systems are rarely installed in cultural heritage buildings, resulting in numerous monuments being partly or completely destroyed by fire, such as the Notre-Dame Cathedral in Paris, France, following the fire which occurred on April 15, 2019. To be able to better protection our cultural heritage, there is hence a pressing need to obtain more knowledge regarding fire and fire suppression in geometries specific to these buildings. For this purpose, a 1/8th reduced-scale compartment was built in this research work based on 3D scans of a room of the Castle of Chambord, Loire Valley, France. The latter was instrumented with the aim of studying, on one hand, the behaviour of the fire source, and, on another hand, the interaction of the fire with different fire suppression systems. Tests of n-heptane pool fires were first carried out for different fire powers, controlled by fuel surface areas using circular steel pans of 8 cm, 16 cm and 24 cm diameters pans. The initial heptane fuel mass was varied between 10 grams, 30 grams and 50 grams corresponding to fuel depths of 0.007 m, 0.0016 m and 0.025 m respectively. Heat release rate (HRR) was varied between 4 kW and 30 kW and ventilation conditions, ranging from 0.6 air change per hour (ACPH), to 1.4ACPH, 2.4ACPH, 3.3ACPH and 3.8ACPH. Through series of experiments, the effect of ventilation on fire dynamics on a compartment fire addressed with physicochemical parameters, such as flame extension, flame oscillation, temperature distribution and gas analysis. Then, three kind of sprinkler systems were considered, with varying initial pressure in the pipes. They consisted in wet pipe, dry pipe, and an innovative vacuum sprinkler system, whose pressure is inferior to the atmospheric pressure at idle state, and which has potential of solving the technological problems of water leaks, freezing and corrosion. The latter was used to study the interaction of the pool fire with a sprinkler water spray for the different sprinkler initial pressures, fire conditions, and ventilation rates. Results were obtained in terms of water delivery time, compartment gas temperature, cooling rate, heat flux and concentrations of gaseous species. The obtained results allowed to provide conclusions regarding the relative behaviour of the different systems on the fire suppression phenomena, with promising results for the vacuum sprinkler system. The study contributed to increase the knowledge on the phenomena of fire suppression in cultural heritage geometry, and a new database of experimental data has been generated. The latter will be extended forward and improved on the basis of the developed test bench, with the aim of providing future recommendations related to fire safety of cultural heritage buildings

Ce travail porte sur l'étude expérimentale du comportement dynamique d'une éolienne flottante sous l'action conjuguée de la houle et du vent. Pour cela, un nouveau moyen d'essai permettant la génération de vent a été développé sur le bassin de houle de l'École Centrale de Nantes. La qualification aérodynamique de ce dispositif a mis en évidence un faible taux de turbulence et une bonne homogénéité spatiale. Ce dispositif permet également la génération de fluctuations de vitesse basses fréquences par contrôle de la vitesse de rotation des ventilateurs. Dans un second temps, un modèle réduit d'éolienne flottante a été dimensionné à l'échelle du 1/50e suivant une méthodologie adaptée à ce type d'essai. Cette maquette a ensuite été étudiée en bassin afin de caractériser son comportement sous l'action de la houle et du vent. L'influence de la direction principale de la houle par rapport au vent ainsi que d'un vent fluctuant possédant les caractéristiques d'un spectre de vent marin est aussi évoquée dans ce document. Les résultats de ces essais ont finalement fait l'objet d'une première comparaison avec un modèle numérique développé au LHEEA. Parallèlement, les résultats des essais ont également été comparés avec une approche simplifiée remplaçant le rotor par un disque équivalent en termes de traînée aérodynamique afin de valider ou non ce type de simplification.

Face au développement du transport ferroviaire, la sécurité demeure la principale préoccupation des exploitants de réseaux ferrés. En particulier, la compréhension des phénomènes sources des défauts de fatigue de roulement (RCF) mettant en jeu l’intégrité du rail, est nécessaire pour limiter les risques d’accidents. La phase blanche, associée à la formation du défaut de squat, est difficile à reproduire mécaniquement en laboratoire. L’utilisation de bancs d’essai permet de reproduire plusieurs aspects du contact roue-rail selon des critères choisis, mais nécessite de faire des compromis. Le banc Triboring développé au LaMCoS avec la RATP, comble un manque en proposant notamment une géométrie galet sur rail circulaire pour reproduire au mieux les conditions tribologiques du contact roue-rail. Le développement d’un banc d’essai nécessite d’évaluer sa « signature », c’est-à-dire d’identifier et de discerner les phénomènes mesurés correspondant à la réponse intrinsèque du banc en fonctionnement, de ceux correspondant à la réponse de l’interaction roue-rail considérée. Une analyse notamment dynamique et cinématique a permis de caractériser le banc et d’optimiser sa réponse en faisant évoluer la géométrie des éprouvettes. La réponse tribologique du banc a été optimisée par l’introduction d’une couche qualifiée de « fusible tribologique », lors de la préparation des éprouvettes. Cette couche surfacique permet de retarder l’accommodation des vitesses par usure au profit du cisaillement des premiers corps et des Transformations Tribologiques de Surface (TTS), telles que la phase blanche. Deux couches fusibles, écrouies et corrodées ont été éprouvées, et permettent une nette réduction de l’usure. Les analyses tribologiques et métallurgiques des bandes de roulement en surface et des coupes ont permis d’appréhender l’effet des différentes sollicitations mécaniques sur l’évolution de la microstructure du rail en proche surface. La transformation de cette dernière amène le matériau vers la formation d’îlots de phase blanche d’origine mécanique à la surface
The safety issue is still the main concern of railway network due to the development of railway transportation and the increase of the amount of passengers. The understanding of the origin of the rolling contact fatigue (RCF) defect, is one key to safety requirements. The White Etching Layer associated to the initiation of the squat defect is hardly recreated. The use of laboratory test bench enable the replication of the wheel-rail contact. Nevertheless, only a fraction of the characteristic parameters is taken into account and compromises are necessary. The test bench “Triboring” built at LaMCoS, fulfills a gap in the existing apparatus. The “roller on circular rail” design was chosen to fit the tribological behavior of wheel-rail contact, and replicate RCF defects. The production of a test bench required to relate and differentiate the measured data to the phenomena corresponding to the operating from the phenomena corresponding to wheel-rail contact. The bench was characterized with dynamic and cinematic analysis. The design of the sample was improved. The tribological behavior of the bench was optimized with the preparation of the initial surface of the samples and the production of a tribological “fuse”. This layer delays the speed accommodation by wear and benefit the shear of the first bodies and the formation a Tribological Transformation of Surface (TTS), as the White Etching Layer. The two different fuse layer created (Run-in and oxidized), induced a significant wear reduction. The tribological and metallurgical analysis of the surfaces and cuts of the sample, enabled to the explanation of the evolution of the microstructure of the rail close to the surface, submitted to various mechanical solicitations. The transformation of this microstructure led to the formation of white etching layer mechanically formed

Le comportement des systèmes houlomoteurs est non–linéaire et complexe à modéliser fidèlement, notamment en raison de l’interaction fluide–structure et du caractère aléatoire de la houle. La capacité d’un système houlomoteur à récupérer une part de l’énergie des vagues dépend de la stratégie de contrôle utilisée ainsi que de la fiabilité du modèle de comportement. Les temps de calcul numérique doivent rester raisonnables afin de permettre un contrôle en temps réel.Dans ce contexte, des calculs en fluide parfait permettent de modéliser l’interaction fluide–structure au premier ordre. Cette approche de diffraction-radiation met en évidence les fonctions de retard du système dont une analyse fine a été menée dans ce travail et illustrée sur un cas de référence. Cette thèse propose d’établir une méthode applicable à la modélisation de n’importe quel type de système houlomoteur multi–corps. La formulation des efforts hydrodynamiques issue des hypothèses de fluide parfait est alors complétée de termes semi-empiriques afin de tenir compte d’effets non linéaires. Les efforts d’origine visqueuse représentés sont particulièrement influents au voisinage des résonances des mouvements.Cette méthode permet également l’intégration de données expérimentales dans le modèle numérique. Un travail expérimental a donc été mené afin de comprendre, quantifier et intégrer au modèle numérique les effets observés expérimentalement pour un corps ancre. Enfin des éléments en faveur d’une campagne expérimentale d’un système à deux corps sont présentés
The behaviour of wave energy converters (WEC) is non-linear and complex to model accurately, especially due to the fluid–structure interaction and the randomness of the wave. The ability of a WEC to recover some of the wave energy depends on the control strategy used and the reliability of the behaviour model. Numerical computation time must remain reasonable in order to allow real–time control. In this context, perfect fluid calculations are used to model the fluid-structure interaction at first order. This diffraction–radiation approach highlights the delay functions of the system, a detailed analysis of which has been carried out in this work and illustrated on a reference case. This thesis proposes to establish a method applicable to the modelling of any type of multi-body WEC. The formulation of the hydrodynamic forces resulting from the assumptions of perfect fluid is then supplemented with semi–empirical terms in order to take into account non–linear effects. The viscous forces represented are particularly influential in the vicinity of the motion resonances. This method also allows the integration of experimental data into the numerical model. Experimental work was therefore carried out in order to understand, quantify and integrate the effects observed experimentally for an anchored body into the numerical model. Finally, elements in favor of an experimental campaign for a two-body system are presented

Ce memoire presente une etude experimentale d'un compose organique isolant ayant des proprietes magnetiques unidimensionnelles (1d): cu#2(c#5h#1#2n#2)#2cl#4. C'est un systeme antiferromagnetique de heisenberg s=1/2 en echelle de spins. Les interactions d'echanges entre les electrons non apparies des ions cu#2#+ forment une structure magnetique en echelle que l'on peut decrire par deux parametres d'echanges, j entre les barreaux et j le long des deux chaines. Comme toutes les echelles de spin-1/2 ayant un nombre pair de chaines couplees, ce systeme a un gap d'energie dans le spectre des excitations. Les proprietes de l'etat fondamental et, dans une certaine limite des etats excites, sont alors similaires a celles des chaines de haldane (s=1). A contrario les echelles comportant un nombre impair de chaines sont critiques (sans gap) et appartiennent a la meme classe d'universalite que les chaines de spin-1/2 dont la solution est donnee par l'ansatz de bethe. Cette these presente une etude assez complete des proprietes thermodynamiques et dynamiques de ce compose. Les mesures thermodynamiques ou statiques reposent sur l'utilisation de magnetometres squid ou, pour les champs magnetiques intenses, d'oscillateurs torsionnels a haute resolution. Les techniques de resonance electronique de spin (rpe) dans la gamme micro-ondes et de resonance magnetique nucleaire sur le proton ont ete utilisees pour etudier les proprietes dynamiques liees aux fonctions de correlations telle que la largeur de raie rpe ou le temps de relaxation nucleaire spin-reseau t#1. Nous avons determine l'ensemble des parametres essentiels lies au magnetisme de ce compose: cu#2(c#5h#1#2n#2)#2cl#4 est decrit par un hamiltonien de heisenberg dont les interactions d'echanges forment une echelle de spins dans la limite de couplage fort: j 13. 2k et j 2. 5k. Le gap d'energie entre l'etat fondamental non-magnetique s=0 et les etats excites triplets (s=1) est 10. 5k

Le travail de cette thèse concerne l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique de la dépollution par venting et SVE des sols pollués par des hydrocarbures légers. Une première partie contient une étude bibliographique de l'interaction des polluants avec le sol, les applications industrielles de ces deux techniques et des techniques de modélisation du suivi de la dépollution. La deuxième partie est constituée de la présentation des montages et techniques opératoires utilisés pour le suivi de la dépollution sur des pilotes de laboratoire. La troisième partie présente les résultats obtenus sur des sols pollués par des composants de carburant automobile seuls ou en mélange avec des conditions opératoires (débit gazeux, pression d'extraction, temps de vieillissement de la pollution). L'accord entre l'expérience et la modélisation (chiffré par des facteurs de concordance) est bon ce qui permettra d'utiliser les techniques de calcul mises au point pour une optimisation des conditions de dépollution
The work of thesis relates to experimental study, modelling and numerical simulation of depollution by venting and SVE of the soils polluted by light hydrocarbons. The first part contains a bibliographical study of pollutants interaction with the soil, of industrial applications of these two techniques and of the modelling techniques used for the follow-up of depollution. The second part is made up of the presentation of the equipments and procedures used for the follow-up of depollution on laboratory pilots. The third part presents the results obtained on soils polluted by components of automobile fuel alone or in mixture with the variation of the operating conditions (gas flow, extraction pressure, ageing of pollution). The agreement between the experimental and modelling (quantified by the factors of agreement) is good, which will allow the use of the developed techniques of calculation for an optimisation of the depollution conditions

L'élaboration et la validation de modèles capables de s'adapter à des conditions en évolution constitue un enjeu majeur en hydrologie. Dans ce cadre, l'expérimentation mise en place sur le site d'Herbeys vise à une meilleure connaissance du fonctionnement hydrodynamique d'un versant prairial en l'absence d'hétérogénéité apparente de la couverture pédologique. Quatre parcelles de 1 m2 sont équipées de gouttières de collecte des écoulements, de tensiomètres, de tubes neutroniques et de sondes capacitives ainsi que d'un pluviographe. Il s'agit d'observer in situ, au cours d'épisodes pluvieux naturels ou simulés, les flux écoulés en surface et dans la couche superficielle du sol (à 50 cm de profondeur) ainsi que leur variabilité à courte distance. Par ailleurs, des investigations numériques à l'aide d'un modèle simulant le ruissellement et l'infiltration à l'échelle d'une parcelle ont conduit à valider ou non certaines hypothèses de fonctionnement. En définitive, les études expérimentales et numériques meées dans le cadre de cette thèse permettent de mieux comprendre les processus physiques responsables de la partition infiltration/ruissellement dans les milieux prairiaux, en qualifiant notamment les effets de la variabilité des propriétés du sol, de l'état de la végétation, des caractéristiques pluviométriques et du climat sur les écoulements dans et à la suface du sol. Les résultats mettent notamment en évidence une variabilité spatio-temporelle marquée des processus ainsi qu'une certaine persistance temporelle des réactions hydrologiques des transects. L'hétérogénéité de la conductivité à saturation en surface et en profondeur et celle des propriétés texturales et structurales du sol, la hauteur du couvert végétal et le stade d'humidité initiale, ainsi que les caractéristiques pluviométriques sont mis en cause. Par ailleurs, l'étude de l'écoulement hypodermique révèle deux modes de fonctionnement : matriciel et macroporal.

La présente étude expérimentale traite de l'effet de la turbulence de grande échelle sur les vibrations éoliennes d'un long cylindre libre de vibrer selon son premier mode de vibration en flexion. Les turbulences atmosphériques de grande échelle considérées se situent dans la plage de fréquences de 0.0001 Hz à 5 Hz et ont été simulées en imposant à l'écoulement une variation sinusoïdale de sa vitesse. Ceci a permis d'analyser l'effet de la vitesse moyenne, de la période et de l'amplitude des variations de l'écoulement. Les essais ont été réalisés à l'aide du montage expérimental conçu par D. Brika [3] pour ses propres études. Les contrôles de la soufflerie pour créer un écoulement périodique et permettre l'acquisition et le traitement des données ont été mis au point dans le cadre de cette étude. Les essais de D. Brika ont été répétés pour valider le montage expérimental."--Résumé abrégé par UMI.

Ce travail comporte deux parties indépendantes: la première concerne les suspensions de particules anisotropes en écoulement élongationnel, la seconde porte sur l'étude en lois d'échelle des couches limites en convection thermosolutale. L'écoulement de suspensions de particules anisotropes présente en déformation élongationnelle des propriétés spécifiques liées à la géométrie des particules. Après la mise en oeuvre d'une cellule d'écoulement à orifice relisant une sollicitation élongationnelle bien définie, des suspensions de fibres non-browniennes sont étudiées dans deux régimes de concentration. En régime dilué, les résultats expérimentaux concernant la dynamique d'orientation d'une fibre sont bien décrits par les équations d'orientations du vecteur directeur obtenues analytiquement. En régime semi-dilué, l'écoulement présente une structuration remarquable, qui est étudiée en fonction de la fraction volumique et du rapport de forme des particules. Un modèle d'écoulement obtenu en minimisant l'énergie dissipée permet d'interpréter les résultats expérimentaux en termes de viscosité élongationnelle, et en relation avec les propriétés de la suspension à l'échelle des particules. Les écoulements de couche limite au voisinage d'une paroi verticale dans un milieu fluide soumis a des gradients de température et de concentration horizontaux présentent une grande variété de situations suivant la valeur des paramètres adimensionnels du problème. Une analyse combinant raisonnements en loi d'échelle et méthode intégrale permet de prédire complètement les différents régimes d'écoulement et les variations des couches limites. Les résultats sont corroborés par des solutions de similitude obtenues numériquement.

Cette étude explore le potentiel d’environnements intérieurs en bois éclairés naturellement à créer des ambiances chaleureuses, lumineuses et agréables, favorisant le confort et le bien-être psychologique. Le premier objectif de ce projet est d’étudier la diversité des conditions de ciel en termes de couverture et d’épaisseur nuageuse, ainsi que d’évaluer les impacts de cette diversité lumineuse sur cinq maquettes à échelle réduite composées de différents agencements de bois. Des données météorologiques sont transcrites dans un journal (voir article 1) alors que la comparaison simultanée de photographies des espaces sous les mêmes conditions révèle une remarquable diversité d’ambiances lumineuses pour un espace orienté au Sud-Est en fonction de la position du soleil et de la nébulosité du ciel. Alors qu’un espace composé de bois teint gris crée une atmosphère sombre, terne et froide, ne subissant aucune différence au niveau de ses ambiances visuelles lorsque soumise à des conditions de ciel différentes, l’analyse de photographies révèle qu’un espace composé de bois en chêne jaune crée une atmosphère chaleureuse, claire, et moins contrastée, remarquablement différente selon la nébulosité et la position du soleil. Par la suite, le deuxième objectif consiste en une enquête composée d’un questionnaire exploratoire soumis à 80 participants afin de comparer et classer ces espaces en contexte extérieur (voir article 2). Les résultats révèlent une préférence pour les espaces clairs, les qualifiant de « lumineux », « naturels », « chaleureux » et « agréables », favorisant des tâches cognitives et de concentration. L’espace composé de surfaces foncées est le moins apprécié, particulièrement chez les femmes, le qualifiant de « sombre », « désagréable », « épeurant » et « éblouissant ». Le sexe des participants ainsi que la séquence dans laquelle les maquettes sont observées génèrent un impact sur leur évaluation, tandis que la nébulosité du ciel ne possède pas d’effet sur la façon dont les maquettes sont perçues et classées.
This paper explores the potential for natural light to enhance wooden interior environments. Several studies have proven that the use of wood in furniture, interior surfaces and decoration help creating warm, bright and pleasant ambiences, enhancing psychological well-being and comfort when compared to other materials. This study aims to compare and examine the photometric and psychologic effects of diverse wooden environments. The objectives of this project were twofold: first, to study the diversity of northern sky conditions in terms of cloud cover and thickness as well as to evaluate the impacts of the diversity of natural light on five different wooden scale models. In order to create a cloudiness scale, weather data was collected during spring equinox in Quebec City, as well as photometric measurements. A photographic survey occurred in five scale models made with interior wooden finishes of varying color combinations, which documented the impact of sky diversity on brightness, hue and contrast. Simultaneous scale model studies under a real sky allowed direct comparison under the exact same lighting conditions. The second objective was to explore the effects of different colors, finish and ratio of wooden surfaces combinations on human perception. More specifically, participants compare simultaneously the five different interior wooden scale models under the natural light of the northern hemisphere in terms of their appreciation, visual comfort and well-being. The survey involved 80 participants with an exploratory questionnaire in order to compare and classify the different models. Conclusions showed a remarkable diversity of visual ambiences for a South-East oriented space depending on the position of the sun and sky conditions. Gray-dyed wooden finishes created dull and unchanging atmospheres, while yellow oaked surfaces allowed various dynamic ambiences. Participants demonstrated a preference for clear, bright and warm models, relating them cognitive and small-scale tasks. Darker models in terms of reflectance and lighting ambiences were the least preferred, especially for women.

La convection profonde en Mer du Groenland, source importante des eaux profondes de l'Atlantique Nord, fait actuellement l'objet de recherches approfondies. Nous présentons ici les principaux résultats obtenus au cours des hivers de 1993 et 1994 à partir de mesures de flotteurs isobares dérivant entre 250 et 850 m de profondeur et d'un vaste ensemble de données hydrologiques, météorologiques et glaciologiques. L'hiver 1994, peu rigoureux, ne donne lieu qu'à une convection semi-profonde dans un bassin libre de glace, où un tourbillon anticyclonique d'environ 40 km de diamètre apparaît comme un site privilégié du mélange convectif à l'ouest du gyre du Groenland. Il semble provenir d'une interaction entre de l'Eau Atlantique Modifiée advectée en surface et une poche froide d'Eau Arctique Intermédiaire située en dessous et issue d'événements convectifs antérieurs pouvant remonter à l'hiver précédent. L'analyse de la physionomie et de la stabilité spatiale et temporelle de ce tourbillon n'a pas permis de relier son origine et son évolution à des scénarios de type cascade directe et cascade inverse habituellement invoqués dans les phénomènes de convection plus profonde. En 1994, l'évolution de la couche mélangée a été plutôt dominée par une dynamique turbulente tridimensionnelle très dépendante du forçage en surface et de la stratification du bassin, elle-même fortement influencée par la présence de structures de méso-échelle. Corrélée aux flux air-mer les plus intenses de l'hiver 1994, la phase de mélange active est identifiée par un changement de régime dans les amplitudes et la signature en fréquence des vitesses verticales de l'eau w mesurées par les flotteurs. A l'aide d'un modèle non hydrostatique à haute résolution simulant le comportement de flotteurs isobares, nous avons montré que, pendant la phase de mélange, l'apparition d'une composante basse fréquence observée sur les vitesses w est vraisemblablement associée à l'organisation de cellules turbulentes (panaches) engendrées par les fortes et soudaines pertes de flottabilité en surface.

Les renforts à base de fibres de lin sont aujourd’hui une alternative capable de concurrencer les fibres synthétiques conventionnelles puisqu’ils sont écologiques, économiques et présentent des propriétés mécaniques intéressantes. Cependant, leur inconvénient majeur est leur absorption d’eau potentiellement importante qui affecte leurs propriétés mécaniques. Ce projet de recherche propose d’étudier le comportement hygroscopique et le couplage hygro-mécanique dans les composites lin / époxy. Cette étude repose sur une approche expérimentale multi-échelle et une modélisation du comportement visco-élasto-plastique avec prise en compte du couplage hygro-mécanique des composites renforcés par des fibres de lin. Les cinétiques de diffusion dans l’époxy et dans le composite ont été modélisées par une loi de type Langmuir et Fick respectivement. Les coefficients d’hygro-expansion des composites et des fils élémentaires qui constituent le renfort tissu ont été déterminés expérimentalement. Une étude de l’influence du conditionnement jusqu’à saturation à différentes humidités relatives sur le comportement mécanique dans les trois directions du stratifié a également été menée. Cette étude a montré l’existence d’une teneur en eau optimale pour laquelle les propriétés mécaniques sont optimales. L’émergence d’un comportement à deux régions linéaires a été mise en évidence et attribuée à la présence d’hétérogénéités locales au sein du renfort tissu. Des essais de fluage / recouvrance et de relaxation / effacement ont permis de mettre en place un modèle visco-élasto-plastique avec prise en compte du couplage hygro-mécanique. Ce modèle offre de bonnes capacités de prédiction et permettra de prévoir le comportement des structures composites renforcés par des fibres de lin en atmosphère humide
Flax fibre reinforcements are nowadays an alternative able to compete with conventional synthetic fibres since they are ecological, economic and have interesting mechanical properties. However, their major drawback is their potentially significant water absorption which affects their mechanical properties. This research project proposes to study the hygroscopic behaviour and hygro-mechanical coupling in flax / epoxy composites. This study is based on a multi-scale experimental approach. A modelling of visco-elasto-plastic behaviour taking into account the hygro-mechanical coupling within flax /epoxy composites is established. The diffusion kinetics in composites were modelled by a Fick law. However, the diffusion kinetics in epoxy were modelled by a Langmuir law. The hygro-expansion coefficients of the composites and the elementary yarns that constitute the fabric reinforcement were determined experimentally. A study of the influence of conditioning until saturation at different relative humidities on the mechanical behaviour in the three main directions of the laminates was conducted. This study showed the existence of an optimal water content for which the mechanical properties are maximum. The emergence of a two-linear-region behaviour was pointed out and attributed to the presence of local heterogeneities within the fabric reinforcement. Creep / recovery and stress relaxation tests were exploited in order to develop a visco-elastoplastic model with consideration of the hygro-mechanical coupling. This model offers good predictive capabilities and could be used to predict the behaviour of flax fibres reinforced composite structures in humid atmospheres

Le grenaillage de précontrainte est un traitement de surface couramment appliqué dans les secteurs aéronautique, automobile et biomédicale afin d’améliorer les performances mécaniques des pièces. Ce traitement consiste à introduire des contraintes résiduelles de compression en sub-surface. Cependant, les avancées technologiques, accompagnées de l’évolution des matériaux, ont généré de nouvelles demandes en terme de traitement de grenaillage. En particulier, le besoin industriel d’un traitement capable à la fois d’assurer un niveau de performance mécanique suffisant tout en fonctionnalisant la surface se fait ressentir de manière croissante. L’objectif de ce travail est de montrer dans quelle mesure ce besoin peut être comblé par un nouveau traitement appelé tribo-grenaillage. Les deux fonctions visées par le tribo-grenaillage nécessitent une caractérisation des états surfaciques (fonctionnalisation) et sub-surfaciques (contraintes résiduelles) des pièces traitées. Ces états sont le résultat d’interactions mécaniques entre des médias, de nature et de forme différentes, et la surface traitée. L’approche du tribo-grenaillage consiste à contrôler ces interactions et les transferts de texture et d’énergie mis en jeu afin de maitriser la signature fonctionnelle implantée. Par conséquent, une caractérisation multi-échelle de la surface et de la sub-surface de la cible est réalisée simultanément à celle de la surface des médias. Cette étape de caractérisation repose sur l’évaluation d’une surface tribo-grenaillée élémentaire représentative de la texturation globale. Le contrôle et l’optimisation du procédé sont envisagés au travers de la mise en place d’un jumeau numérique alimenté par les données de caractérisation multi-échelle, de modélisation par éléments finis ainsi que celles issues de l’instrumentation du jumeau physique
Shot peening is a surface treatment commonly applied in the aerospace, automotive and biomedical industries to improve the mechanical performance of parts. This treatment consists in introducing residual compressive stresses in the sub-surface. However, technological advances, accompanied by the evolution of materials, have generated new demands in terms of shot peening treatment. In particular, the industrial need for a treatment capable of both ensuring a sufficient level of mechanical performance while functionalizing the surface is increasingly felt. The aim of this work is to show to what extent this need can be met by a new treatment called tribo-peening. The two functions targeted by tribo-peening require a characterization of the surface states (functionalization) and sub-surface (residual stresses) of the treated parts. These states are the result of mechanical interactions between media, of different nature and shape, and the treated surface. The tribo-peening approach consists of controlling these interactions, the texture and energy transfers involved in order to master the implanted functional signature. Therefore, a multi-scale characterization of the target surface and sub-surface is performed simultaneously with that of the media surface. This characterization step is based on the evaluation of tribo-peened surface representative of the overall texturing, the so-called Elementary Representative Areal Surface. The control and optimization of the process are envisaged through the establishment of a digital twin fed with multi-scale characterization data, finite element modeling as well as data from the instrumentation of the physical twin

La dégradation des bétons par attaque sulfatique (RSI) connue également par la formation de l'ettringite différée (DEF) est un endommagement expansif du béton qui se développe suite à une exposition à des températures élevées. La nature des granulats impact le développement de la DEF notamment lorsqu’ils apportent des éléments chimiques favorisant la formation de l’ettringite différée. L’utilisation de granulats de béton recyclé (GBR) comme une alternative aux granulats de carrière dans l’objectif de diminuer l’impact environnemental de la production de béton est un sujet actuel majeur qui heurte à des difficultés techniques notamment la détérioration de la durabilité des bétons. Par conséquent, cette thèse propose une étude expérimentale de la susceptibilité des mortiers et des bétons fabriqués avec de GBR à développer la DEF. Les résultats expérimentaux montrent un risque faible dans les bétons et les mortiers à base de GBR. Une modélisation physico-chimique de la DEF est appliquée pour les mortiers montre une tendance analogue à celle des résultats expérimentaux. Enfin, un modèle poromécanique à multi-échelle qui comporte une description de l’endommagement par une progression de la microfissuration est proposé. Une comparaison du modèle avec des données expérimentales est effectuée sur des mortiers formulés avec du ciment CEM I
Concrete deterioration due to internal sulphate attack (RSI) also known by delayed ettringite formation (DEF) is an expansive damage of concrete that develops as a result of exposure to elevated temperatures. Aggregates nature impact the development of DEF particularly when they provide chemical compounds that promote delayed ettringite formation. The use of recycled concrete aggregates (RCA) an alternative to quarry aggregates with the aim of reducing environmental impact of concrete production is a major current issue that faces technical difficulties including the decrease in the durability of concrete. Therefore, this thesis proposes an experimental study of mortars and concrete made form RCA to investigate their ability to develop DEF. Experimental results show a low risk in RCAbased concretes and mortars compared to siliceous aggregate based. A physico-chemical model applied to mortars show higher delayed ettringite content in RCA based mortars but lower expansion volume in comparison to standardized silicious sand based mortars. Finally, a multi-scale poromechanical model which features a description of damage by progression of microcracking is proposed. A comparison of the model to experimental data on mortars formulated with CEM I cement is carried out

Des études expérimentales et théoriques du mécanisme d'électrodéposition de différents revêtements à base de cobalt : le cobalt métallique, les alliages binaires Co-Ni, Co-Cu et l'alliage ternaire Co-Ni-Cu sont menés.Les propriétés de ces films dépendent fortement des paramètres expérimentaux tels que le pH de l'électrolyte, la nature du substrat, etc.. Un champ magnétique jusqu'à 12T est superposé parallèlement à la surface de l'électrode de travail. La convection forcée induite dans l'électrolyte modifie les conditions hydrodynamiques et par conséquent, influe sur la structure et la morphologie des films obtenus. Par ailleurs, la cinétique des processus et la croissance des cristaux sont améliorées dans des conditions magnéto électrochimique. Les microstructures obtenues suite au procédé électrochimique en présence d'un champ magnétique sont caractérisées par différentes propriétés magnétiques trouvant un intérêt potentiel en tant que matériaux magnétiques doux et / ou dur. Dans le cadre du projet ANR COMAGNET, les matériaux subissent ensuite un traitement thermique en présence d'un champ magnétique, des phénomènes de recristallisation et interdiffusion sont mis en évidence induisant des modifications des propriétés magnétiques.Enfin, des calculs de l'énergie d'adsorption de l'atome d'hydrogène et de l'ion H+ sur différentes faces cristallographiques du cobalt sont menés par modélisation DFT (Théorie de la Fonctionnelle de la Densité). Ces résultats, mis en relation avec l'étude expérimentale, montrent le lien entre la formation de certaines structures cristallographiques et l'évolution simultanée de l'hydrogène à la surface de l'électrode pendant l'électrolyse
The present work is focused on the experimental and theoretical studies of the electrodeposition mechanism of Co-based films, including single Co, binary Co-Ni, Co-Cu and ternary Co-Ni-Cu alloy films. The modeling and structure-properties relationship by a multi-scale approach is investigated.The preliminary study involves determination and optimization of the electrodeposition parameters in order to obtain nanocrystalline films with satisfied surface quality and promising magnetic properties. It is shown that the electrolytic pH, to-be-deposited type of substrate and deposition time are of high importance in the fabrication of nanoscale materials. Among them, the electrolytic pH is the one, which has the greatest effect on the structure formation. The film growth as well as its quality can be strongly affected by a superimposition of an external magnetic field. The electrodeposition process was carried out under parallel to the electrode surface magnetic fields with magnets strength up to 12T. The results reveal that the induced forced convection in the electrolyte changes the hydrodynamic conditions and thus, affects the structure and morphology of the obtained films. Furthermore, the process kinetics and crystal growth are enhanced under magnetic electrodeposition conditions.Microstructure formed by the electrochemical processing is characterized by some significant magnetic properties, which may result in soft and/or hard magnetic materials, depending on their application approach. Additionally, the microstructure of films has been improved by the magnetic annealing treatment. Thus, the recrystallization and interdiffusion phenomena are observed, and modification of the magnetic properties is induced.Considering the electrodeposition process carried out in aqueous solutions the secondary process, which is the hydrogen evolution reaction (HER), needs to be taken into account. The theoretical study based on the tools of quantum mechanics (QM) and density functional theory (DFT) is used to determine the adsorption energies of hydrogen. In this work, the calculation results are related with the experimental study and may explain the structure formation assisted by the simultaneous evolution of hydrogen at the electrode surface

Face aux défis environnementaux actuels, les industriels ont mis en œuvre de nouveaux matériaux recyclables et permettant une réduction significative de la masse. Le développement de la résine thermoplastique Elium par ARKEMA s’inscrit dans cette problématique. L’utilisation de cette résine pour la fabrication de pièces composites qui peuvent être sujettes à des dommages d’impact, nécessite au préalable des études, dans le but de comprendre leurs mécanismes de ruine sous ce type de sollicitation. Ainsi, la présente thèse propose une contribution à l’analyse multi-échelle de la tenue à l’impact des composites stratifiés à base de la résine Elium. Une étude expérimentale préliminaire a permis de confirmer la meilleure résistance à l’impact des composites à matrice Elium acrylique, comparativement à celles des composites thermodurcissables conventionnels. Ensuite, les performances à l’impact des composites stratifiés ont été améliorées par l’introduction de copolymères à blocs dans la matrice. Ces derniers sont capables de former des micelles de tailles nanométriques et ainsi d’améliorer la ténacité de la matrice acrylique. Les effets de l’énergie d’impact, de la température et de la composition en nanocharges sur la réponse du matériau composite ont été analysés. Afin de proposer un outil d’aide à la prédiction de la réponse à l’impact des matériaux fibres de verre/Acrylique, deux stratégies de modélisation ont été retenues. La première modélisation (macroscopique) considère le pli tissé du stratifié comme un matériau homogène tandis que la seconde (mésoscopique) utilise une description géométrique de l’ondulation et de l’entrecroisement des torons noyés dans la résine Elium. Ces deux modèles considèrent des zones cohésives à l’interface entre les plis adjacents pour simuler le délaminage interlaminaire. Des essais de délaminage (expérimentaux et numériques) ont permis d’alimenter le modèle d’endommagement de l’interface interplis. D’autre part, des essais de caractérisation du comportement mécanique et de l’endommagement du matériau couplés à l’homogénéisation multi-échelle des matériaux par la Mécanique du Génome de Structure ont permis d’identifier les paramètres du modèle macroscopique. A l’échelle mésoscopique, le modèle géométrique a été réalisé grâce au logiciel Texgen. Ce logiciel permet d’obtenir une description approchée mais réaliste de l’ondulation des torons de fibres. La même description a servi à l’homogénéisation numérique multi-échelle des stratifiés étudiés. La simulation numérique de l’impact basse vitesse a été effectuée au moyen du logiciel d’éléments finis ABAQUS/Explicit. Les modèles de comportement du matériau ont été implémentés via la routine utilisateur VUMAT. Les résultats obtenus offrent une bonne corrélation avec les données expérimentales
In the race for light materials able of meeting modern environmental challenges, an acrylic resin (Elium) has been developed. Elium is a thermoplastic resin able to replace thermosetting matrices, which are widespread nowadays in the industrial world. The present study aims to evaluate the impact resistance and to understand the failure mechanisms of composite laminates based on acrylic matrix under impact loading. We provide a contribution to the multiscale analysis of the impact resistance of laminated composite.First, the impact resistance and the damage tolerance of the acrylic resin based composites were compared with those of conventional composites. Then, the impact performance of the laminated composites has been enhanced by adding copolymer blocks to the liquid acrylic resin. These copolymers are able to form micelles of nanometer sizes, which lead to the improvement of both the acrylic matrix fracture toughness and the impact resistance. The effects of the impact energy, temperature, and composition in nano-copolymers have also been investigated.In order to provide a numerical tool for the prediction of the impact response of the glass fiber/Acrylic laminates, two strategies have been analyzed. The first one, performed at the macroscopic scale, considers the woven ply of the laminate as homogeneous material, and the second one (at the mesoscopic scale), deals with a realistic geometrical description of the yarns undulation. Both models use cohesive zones at the interface between the adjacent plies, to simulate the delamination. For this purpose, experimental and numerical delamination tests were performed to feed the inter-ply damage model. Mechanical tests for material characterization were also performed on specimens in order to identify the ply-damage model parameters. The Mechanics of Structure Genome (MSG) and a finite element based micromechanics approaches were then conducted to evaluate the effective thermomechanical properties of the yarns and the plain woven composite laminate. The realistic topological and morphological textures of the composite were accounted through Texgen software. These numerical impact simulations were performed using the finite element software ABAQUS/Explicit. Both models were implemented through a user material subroutine VUMAT. The obtained results appear in a good agreement with the experimental data and confirm the relevance of the proposed approach

L’objectif final de ce travail est de proposer un outil numérique capable de prédire l'endommagement et la durée de vie en fatigue des matériaux et structures en composite à matrice thermoplastique. Pour ce faire, une étude expérimentale multi-échelle du matériaux PPGF40 (polypropylène chargé en fibre de verre à 40% en masse) est réalisée. Une analyse qualitative, mais aussi quantitative des différents mécanismes d’endommagement se produisant lors d’une sollicitation mécanique a été réalisée à travers des essais de flexion trois points in situ MEB, des essais de fatigue interrompus et des observations des faciès de rupture en monotone et en fatigue. A la lumière de ces essais nous avons conclu que la décohésion de l’interface fibre-matrice et la propagation des fissures à travers les interfaces apparait être le phénomène prépondérant menant à la ruine du matériau et cela indépendamment de l’orientation des fibres et du mode de sollicitation monotone ou fatigue. La démarche hybride proposée est basée sur un modèle micromécanique / phénoménologique permettant de prendre en compte l’endommagement à l’interface fibre-matrice et la plasticité de la matrice. Pour ce faire, un critère local statistique d’endommagement à l’interface fibre-matrice est introduit dans un modèle de Mori et Tanaka et la linéarisation du comportement plastique de la matrice est réalisée pas à pas, en utilisant une approche en champs moyens avec une formulation sécante. Le modèle micromécanique utilisé permet alors de prédire le comportement du matériau sous chargement monotone et notamment la première perte de rigidité en fatigue. L’analyse des résultats montre que cette dernière est directement liée à la durée de vie en fatigue du matériau. Ainsi, une méthodologie prédictive de la durée de vie est proposée et validée pour différentes configurations microstructurales. Un critère de rupture en fatigue est proposé en fonction du nombre de cycles
The main objective of this work, is to provide a numerical tool, capable of predicting the damage and fatigue life of thermoplastic matrix composites materials and structures. To do this, a multi-scale experimental study of the PPGF40 material (polypropylene loaded with 40% by mass of glass fiber) is carried out. A qualitative, but also a quantitative analysis of the various damage mechanisms occurring during mechanical loading was carried out through in-situ three-points SEM bending tests, interrupted fatigue tests and observations of fracture faces in monotonic and cyclic loading. In the light of these tests, we concluded that the decohesion of the fiber-matrix interface, and the propagation of cracks through the interfaces, appears to be, the predominant damage phenomenon leading to the fracture of the material and that, regardless of the orientation of the fibers and the loading mode. The proposed hybrid approach is based on a micromechanical / phenomenological model taking into account the damage at the fiber / matrix interface and the plasticity of the matrix. To do this, a local statistical criterion of damage at the fiber-matrix interface is introduced into a Mori and Tanaka model, and the linearization of the plastic behavior of the matrix is done step by step, using the mean field approach with a secant formulation. The micromechanical model used then, makes it possible to predict the behavior of the material under monotonic loading, and in particular the first stiffness loss during the fatigue. Analysis of the experimental results shows that the latter is directly related to the fatigue life of the material. Thus, a predictive methodology of the fatigue life is proposed and validated for various microstructural configurations. A fatigue failure criterion is proposed according to the number of cycles

On s'intéresse dans ce travail à l'aspect tridimensionnel (3D) de la propagation sonore en milieux océaniques petits fonds dans le cadre des problèmes inverses. Les problèmes inverses en acoustique sous-marine se basent sur la modélisation bidimensionnelle (2D) de la propagation, ignorant ainsi les effets de réfraction horizontale, qualifiés d'effets 3D. Toutefois, la propagation acoustique en environnements petits fonds, tels le plateau continental, peut être affectée par des effets 3D, leur prise en compte nécessitant l'utilisation de modèles pleinement 3D. Une inversion basée sur un modèle 3D devient inabordable pour plus de deux paramètres à la fois en raison de temps CPU particulièrement élevés. L'objectif de ce travail est d'examiner l'importance des effets 3D sur la performance et la fiabilité des procédures d'inversion habituellement utilisées dans les problèmes de l'acoustique sous-marine. Pour cela, on se place dans un guide d'onde océanique à géométrie inclinée. Des expérimentations à échelle réduite sont menées afin d'identifier et d'interpréter les effets 3D. Une procédure d'inversion par champs d'onde adaptés, formulée dans un cadre Bayesien et basée sur la recherche exhaustive dans l'espace des paramètres, est élaborée. L'inversion s'effectue en comparant des données basse fréquence du champ acoustique, recueillies le long d'antennes linéaires verticales ou horizontales, aux répliques générées par des modèles d'équation parabolique 2D et 3D. Les paramètres importants sont identifiés au moyen d'une étude de sensibilité de la fonction de coût. Dans une étape préliminaire, la performance de l'inversion est étudiée, sur données synthétiques bruitées, dans un cas simple permettant l'utilisation de modèles 2D. Une stratégied'inversion en sous-espaces résultant en une réduction importante des temps CPU pour l'inversion, est examinée. L'inversion est ensuite abordée en présence d'un fond incliné. La possibilité et les limites d'une inversion basée sur un modèle 2D sont explorées. Cette approche, mise en œuvre sur données synthétiques, met en évidence la pertinence de l'utilisation de modèles 2D en champ relativement proche. Une inversion basée sur un modèle 3D n'étant alors nécessaire que pour la pente, des temps CPU raisonnables sont ainsi réalisés. En revanche, en champ lointain, nous sommes confrontés à un risque potentiel d'estimation erronée et le recours à une modélisation 3D devient nécessaire.

Ce travail porte sur l’étude de la dégradation des convertisseurs électrochimiques haute température à oxydes solides. Une approche couplant des tests électrochimiques, des caractérisations post-mortem avancées et une modélisation multi-échelle a été mise en place afin d’établir les liens entre les performances, la microstructure des électrodes et leur dégradation. Dans ce but, des essais de durabilité de plus de mille heures ont été menés dans différentes conditions opératoires. La microstructure des électrodes a été reconstruite par nano-holotomographie des rayons X pour la cellule de référence avant et après vieillissement. Une attention particulière a été apportée à la mesure de la résolution spatiale et à la fiabilisation du protocole expérimental. Grâce aux volumes 3D, les propriétés microstructurales de l’électrode H2 en Ni-YSZ ont été quantifiées pour les cellules à l’état initial et vieillies. Un modèle physique d’agglomération des particules de Nickel a ensuite été ajusté sur les analyses tridimensionnelles et intégré dans une structure de modélisation multi-échelle développée au laboratoire. Il a auparavant été nécessaire de compléter l’outil numérique avec un module spécifique dédié aux matériaux composant l’électrode à oxygène fait avec un conducteur mixte ionique-électronique. Une fois le modèle validé sur des courbes de polarisation expérimentales, il a été utilisé pour quantifier la contribution de l’agglomération du Nickel sur les pertes de performances mesurées expérimentalement en mode pile à combustible et électrolyse
This work aims at a better understanding of the high temperature Solid Oxide Cells degradation. An approach based on electrochemical tests, advanced post-test characterizations and multi-scale models has been used to investigate the links between the performances, the electrodes microstructure and their degradation. In that goal, long-term durability tests have been performed over thousand hours in different operating conditions. Electrode microstructures have been reconstructed by X-ray nano-holotomography for the pristine and the aged cells. It is worth noting that a special attention has been paid to improve both the process reliability for the tomographic experiments as well as the spatial resolution of the 3D reconstructed images. Thanks to the valuable 3D volumes, the Ni-YSZ microstructural properties of the H2 electrode have been quantified for the fresh and the aged samples. Then, a physically-based model for Nickel particle agglomeration has been adjusted on the microstructural parameters obtained by the 3D analysis and implemented in an in-house multi-scale modelling framework. Beforehand, it has been necessary to enrich the available numerical tool with a specific module dedicated to the oxygen electrode made in Mixed Ionic Electronic Conducting materials. Once validated on polarisation curves, the completed model has been used to quantify the contribution of Nickel agglomeration on the experimental degradation rates recorded in fuel cell and electrolysis modes

L’immersion permanente dans le liquide de refroidissement et les fortes variations de températures inhérentes à certaines applications automobiles constituant un environnement défavorable aux composites plastiques, les effets de cet environnement sur ces matériaux doit être connus afin de permettre une conception fiable des composants. Cette thèse présente une étude expérimentale et théorique sur un PPS/GF 40 et sa matrice. Les variations de températures et le vieillissement du matériau lié à l’immersion dans le liquide de refroidissement ont été investiguées de manière expérimentale via des essais de tractions cycliques et monotones sur le plastique pur et sur le composite en faisant varier la proportion de glycol dans le liquide de refroidissement. Les résultats de ces essais ont permis l’identification des principaux phénomènes physiques à l’œuvre dans le PPS pur et responsables des évolutions de son comportement mécanique en fonction de cet environnement hydro-thermique. Ces observations expérimentales ont permis la mise en place d’un modèle phénoménologique traduisant le comportement complexe du PPS et de l’extrapoler pour différentes températures. Les effets du vieillissement ont été intégrés au sein de ce même modèle via l’établissement d’une équivalence température/immersion. A partir de l’étude réalisée sur la matrice PPS, le modèle proposé a été extrapolé au niveau du composite via une homogénéisation analytique de son comportement. Un certain écart a été observé entre la prédiction du comportement plastique et le comportement observé expérimentalement. Une investigation par éléments finis de la cohésion fibre/matrice par endommagement d’inter-phase a été menée afin d’expliquer ces différences. Ce travail a permis de mettre en exergue l’influence du vieillissement sur cette cohésion et de quantifier la perte de résistance de cette inter-phase induite par l’immersion. Enfin, une étude expérimentale en fatigue a été menée sur le composite. Les similitudes observées avec le comportement en quasi-statique ont permis de réutiliser des paramètres du modèle développé afin d’extrapoler les courbes de Wöhler pour différentes températures. Cette extrapolation étant alors possible, un modèle 1D a été développé afin d’estimer l’élévation de température induite dans le matériau suite aux phénomènes d’auto-échauffement induits par la sollicitation en fatigue, tout en prenant en considération les effets du vieillissement sur la microstructure du matériau
This thesis presents an experimental and theoretical study conducted on a PPS/GF40 and its matrix. Widely used for under-the-hood applications in the automotive industry, those materials are subjected to high temperatures and aging effects of cooling liquid. Therefore, the understanding of those phenomena is essential to design mechanical parts. Thus, an experimental campaign in the tensile mode has been carried out with different temperatures and glycol proportions in the cooling liquid, for monotonic and cyclic loadings on neat and reinforced PPS. The results of these tests allowed us to highlight some of the main physical phenomena occurring during these solicitations under tough hydro-thermal conditions. Taking into account this analysis, a visco-elasto-pseudo-viscoplastic model is proposed. Moreover, this model allows the consideration of the cooling liquid effects and its constituents by temperature/humidity equivalence. The accuracy of the model was confronted to an artificial intelligence based one, in order to study the maximal accuracy physically reachable. Finally, the evolution of the model parameters has been studied with the adjunction of short glass fibres and for specifics orientation distribution. Starting from the study of the mechanical behavior of the PPS matrix, an analytical homogenization was then performed. Differences between experimental and predicted plastic behaviors were highlighted. Finite element analyses considering inter-phase damage were done at different temperatures and for several fiber orientations so to explain differences arising between analytical approach and experimental results. This work allowed a study of the evolution of the impact of this damage on mechanical properties as a function of temperature and fiber orientation. This work led to highlight a weakening of the fiber/matrix interface for a liquid aged composite and to quantify the decrease of the interface properties. Finally, fatigue behavior of the composite is studied as a function of fiber orientation. The modeling parameters determined from the study of the monotonic behavior of the composite were taken into account to propose a prediction of the Wöhler curves as a function of temperature. The prediction of the Wöhler curves as a function of temperature being possible, a 1D model was then proposed in order to evaluate the increase of temperature due to self-heating phenomenon during fatigue loading, considering ageing consequences

Cette thèse a pour but d’étudier expérimentalement plusieurs technologies de joints radiaux segmentés. L’introduction permet de situer le contexte du travail tout en évoquant plusieurs technologies d’étanchéités couramment employées dans les moteurs aéronautiques. Au cours de ce chapitre, les contraintes auxquelles les joints radiaux segmentés doivent faire face sont également détaillées. La première étude menée a pour but d’étudier trois technologies différentes de joints radiaux segmentés : sans poche, avec poche sur les patins et enfin une technologie de joint sans poche en vis-à-vis de rainures inclinées sur le rotor. Dans un premier temps, les performances de chaque étanchéité sont évaluées et comparées.Ensuite, une étude métrologique a été menée sur la technologie de joint sans poche afin d’investiguer l’usure subie par ce dernier au cours des essais. Au cours de ce travail, la fragilité de ce type d’étanchéité a été mis en avant. C’est pourquoi, des joints similaires présentant une défaillance ont été étudiés. Comme précédemment, les performances de ces joints ainsi que l’usure subie ont été évaluées. Il a été montré que malgré la défaillance, ces joints n’ont montré aucun signe de détérioration supplémentaire.Enfin, l’influence de la rugosité de surface a été étudié afin de mettre en avant les phénomènes liés au soulèvement des segments. Pour cela, une méthode numérique multi-échelles a été développée. Il a été montré que cette dernière permettait de résoudre un tel problème avec un effort de calcul faible en comparaison des méthodes standard
The main goal of this thesis is the experimental study of several technologies of radial segmented seals. First of all, an introduction presents the context of the study by detailing the most commonly used seals technologies in aero engines.Firstly, three different technologies of radial segmented seals have been studied: without pocket, with pocket and without pocket and inclined grooves on the rotor. The performance of each technologies has been investigated and compared. In complement, the wear of the pocket-free technology has been study. The work highlights the fragility of this kind of seals. It is why the performance and the wear of faulty seals have been investigated.This second study shows that despite the failure, the seals do not show more serious complications.Then, the impact of roughness on a gas flow was investigate to highlight the lift effect of the segments. For this, a multiscale method was developed. It was shown that this method works well to study such a problem with a very low computational effort in comparison with two other existent methods

Les voies sèches de valorisation du bois énergie sont de plus en plus exigeantes vis-à-vis de la qualité de la matière première et notamment quant à sa teneur en eau. Ainsi, une étape intermédiaire de préconditionnement, sur site industriel, tend à se développer. La mise en œuvre de séchoirs en continu est alors séduisante de par son faible coût et sa parfaite intégration dans la ligne de production. Cependant, elle n'est pas sans écueil : la variabilité de la biomasse et l'hétérogénéité des conditions climatiques au sein du séchoir rendent fastidieux le dimensionnement du séchoir et de la source de chaleur associée d'une part et la maximisation du flux matière d'autre part.Notre étude a pour ambition de développer un outil informatique d'aide à la conception et à l'optimisation de séchoirs en continu traversés par un lit condensé de particules de bois. Pour y parvenir, nous associons une approche expérimentale et une approche numérique du procédé. La démarche scientifique s'articule autour de deux échelles représentatives :- A l'échelle de la particule de bois, le modèle de Van Meel, reposant sur le concept de courbe caractéristique de séchage, est étendu : le couplage entre transferts de chaleur et de masse est rendu explicite. Nous disposons dès lors d'un modèle réactif et prédictif en conditions climatiques variables. Parallèlement, un premier dispositif expérimental original est conçu et construit pour l'étude du séchage de particules de bois isolées. Les données recueillies sont alors analysées en vue d'alimenter en paramètres et de valider le modèle semi-analytique ;- A l'échelle du séchoir, une modélisation double-échelle est adoptée pour tenir compte de l'évolution des conditions climatiques. Un soin particulier est apporté à la modélisation, se voulant être la plus proche possible des installations existantes : à ce titre, les transferts au niveau de la paroi du séchoir sont pris en compte, ainsi que la variabilité des particules de bois. Parallèlement, un second dispositif expérimental original est conçu et construit pour l'étude du séchage de particules disposées en lit. Les données recueillies sont alors confrontées aux simulations du modèle double-échelle.La validation du modèle s'étant révélée probante tant à l'échelle de la particule qu'à celle du séchoir, une utilisation du code pour l'aide à la conception et à l'optimisation d'installations industrielles a pu être envisagée. Ainsi, ce travail s'achève-t-il par deux études de cas à travers lesquelles nous explorons le potentiel du modèle pour maximiser le flux matière tout en garantissant la qualité du produit et l'efficacité énergétique du séchoir.

A l'intérieur d'un solide, l'endommagement est provoqué par des mouvements microscopiques. Nous décidons de tenir compte de ces mouvements dans le principe des puissances virtuelles. Les vitesses microscopiques étant reliées à la vitesse d'endommagement, la puissance des efforts intérieurs que nous retenons dépend de cette vitesse et aussi de la vitesse du gradient de l'endommagement pour décrire les interactions. L'utilisation de cette approche permet de représenter le comportement non linéaire du béton, qui est en grande partie dû à l'endommagement, par des modèles adoucissants. Les applications aux calculs de structures donnent des résultats objectifs surmontant la difficulté liée à la dépendance du maillage lors de la discrétisation par éléments finis. La prise en compte du gradient de l'endommagement dans la formulation permet également de rendre compte de l'effet d'échelle de structures. Le phénomène unilatéral lié à la refermeture des microfissures, qui conduit à la restauration de la raideur lors du passage d'un chargement endommageable en traction à un chargement en compression, est pris en compte par l'utilisation de deux variables scalaires d'endommagement et par une partition du tenseur des déformations dans l'expression de l'énergie libre. Les modèles que nous présentons sont implantés dans un code de calcul par éléments finis et les résultats obtenus permettent une analyse prévisionnelle des structures.

L’amélioration des performances mécaniques des matériaux utilisés dans l’aéronautique repose généralement sur la compréhension de la relation entre les paramètres microstructuraux et le comportement mécanique macroscopique. De plus, le caractère hétérogène et anisotrope de la plupart des matériaux métalliques, notamment l’alliage de titane Ti-6Al-4V, implique une étude assez approfondie à l’échelle locale. Ce travail constitue une contribution dans ce domaine. Il a pour but d’analyser le comportement mécanique de l’alliage Ti-6Al-4V soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec la microstructure. Des caractérisations microstructurales ont été tout d’abord effectuées sur des microstructures nodulaires de Ti-6Al-4V possédant la même texture cristallographique mais avec trois tailles de grain différentes : ultra fine, fine et standard, puis sur des microstructures possédant la même taille de grain mais avec deux textures différentes : forte et faible. Dans une deuxième étape, des essais mécaniques monotones et cycliques ont été réalisés. Les résultats de cette partie ont permis le développement d’un modèle à l’échelle macroscopique. Par la suite, une technique d’analyse des traces de glissement a été développée dont l’objectif est d’identifier la contribution de différents systèmes de glissement dans l’accommodation de la déformation plastique. La dernière partie de cette thèse a été consacrée au développement d’un modèle de plasticité cristalline couplé à la méthode des éléments finis (Crystal Plasticity Finite Element Method (CPFEM)) permettant d’analyser l’effet couplé de la taille moyenne des grains, leur dispersion relative et leur texture cristallographique sur le comportement obtenu aux échelles microscopique, mésoscopique et macroscopique. Les paramètres du modèle ont été identifiés en utilisant des techniques appropriées de transition d’échelles en champs moyens. Les Volumes Élémentaires Représentatifs (VER) utilisés dans le modèle ont été optimisés en considérant deux contraintes majeures : un nombre de grains représentatif et un maillage adéquat. Les simulations numériques ont été réalisées par le biais du code de calcul éléments finis Abaqus/Standard interfacé par la librairie ZMAT
Improving the mechanical performances of materials used in aeronautics industry is generally based on the understanding of the relationships between their microstructural features and their mechanical behavior observed at the macroscopic scale. In addition, the heterogeneous and the anisotropic nature of many materials, in particular Ti-6Al-4V titanium alloy, implies a rather detailed investigation of the mechanical behavior at the local scale. This PhD work is a contribution to analyze the mechanical behavior of the Ti-6Al-4V alloy submitted to monotonic and cyclic loadings by considering relationship with the microstructure features. Microstructural characterizations were first performed on nodular Ti-6Al-4V microstructures with identical crystallographic texture and three different grain sizes (ultra fine, fine and standard), then on microstructures with the same grain size but two texturing degrees (strong texturing and weak) were assessed. In a second step, mechanical tensile and cyclic experiences were carried out. The results were used in development of a model with a macroscopic approach. Subsequently, a sliding trace analysis technique was developed in order to identify the contribution of different sliding systems on the accommodation of plastic deformation during the tensile or cyclic loadings. The final part of PhD work was dedicated to the development of a Crystal Plasticity-Finite Element model (CPFEM) to analyze the coupled effect of the average grain sizes, their relative scattering and crystallographic textures on the mechanical behavior at different scales: microscopic (sliding mechanism), mesoscopic (grains) and macroscopic scales. The model parameters were identified using appropriate techniques for the scale transitions. The Representative Volume Element (RVE) necessary for such modeling has been optimized with two constraints: a representative number of grains and an adequate meshing in terms of numbers and type of elements. The numerical simulations were performed using Abaqus/ Standard finite element calculation code interfaced by ZMAT library