Добірка наукової літератури з теми "Caractérisation expérimentale multi-Physique"

Ces dernières années, le CESBIO a mis en place un Observatoire Spatial Régional (OSR), dispositif d'observation couplant mesures de terrain et télédétection dans le sud-ouest de la France. L'OSR se base sur des acquisitions mensuelles de données satellitaires à résolution décamétrique depuis 2002 et sur des sites expérimentaux lourdement instrumentés (mesures en continu de flux d'eau et de carbone) à partir de 2004. Ce dispositif a été reconnu service d'observation par l'INSU/CNRS en 2007 et site Kalideos par le CNES fin 2009 sous le nom de « OSR MiPy ». Le site atelier correspond à l'emprise d'une image Spot, soit environ 50 x 50 km, et couvre une grande diversité de milieux (pédologie, topographie), d'occupation et d'utilisation des sols, de pratiques et de modalités de gestion (agricole, forestière…) et de conditions climatiques (fort gradient de déficits hydriques estivaux).Pour la télédétection, ce site a servi la préparation de SMOS et soutient maintenant en priorité la préparation des missions VENµS et Sentinel-2. Les aspects radar, imagerie thermique et les approches multi-capteurs se développent depuis peu. Le traitement du signal, la physique de la mesure et l'amélioration de la qualité des données constituent le premier axe de recherche. Au niveau thématique, le CESBIO a pour priorité le suivi et la modélisation des agrosystèmes de grandes cultures. L'implication récente d'autres partenaires scientifiques ou de gestionnaires a permis d'initier des travaux sur d'autres aspects, comme la biodiversité, l'aménagement du territoire, le suivi de l'extension urbaine, les risques environnementaux, la santé des forêts, l'enfrichement, la diversité et la productivité des prairies. La valorisation des 10 années d'archives 2002-2011 débute et semble très pertinente pour la caractérisation en haute et en basse résolution des conséquences d'années climatiques atypiques (2003, 2011) sur les éco-agro-systèmes. L'extrapolationdes résultats obtenus sur ce site atelier à toute la région Midi-Pyrénées ou à la chaine des Pyrénées est aussi initiée.

Ce mémoire s'intéresse aux propriétés de transfert, de résistance et de plasticité de roches argileuses. Deux enjeux industriels directs sont la détermination du potentiel de production de gaz naturel des roches mères et de la capacité de rétention des roches de couvertures utilisées pour les stockages de gaz ou de déchets en milieu souterrain. Dans un premier temps, la perméabilité est décrite comme résultant de l'homogénéisation de l'écoulement d'un fluide visqueux dans le réseau poreux. Un cadre variationnel analogue à celui de Hashin et Shtrikman en élasticité est établi et mis à profit pour proposer une méthode numérique basée sur la Transformée de Fourier Rapide (FFT) pour le calcul efficace de bornes sur la perméabilité à partir de représentations tridimensionnelles voxelisées de milieux poreux. Par ailleurs, des techniques d'homogénéisation analytiques basées sur la définition de cellules perméables équivalentes sont proposées pour fournir des briques élémentaires pour la modélisation micro-mécanique de la perméabilité.Le phénomène de glissement du gaz aux parois est considéré pour rendre compte quantitativement d'effets du type Klinkenberg sur la perméabilité au gaz. L'effet d'une saturation partielle du réseau poreux sur la perméabilité et la pression de percée sont étudiés dans le cas de morphologies particulières des pores. En parallèle, une campagne expérimentale est conduite sur différentes roches argileuses issues de forages pour caractériser leur porosité et leur perméabilité sous diverses conditions de confinement mécanique et desaturation partielle en eau. Dans un second temps, les capacités de résistance sont étudiées sous hypothèse de rupture ductile. Une méthode numérique efficace basée sur la FFT est proposée pour encadrer par l'extérieur le domaine de résistance de milieux hétérogènes à géométrie complexe. D'autre part, une modélisation analytique à trois échelles de la résistance d'un matériau granulaire renforcé par inclusions rigides avec interfaces imparfaites est présentée. Enfin, une relecture élasto-plastique de ce modèle de résistance a abouti à un modèle purement micro-mécanique, dont l'interprétation macroscopique est analogue au modèle Cam-clay, avec écrouissage par changement de porosité et ligne d'états critiques
This thesis is focused on the strength, plasticity and transport properties of mudrocks. Two industrial applications are the shale gas production and the underground gas or waste storage. In a first part, the permeability is described as resulting from the homogenisation of the flow of a Newtonian fluid within the pore space. A Hashin-Shtrikman like framework is derived for the permeability upscaling and used to propose a FFT-based numerical method for the efficient computation of bounds on the permeability, directly compatible with a voxelised representation of the pore space. As an alternative, analytic homogenisation techniques based on the definition of equivalent permeable cells are developed to provide building blocks for the micro-mechanical modelling of permeability. The gas slip at pore walls is accounted for to model Klinkenberg effects for gas permeability. Partial water saturation is also considered to model relative gas permeability and gas breakthrough pressure. In the mean time, a thorough experimental investigation of the evolution of porosity and permeability with confining pressure and partial water saturation has been carried out on several types of mudrocks. In a second part, the ductile strength properties is studied. An efficient FFT-based numerical method is proposed to compute the homogenised strength domain of heterogeneous media with complex micro-structures. Next, a three-scale analytic model of the strength of a granular media reinforced by rigid inclusions with imperfect interfaces is presented. In a third part, this strength model is re-interpreted in plasticity to propose a purely micro-mechanical model, whose macroscopic interpretation is similar to the Cam-clay model, including hardening or softening due to an evolving porosity and a critical state line

Dans le cadre de la rénovation énergétique durable du bâti ancien et afin d'améliorer l'efficacité énergétique des parois soumises aux remontées capillaires, une nouvelle technologie de rupture consiste à incorporer un système de ventilation d'un espace tampon situé entre l'isolation thermique et l'ossature porteuse humide. Cette technologie est considérée comme l'une des solutions efficaces et peu onéreuses pour lutter contre les remontées capillaires, tout en assurant la durabilité de l'isolation et la pérennité structurelle de l'ossature.Physiquement, le dispositif aéraulique est basé sur la génération d'un flux laminaire de convection forcée d'air neuf dans un canal vertical en contact avec la surface interne de la paroi humide. Cette technologie crée alors un front d'évaporation à la surface interne de la paroi, où par conséquence, un échange hygrothermique simultané se produit entre la paroi et la lame d'air ventilé et entre la paroi et l'environnement extérieur. La modélisation numérique de ces phénomènes physiques couplés est complexe. Nous avons alors suivi une démarche scientifique explicite qui consiste, dans un premier temps en une simplification du modèle grâce à l'approche de Darcy simple dans le milieu poreux et aux équations de la convection forcée. Notre objectif est de mettre en exergue les transferts hygrothermiques entre le mur humide et le canal d'air ventilé, en supposant que la face externe de la paroi est en conditions adiabatiques et que le milieu poreux est saturé en eau. Dans un second temps, le modèle est étendu vers un modèle généralisé basé sur l'approche de Luikov qui assimile la paroi à milieu poreux partiellement saturé sous conditions diabatiques. Ces équations de transferts hygrothermiques sont résolues par une méthode hybride combinant la méthode de Lattice - Boltzmann, la méthode des volumes finis, et la méthode itérative de sur-relaxation ponctuelle.Un jeu de données "matériaux" est identifié par le truchement d'une campagne expérimentales de caractéristiques physiques, hygrothermiques et mécanique afin de constituer des paramètres d'entrée des modèles numériques. Les techniques traditionnelles de construction dans le Nord de la France sont ciblées, au travers de parois humides en briques de terre cuite anciennes. À l'aune de ces résultats, le modèle est validé analytiquement, grâce à une démarche proche et simplifiée et expérimentalement, via un dispositif expérimental conçu au sein du laboratoire. Enfin, une étude de sensibilité du modèle aux paramètres d'entrée du modèle est proposée, suivie de l'analyse de l'influence des conditions de soufflage d'air neuf (hygrothermie dynamique) et des conditions environnementales extérieures sur la performance du canal ventilé adossé à une paroi partiellement saturée en conditions diabatiques. Les résultats sont présentés en termes de distributions de température et de teneur en eau pour la paroi, de champs d'isothermes et d'iso-concentration de vapeur d'eau, et de nombres adimensionnés locaux pour identifier la nature des échanges à l'interface entre la paroi humide et l'espace tampon ventilé. De nombreuses perspectives de recherche peuvent se dégager de notre étude, notamment au travers du transfert de cette technologie sur le marché de la rénovation énergétique du patrimoine humide. Outre l'optimisation du fonctionnement du dispositif aéraulique et son automatisation face aux conditions environnementales, un retour d'expérience en site réel occupé est actuellement en cours d'élaboration
As part of the sustainable energy renovation of old buildings and in order to improve the energy efficiency of walls subjected to capillary rise, a new breakthrough technology consists of incorporating a ventilation system of a buffer space located between the thermal insulation and the wet load-bearing framework. This technology is one of the effective and inexpensive solutions to fight against capillary rise, while ensuring the durability of the insulation and the structural durability of the framework.Physically, the aeraulic device based on the generation of a laminar flow of forced convection of fresh air in a vertical channel in contact with the internal surface of the wet wall. This technology then creates an evaporation front at the internal surface of the wall, where as a result, simultaneous hygrothermal exchange occurs between the wall and the ventilated air space and between the wall and the external environment.Numerical modeling of these coupled physical phenomena is complex. We then followed an explicit scientific approach, which firstly consists in a simplification of the model thanks to the simple Darcy approach in the porous medium and to the forced convection equations. Our objective is to highlight the hygrothermal transfers between the humid wall and the ventilated air channel, assuming that the external face of the wall is in adiabatic conditions and that water saturated the porous medium. Secondly, the model extends to a generalized model based on the Luikov approach, which assimilates the wall with a partially saturated porous medium under diabetic conditions. A hybrid method, combining the Lattice - Boltzmann method, the finite volume method, and the iterative succesive over-relaxation method, solves these hygrothermal transfer equations.A "materials" data set identified by means of an experimental campaign of physical, hygrothermal and mechanical characteristics in order to constitute input parameters for the numerical models. Traditional construction techniques in the North of France targeted, through damp walls made of old terracotta bricks. In the light of these results, we can validate the model analytically, thanks to a similar and simplified approach, and experimentally, via an experimental device designed in the laboratory.Finally, a study of the sensitivity of the model to the input parameters of the model proposed, followed by the analysis of the influence of the fresh air blowing conditions (dynamic hygrothermal energy) and of the external environmental conditions on the performance of the ventilated duct leaned against a partially saturated wall in diabatic conditions. The results are presented in terms of temperature and water content distributions for the wall, isothermal fields and iso-concentration of water vapor and local dimensional numbers to identify the nature of the exchanges at the interface between the wet wall and the ventilated buffer space.Many research perspectives can emerge from our study, in particular through the transfer of this technology to the energy renovation market for wet properties. In addition to optimizing the operation of the aeraulic system and its automation in the face of environmental conditions, feedback on a real occupied site is currently being prepared

La congélation des produits alimentaires est un procédé qui permet d'augmenter leur durée de conservation. Ceci est possible grâce à l'abaissement de la température mais surtout à la solidification de l'eau réduisant la disponibilité de l'eau nécessaire au développement des micro-organismes. Cependant, si les produits ne sont pas emballés ou si l'emballage n'est pas adhérent à leur surface pendant la congélation, un transfert d'eau a également lieu simultanément à la libération de chaleur. Ce transfert d'eau se traduit par la déshydratation des produits qui implique une perte de masse. Celle-ci a un impact direct sur la masse de produit congelé qui pourra être vendue et donc un coût économique pour les industriels.La cristallisation de l'eau est également un paramètre clé de la congélation. En effet, les caractéristiques des cristaux de glace formés pendant la congélation (nombre, taille et forme) peuvent provoquer des modifications de structure des aliments et des dommages irréversibles. Ceux-ci se traduisent par la modification des propriétés organoleptiques et nutritionnelles des produits une fois décongelés et une baisse de leur qualité.Que ce soit pour la déshydratation ou la cristallisation, les conditions opératoires de congélation (température, vitesse d'écoulement d'air et hygrométrie) ainsi que certaines caractéristiques des produits (température initiale, surface, épaisseur) ont une influence importante. L’objectif de la thèse est d’étudier et savoir estimer la perte en eau et les caractéristiques des cristaux formés dans un aliment non poreux en fonction des conditions opératoires afin de choisir une technologie de congélation adaptée.Le travail a été axé sur l'étude des transferts de chaleur et de matière (eau) à la surface et à l'intérieur du produit lors de la congélation à deux niveaux d'échelle : macroscopique pour la déshydratation et microscopique pour la cristallisation. Cette approche multi-échelles s’est appuyée à la fois sur l’expérimentation et sur la modélisation.Pour ce qui est de la déshydratation, un dispositif expérimental a été conçu à l’échelle du produit pour mesurer la variation de la masse et de la température de l’aliment au cours de sa congélation (conditions mécaniques ou cryogéniques).Parallèlement, un modèle (1D) de prédiction de la déshydratation et de la durée de congélation en fonction du produit (homogène et non poreux) et des conditions opératoires de congélation a été développé. Cette étude a été réalisée pour un produit modèle, le gel de méthyl-cellulose (Tylose®) et pour de la viande hachée de bœuf (5 % de matière grasse).Pour l’étude de la cristallisation, un modèle à l’échelle des cristaux (2D) a pour vocation de représenter les phénomènes liés au changement de phase de l’eau (apparition et croissance des cristaux) en fonction des conditions opératoires de congélation. Il simule la cristallisation de l’eau dans des solutions notamment en prenant en compte la diffusion des molécules de solutés dans la solution cryo-concentrée ainsi que la libération et la dissipation de la chaleur latente de solidification de l'eau.Des observations de la cristallisation au sein d'échantillons de viande hachée de bœuf ont été faites par micro-tomographie à rayon X et cryo-microscopie électronique à balayage sur des échantillons congelés mais aussi par microscopie électronique à balayage et microscopie optique sur des échantillons lyophilisés (après congélation en conditions mécaniques ou cryogéniques)
Freezing extends food shelf life by lowering the temperature and mainly thanks to water solidification which decreases water availability for micro-organism growth. Nevertheless, if the food is not packaged or if the packaging is not adherent to its surface, a water transfer occurs simultaneously with the heat transfer during freezing. This water transfer leads to product dehydration which means weight loss. Food dehydration during freezing has consequences on the product weight and so has an economic cost for industrials.Water crystallization is also an important parameter of the freezing process. Indeed, ice crystal characteristics (number, size and shape) may induce food structure changes and irreversible damages. These modifications can alter organoleptic properties and food quality after thawing.Freezing operating conditions (temperature, flow velocity, hygrometry) and some food characteristics (initial temperature, surface, thickness) have an influence on both dehydration and water crystallization.The objective of this thesis is to study and to be able to estimate the water loss and crystal characteristics for non-porous food according to the freezing operating conditions in order to select the best freezing technology.The work was focused on the multi-scale study of heat and mass (water) transfers during freezing, at the product surface and throughout the product : on a macroscopic point of view for dehydration and on a microscopic point of view for crystallization. Each study is built on an experimental and a modelling work.For dehydration, an experimental device was developed to measure weight loss and product temperature kinetics during freezing (mechanical and cryogenic freezing conditions).Moreover, a predictive model (1D) was established for estimation of dehydration and freezing time according to the product and the freezing conditions. Dehydration was studied with a model material (methylcellulose gel-Tylose®) and with minced beef (5 % fat).For crystallization, a model at crystal scale (2D) aims to simulate phenomena related to the water phase change (nucleation and crystal growth) according to the freezing operating conditions. It takes into account water crystallization in solution considering the diffusion of the solute in the cryo-concentrated solution, the release and dissipation of the latent heat of water solidification.Crystallization observations were done in frozen samples of minced beef by X-ray micro-tomography and by cryo-scanning electron microscopy. Some visualizations were also carried out on freeze-dried samples by scanning electron microscopy and optical microscopy (after mechanical or cryogenic freezing)

Cette thèse est dédiée à la caractérisation de la déformation plastique sévère et des évolutions de la microstructure engendrées dans les rails en service, conduisant à leur fissuration par Fatigue de Contact de Roulement. L’amorçage de ces fissures en surface et leur propagation en profondeur mettent en jeu des phénomènes à l’échelle de la microstructure qui peuvent entrainer à l’échelle macroscopique des écaillages de surface ou même conduire à des ruptures brutales de rails en cours de fonctionnement. Pour améliorer la compréhension de ces différents phénomènes en sous surface, une méthodologie expérimentale multi-échelles et multi-techniques a été conduite sur des rails prélevés en cours de service. Dans un premier temps, la présence d’un gradient tridimensionnel de microstructure, de cristallographie et de propriétés mécaniques engendré par les contacts répétés avec les roues a été mise en évidence dans la tête du rail au cours de son fonctionnement. Par le biais d’une campagne de prélèvement de rails en circulation à différents chargements, les stades de mise en place de ces gradients et la déformation plastique accumulée dans la tête de rail ont ensuite pu être évalués, de même que leurs évolutions par rapport aux passages des roues sur le rail et au développement des fissures. Cette étude contribue ainsi à une meilleure appréhension des mécanismes d’endommagement en fatigue de contact de roulement des rails en fonctionnement et pourra fournir une base de données solide pour les travaux à venir dans le domaine
This work is dedicated to the characterization of severe plastic deformation and microstructure evolution induced in rails in service, leading to cracks initiation by Rolling Contact Fatigue. Initiation of these surface cracks and in-depth propagation involve several phenomena at the microstructure scale which can lead to surface spalling at the macroscopic scale or even to brutal failure of the rail during its service. To improve understanding of these various phenomena beneath the rail surface, an experimental, multi-scales and multi-techniques methodology has been followed on rails removed from service. In the first part of results, the presence of a three-dimensional gradient of microstructure, of crystallography and of mechanical properties induced by the repeated contacts with wheels has been highlighted in a rail head during its service. Then, by means of a field analysis campaign of rails removed from service at several accumulated loads, the different stages of in-depth gradients development and plastic deformation accumulated in the rail head have been estimated in relation with total accumulated tonnage and cracks initiation. This study contributes to improve the understanding of the damage mechanisms in rolling contact fatigue of rails in service and the modeling of rail plasticity and crack propagation by including anisotropy of the running band and effect of in-depth microstructure evolution