Добірка наукової літератури з теми "Système d’écoulement"

Dans les écosystèmes aquatiques, l’oxygène dissous est consommé par les processus chimiques et biologiques de l’autoépuration (oxydoréduction, dégradation de la matière organique,...) ainsi que par la respiration des espèces aquatiques. L’autoépuration sera donc favorisée par une amélioration de l’aération et le taux d’oxygène dissous constituera un indicateur de la qualité de l’eau. Les structures hydrauliques telles que les cascades jouent le rôle de système d’aération en favorisant l’absorption dans l'eau de l’oxygène atmosphérique. Afin d’évaluer le potentiel d’aération de ces ouvrages aux faibles débits, une étude a été réalisée sur une cascade de laboratoire représentative des petits cours d’eau et équipée de plusieurs marches modulables en nombre et en taille. Le transfert d’oxygène dans les cascades est fortement dépendant de l’aire de l’interface d’échange rapporté au volume d’eau, du type d’écoulement diphasique et de la turbulence dans le fluide. Du point de vue hydrodynamique, trois régimes d’écoulement ont été identifiés pour un débit inférieur à 3 L•-s-1, deux régimes de type nappe et un régime de transition. L’efficacité du transfert d’oxygène mesurée varie de 15 % à 40 % en fonction du débit d’eau, du nombre et de la longueur des marches de la cascade. Les résultats ont montré une amélioration de l’aération avec le débit (en régime nappe) et avec le nombre de marches. Sur les différents systèmes de cascades étudiés, une relation de linéarité entre le nombre de marches et l’efficacité d’aération a été constatée. L’ajout de graviers sur les marches provoque une légère amélioration de la capacité d’aération, dépendant du niveau d’immersion des graviers. À hauteur donnée, l’augmentation de la longueur des cascades défavorise le transfert d’oxygène.

Un ensemble de faits géomorphologiques et sédimentologiques (fabriques de till à orientation d’écoulement vers le S; position sur des versants exposés au N et tracé de formes glaciaires frontales; orientation et situation de système interlobaire) indique un écoulement général vers le S d’une masse glaciaire à l’E et au NE de Sherbrooke. La limite occidentale de celle-ci paraît se prolonger au N de la moraine d’interlobe des monts Stoke par les eskers de Saint-Claude. L’origine de cette masse glaciaire n’est pas reconnaissabie dans la région considérée, mais pourrait se situer dans le plateau appaiachien de Thetford-Mines. Cette masse, en conflit avec sa voisine occidentale à écoulement général vers le SE, a vu son influence croître durant les étapes ultimes de la déglaciation, en particulier lors de la récurrence dite de Cherry River dont l’extension au SE de la limite fixée par McDONALD (1967) paraît probable. L’absence de continuité vers le SO et la localisation sur versant des formes frontales s’expliquent par l'existence de lacs de barrage glaciaire dans les vallées principales où les fronts étaient amenés à flotter; l’obliquité des axes du relief, orientés NE-SO par rapport aux fronts assumés plutôt E-O, rend compte du déversement général vers l’O des lacs proglaciaires, soit dans la direction de leur décroissance d’altitude.

RésuméLe fleuve Orange (Afrique du Sud) est l’un des systèmes fluviaux les plus aménagés au monde : les barrages hydroélectriques ont modifié le volume d’écoulement du fleuve et son débit solide a diminué depuis les années 1930. Plus encore, dans son cours moyen inférieur (secteur d’Upington), le fleuve a été contraint entre des digues de 5 à 10 m de hauteur, des chenaux secondaires ont été remplis pour permettre le développement agricole et plus de 10 déversoirs de bas niveau ont été construits à travers le chenal. Dans des conditions similaires, des changements géomorphologiques visibles et rapides (incision du chenal, alluvionnement, etc.) ont été enregistrés dans divers systèmes fluviaux en région semi-aride. Pourtant, l’étude de cartes anciennes (des années 1920) et de photographies aériennes (à partir de 1937) montre une stabilité remarquable des formes fluviales, et ce, même à petite échelle : des bancs sableux et des seuils rocheux sont facilement reconnaissables dans le chenal principal. L’objectif de cet article est d’explorer les différentes hypothèses expliquant cette stabilité, en utilisant le concept de discontinuité et la théorie de la catastrophe, et de confronter les résultats avec les travaux récents sur le fleuve Orange. Notre recherche est basée sur le calcul des puissances spécifiques des crues vicennales, la reconnaissance de terrain (entre 2000 et 2003) et le prélèvement de sédiments, en utilisant la méthode de la courbe de Passega. Nous avons également effectué des comparaisons entre les photographies aériennes et les cartes anciennes et les photographies aériennes les plus récentes à l’aide des outils SIG (MapInfo). À micro-échelle, la progression et la destruction des roseaux (Phragmites australisetArundo donax) a été utilisée comme indicateur des changements géomorphologiques du chenal. Les résultats montrent que les concepts de stabilité et d’équilibre, et les changements géomorphologiques fluviaux sont plus complexes qu’une simple comparaison statique.

Dans un contexte d’augmentation mondiale de la demande en produits avicoles et de fluctuation des prix de matières premières, il est intéressant de comprendre les dynamiques de structuration d’une filière avicole tropicale et les stratégies mises en place par les acteurs pour sécuriser leurs approvisionnements et leurs marchés. Cette étude présente le cas de la filière oeufs béninoise. Des entretiens semi-dirigés ont été réalisés auprès d’éleveurs de poules pondeuses et d’acteurs de l’amont, de l’aval et des structures d’appui et de régulation de la filière. Ces entretiens ont permis de mieux comprendre son organisation et son fonction­nement. Les résultats ont montré qu’en amont la production d’oeufs au Bénin est dépendante des fluctuations de prix et de la faible disponibilité des matières premières sur les marchés domestiques pour l’alimentation des animaux. En aval, les éleveurs et commerçants sont confrontés à une irrégularité des besoins des consommateurs déconnectée des cycles de production. Plusieurs stratégies ont été adoptées par les différents acteurs en termes d’approvisionnement en animaux vivants et d’écoulement des oeufs via des circuits parallèles ou infor­mels. Toutefois l’amélioration de la productivité ne peut être garantie que si les débouchés sont maîtrisés. La création d’une centrale d’achat et de distribution des oeufs pourrait favoriser un approvisionnement continu et équilibré des mar­chés, mais les mécanismes sous-jacents sont à déterminer. Les résultats de cette étude soulignent l’intérêt des systèmes d’alimentation alternatifs offrant plus de souplesse dans les types d’exploitations identifiés.

Résumé De nombreux travaux de recherche ont montré l’efficacité des systèmes de traitement extensifs tels que le lagunage naturel et leur adaptabilité aux conditions climatiques et socio-économiques pour des pays comme le Maroc. Le lagunage à haut rendement est une variante de lagunage naturel qui a pu démontrer ses meilleurs performances épuratoires et son efficacité. Le but de la présente étude est : i) de déterminer les différents paramètres hydrauliques d’un chenal algal pilote fonctionnant avec un air lift; ii) d’étudier son fonctionnement et d’évaluer ses performances épuratoires (physicochimiques et bactériologiques), sous les conditions climatiques semi-arides de la ville de Marrakech. Il faut signaler que ce système d’agitation par air lift sera testé pour la première fois au Maroc. L’étude hydrodynamique a pu démontrer que les vitesses d’écoulement calculées pour le pilote fonctionnant avec un air lift rentrent dans la gamme des vitesses d’écoulement recommandées pour ce genre de système et avec d’autres systèmes d’agitation comme la roue à aubes qui est la plus souvent utilisée dans ce genre d’installation. Également, la capacité d’oxygénation du chenal est plus importante. L’étude physicochimique a porté sur le suivi des paramètres de charge organique (DCO et DBO5) et de nutriments (azote et phosphore), tout en utilisant des méthodes d’analyse standards. En matière de DBO5, la filière élimine environ 44 %, alors que les teneurs en DCO brute de l’effluent traité restent élevées. Dans ce genre de système (CAHR), on assiste à une transformation de la matière organique entrante sous forme de biomasse algale, ce qui explique les faibles performances du chenal en matière de DCO brute. Contrairement à la charge organique, le chenal a montré une efficacité remarquable dans l’élimination des nutriments (77 % pour PO4 et 90 % pour NH4).

Dans ce travail, nous présentons une étude numérique décrivant le transfert de chaleur et l’écoulement dans un canal vertical rempli partiellement par un milieu poreux. Le modèle Darcy- Brinkman est utilisé pour la modélisation de l’écoulement. La méthode numérique adoptée pour la résolution des équations différentielles gouvernant le système est de type volumes finis et le couplage pression-vitesse est assuré par l’algorithme SIMPLER. Une étude paramétrique a été réalisée en fonction du nombre de Rayleigh Ra et du nombre de Darcy Da sur le transfert de chaleur et l’écoulement. Les résultats sont présentés en termes de champs de température et d’écoulement ainsi que du nombre de Nusselt moyen Num.

L’objectif de la présente étude consiste, d’une part, tester les performances d’un filtre à sable pour diminuer la charge organique des margines diluées à 50 % avec des eaux usées urbaines et, d’autre part, compléter le traitement par l’utilisation d’un mélange de plantes aquatiques composé de Phragmites australis, Typha latifolia et Arundo donax sous un régime d’écoulement vertical. Le pilote expérimental est composé d’un filtre à sable suivi d’un système planté. Le filtre à sable est rempli sur une épaisseur de 50 cm de sable et 10 cm de gravier en haut et en bas du pot. L’alimentation (4 cm•j‑1) se fait en bâchée avec une fréquence régulière de trois fois par semaine. Afin d’améliorer le processus de dégradation dans le filtre à sable, les margines ont été diluées avec des eaux usées urbaines à 50 %. La deuxième étape de traitement se compose d’un bac de capacité (1x1x1 m3) rempli sur une épaisseur de 20 cm de gravier et 60 cm de sol. Le bac est planté d’une combinaison de trois plantes : Phragmites australis, Typha latifolia et Arundo donax avec une densité de huit plants•m‑2 pour chaque plante. L’alimentation du bac se fait par des margines précédemment prétraitées en bâchée de 20 L avec une fréquence régulière de deux fois par semaine. Les résultats ont montré que le filtre à sable assure une neutralisation du pH qui passe de 4,79 à 7,68. L’enrichissement du sable par les micro-organismes permet d’avoir une minéralisation importante de la matière organique. Après dix semaines d’expérimentation, aucun signe de colmatage n’a été signalé, le taux de réduction des MES, de la DCO totale, de la DCO dissoute et des composés phénoliques est d’environ 70 %, 79 %, 76 % et 81 % respectivement. Le traitement subséquent par le mélange des trois plantes montre une augmentation du pH et de la conductivité électrique et une élimination importante de la DCO totale (99,7 %), de la DCO dissoute (99,5 %), des MES (94 %) et des polyphénols (95 %). À la lumière des résultats trouvés, on conclut que le traitement des margines par la combinaison de deux systèmes (filtre à sable et lit planté) permet une élimination importante de la charge organique des margines.

Les seules données de viscosité recensées dans la littérature pour les trois chlorures alcalins fondus NaCl, KCl et LiCl ne concernent que les sels purs et deux systèmes binaires NaCl-KCl et KCl-LiCl. Encore apparaissent-elles très dispersées. La détermination du diagramme de viscosité ternaire laissait présager la nécessité d'un grand nombre de mesures, ce qui nous a conduit à opter pour la méthode d'écoulement, assez peu utilisée en milieu d~ sels fondus, mais dont la validité est néanmoins bien établie. L'appareillage, que nous avons réalisé, est du type à capillaire vertical. Il permet de travailler jusqu'à 950 ° C et dans des bains corrosifs (chlorures fondus). Il est en monel. Ses dimensions, pour la détermination desquelles une étude théorique préliminaire a été faite, ont été "optimisées" par une étude sur maquette de plexiglass, grandeur nature (solutions aqueuses de glycérine et de potasse). Un double système d'électrodes alimenté en basse tension alternative, et relié à un chronomètre électronique, permet la mesure précise des temps d'écoulement. Après vérification des données pour les sels purs, nous avons complété les données concernant les viscosités des trois systèmes binaires, puis tracé le diagramme ternaire. Celui-ci a pu être établi à l'aide d'un nombre limité de mélanges de compositions choisies. Pour chacun d' eux, nous avons déterminé la viscosité cinématique dans une gamme de 100 degrés au-dessus du point de fusion, puis déduit l'Energie d'Activation et la valeur de la viscosité dynamique extrapolée à température infinie. Les diagrammes "d' isoénergie d'Activation" et "d'iso (-log n°)" ont été tracés. A partir d'eux, par interpolation et recoupement, nous avons tracé, pour onze températures (de 400 à 900 ° C), les coupes isothermes d' isoviscosité dynamique. Selon la température et la composition du mélange, ƞ vaut de 0,5 à 4,5 centipoises. Enfin certaines analogies avec les diagrammes de phase ont été mises en évidence, sans toutefois avoir été expliquées théoriquement.

Les charges à l'interface liquide/solide sont un élément originel majeur des phénomènes électrocinétiques observés en micro/nanofluidique. Elles sont donc la colonne vertébrale de mon manuscrit de thèse, qui se décompose en trois parties : Dans la première partie, un rappel des concepts de base sur les interfaces liquides/solides est proposé au lecteur. Il est suivi d'une description des différentes méthodes expérimentales permettant de mesurer le potentiel zeta de couples solide/électrolyte, puis d'une présentation des travaux de la littérature exploitant les charges aux interfaces pour la préconcentration de molécules biologiques dans des systèmes Micro-Nano-Micro (MNM) fluidiques. Ensuite, une deuxième partie est consacrée à la mesure du potentiel zeta par la méthode des courants d'écoulement. Nous y présentons l'amélioration du banc expérimental issu des travaux antérieurs à ma thèse, ainsi que le développement de nouveaux protocoles de préparation des surfaces permettant de rationaliser et de stabiliser les mesures. Une application à un détecteur original de molécules biologiques clos cette deuxième partie. Enfin, la troisième et dernière partie s'intéresse à la préconcentration de molécules biologiques. Une méthode originale de fabrication des dispositifs MNM et les résultats de préconcentration obtenus, très encourageants, sont décrits. Des premiers modèles numériques et phénoménologiques sont proposés, qui mettent en avant l'originalité de notre travail
The charges at liquid/solid interfaces are a key element for both understanding and exploiting the electrokinetic phenomena in micro/nanofluidics. The manuscript of my Ph.D thesis is dedicated to these phenomena, which is divided into three main parts: Above all, a simple overview of charges at the liquid/solid interface is proposed. Then, several common methods for measuring the zeta potential at the liquid/solid interface are described. Next, various effective methods to preconcentrate the biological molecules is presented with the help of the surface charges. Secondly, the streaming current, which is a standard method to measure the zeta potential in our laboratory, is detailed. It contains the upgrade of the experimental setup from the previous version and the development of new protocols, which improve dramatically the stabilization and the reproducibility of the measurements. In addition, an original biological sensor is briefly presented based on these advancements. Lastly, in the final part, we describe a method which is primitively utilised in the fabrication of Micro-Nano-Micro fluidic system. Based on this system, some favorable preconcentration results is obtained. Moreover, numerical simulations are presented to prove the originality of our work

Ce travail est dédié à l'étude d'écoulement diphasique sous pression en micro et milli-capillaires pour permettre la mesure efficace de propriétés de mélanges sous pression. Dans un premier temps, un montage expérimental comprenant un micro-dispositif pour des applications allant jusqu'à des pressions de 25 MPa a été développé. Ce micro-dispositif à faible coût et transparent, permet la visualisation de l'écoulement grâce à une caméra rapide. Dans un second temps, l'étude du système diphasique du système CO2 supercritique / liquide ionique (1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium hexafluorophosphate, [BMIm][PF6]) sous pression est présentée. L'écoulement est réalisé dans des tubes cylindriques de silice de diamètre intérieur de 536 micromètres. Parmi les différents régimes d'écoulements diphasiques, nous nous sommes intéressés aux écoulements périodiques intermittents ou « Taylor flow ». La zone de conditions opératoires couvertes est la suivante : [308 K - 318 K] x [9 MPa - 18 MPa]. Les films de la caméra rapide sont traités par analyse d'image. Le logiciel« μcap2phase » développé pour traiter les films permet d'accéder aux caractéristiques géométriques de l'écoulement (volume et aire de chaque phase, longueur du motif, longueur de la phase dispersée et vitesse de la phase dispersée). Un comportement atypique est observé avec ce binaire. En effet le transfert unidirectionel du CO2SC dans le [BMIm][PF6] induit des changements importants des propriétés physico-chimiques de la phase continue : abaissement de la viscosité (divisée par 10) et augmentation de la masse volumique (multiplié par 1,5). Ces changements impliquent une modification de la forme et de la taille des bulles au cours de l'écoulement. Une importante vitesse de glissement a été identifiée. Elle est générée par la présence d'un film épais de viscosité plus élevée au niveau des parois du capillaire. Un modèle de transfert de matière prenant en compte certaines des observations expérimentales (variations de la taille du film, de la taille des bulles, et des propriétés de la phase continue tout au long du capillaire) a été développé. Ce modèle intégrera dans le futur la tension interfaciale bulle/phase continue et le facteur de forme de la bulle
The present work deals with the study of two-phase flow in micro-capillaries under high-pressure to enhance properties measurements. As a first step, an experimental setup consisting of a micro-device has been developed for microfluidics high-pressure applications (P < 25 MPa). The set-up combines good optical access, high-pressure resistance, homogeneous operating conditions, fast process control and detection, and the ability to generate a stable two-phase flow. In the following step, we focused our work on the hydrodynamics features of two-phase flow between supercritical carbon dioxide(SC-CO2) and ionic liquid (1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafuorophosphate) ([BMIm][PF6]) .The two-phase flow system is observed with a high-speed camera. The flow is conducted in silica capillary tubing with inner diameter of 536 micrometers. Among the two-phase flow patterns, ours relates to Taylor flow. The range of operating conditions are : [308 K - 318 K] x [9 MPa - 18 MPa]. An image analysis home-made soft, « μcap2phase », has been developed in order to access to the geometric properties and to the velocities of the dispersed phase from images. The two-phase flow presents an unexpected behaviour. In fact, the unidirectional transfer of SC-CO2 in [BMIm][PF6] induces significant changes in physico-chemical properties of continous phase : viscosity decreases(divided by ten) and density increases (1.5 fold). Due to the wide variations of the continuous phase properties along the capillary, size and shape of the dispersed phase bubbles are simultaneously modified. A significant slip velocity has been indentified located between a thick liquid film (at the wall of capillary) and a Taylor flow region (at the center). A mass transfer taking into account some experimental observations (changes in film thickness, in bubble size, and in properties of the continuous phase throughout the capillary) is developed. Further, this model will integrate the interfacial tension between bubbles and continous phase

Un jet de fluide soumis à un écoulement transversal génère une dynamique très complexe, dont la description et la prédiction constituent un enjeu tant fondamental qu'industriel. L’étude s'appuie sur une corrélation étroite entre l'approche expérimentale et la simulation numérique de l'écoulement. La configuration étudiée concerne une buse de section rectangulaire ayant un rapport d'aspect de 2. L’écoulement transverse et celui du jet sont turbulents. Les rapports de vitesses Uj/Ut sont compris entre 3 et 6. L’expérimentation est successivement conduite en canal à eau et en souffleries. Les résultats proviennent de l'analyse des visualisations ainsi que de l'exploitation des mesures du champ instantané de vitesse et de température par vélocimétrie à 2 fils chauds croisés et fil froid et par vélocimétrie laser à effet doppler. Les mesures sont pour l'essentiel réalisées dans le plan médian du jet. La notion de ligne centrale du jet est d'abord définie et quantifiée. Ensuite une approche métrologique originale permet de mesurer les grandeurs moyennes et leurs fluctuations dans un repère de Frénet porte par les lignes de courant. L’analyse statistique des fluctuations permet la détermination des échelles de turbulence, des flux turbulents et du nombre de Prandtl associé. L’analyse fréquentielle des données montre le caractère fortement instationnaire de l'écoulement. Une fréquence caractéristique émerge nettement des que la vitesse du jet est suffisante. Elle correspond à un nombre de Strouhal de 0. 1. La simulation numérique en volumes finis est menée selon une approche stationnaire puis instationnaire. La solution stationnaire ne converge pas vers la moyenne des solutions instationnaires qui se révèle seule en très bonne concordance avec l'expérience, tant sur les valeurs moyennes que sur la prédiction des structures spatio-temporelles. L’émission par une buse rectangulaire ne modifie pas qualitativement l'organisation spatiale et temporelle de l'écoulement observé en buse circulaire. En revanche, la synthèse de nos résultats permet d'une part de préciser quantitativement les champs de vitesse et de température dans la configuration étudiée et d'autre part, de compléter la description habituellement admise de l'évolution temporelle des deux vortex contrarotatifs marquant le développement du jet.

Le contrôle des écoulements est un domaine en forte croissance visant à modifier un écoulement à l’aide d’actionneurs et d’algorithmes de contrôle. Un axe important du contrôle des écoulements est le contrôle des décollements car le décollement de la couche limite provoque des augmentations de traînée et donc des pertes énergétiques et des coûts en carburant. Cette thèse vise à développer des algorithmes de contrôles pour le recollement des écoulements à l’aide de jets pulsés. La première partie de cette thèse expose une technique d’identification de modèle basée sur des données expérimentales. Les modèles sont déduits de considérations physiques et de l’Automatique. Ils offrent une bonne correspondance aux données tout en restant simple et en contenant peu de coefficients. La seconde partie de cette thèse utilise ces modèles pour élaborer deux algorithmes de contrôle : le premier est un contrôle optimal en boucle ouverte et le second un contrôle robuste en boucle fermée. Ces algorithmes ont été implémentés sur diverses maquettes expérimentales (LML, ONERA, LAMIH) et leurs propriétés a été testée expérimentalement. Les tests ont été réalisés en utilisant un Arduino Uno pour les mesures et le calcul du contrôle, ce qui montre que la méthode développée est simple à appliquer et requiert peu de puissance de calcul
Flow control is a strongly growing field aiming at modifying fluid flows using actuators and control algorithms. An important part of flow control is the control of flow separation as boundary layer separation increases drag and therefore energy losses and fuel consumption. This thesis focuses on developing control algorithms for flow reattachment using pulsed jets actuators. The first part of this work develops a model identification technique based on experimental data. The models are derived from physical and control theory considerations. They provide a good fit to the data while remaining simple and using few coefficients. The second part of this work uses this models in order to design two different control algorithms : the first one is an optimal feedforward control while the second one is a robust feedback control. The control algorithms have been applied on several experimental setups (LML, ONERA, LAMIH) and their properties have been experimentally tested. The tests were conducted using a simple Arduino Uno for the measurements and computation of the control, showing that the developed method is easy to apply and requires very few computational resources

Les besoins de l’industrie aéronautique en matière de contrôle d’écoulements peuvent trouver réponse parmi des possibilités offertes par les microtechnologies. Ce travail présente le dimensionnement, la réalisation et la caractérisation d’actionneurs MEMS générateurs de microjets synthétiques à membrane souple pour le contrôle actif d’écoulements. On y trouve aussi la réalisation d’un prototype de microcapteur à fil chaud pour la caractérisation d’écoulements aérauliques submillimétriques. Le travail s’appuie sur des études analytiques, des simulations et des expériences sur les microdispositifs réalisés. La technique d’actionnement électromagnétique utilisée apparaît comme la plus adaptée aux forces nécessaires pour l’obtention des performances souhaitées. L’encombrement des dispositifs est inférieur au centimètre cube et leur consommation maximale est de 600 mW. Le fonctionnement optimal se situe sur une plage de fréquences comprise entre 400 Hz et 700 Hz. Pour un orifice de sortie de 600 µm de diamètre, le dispositif affiche des vitesses maximales comprises entre 25 m/s et 55 m/s. Des prototypes de capteur de type fil chaud d’échelle submillimétrique ont également été réalisés. Plusieurs longueurs d’élément sensible ont été élaborées (entre 100 µm et 600 µm) sur un support en couche mince de diamant nanocristallin de 600 µm de long. L’aboutissement de ce procédé technologique constitue un premier pas vers l’obtention de microcapteurs robustes adaptés à la caractérisation d’écoulements aérauliques à l’échelle submillimétrique et vers la constitution d’un système de contrôle réactif d’écoulement
Active flow control applications for the aeronautical industry can benefit from the possibilities of microtechnologies. This thesis presents a synthetic microjet generator for active flow control that has been designed, fabricated and characterized. The fabrication of a hot-wire microsensor prototype for submillimetric airflow characterization is shown as well. Analytical studies, numerical simulations and experimental tests of the fabricated microdevices were performed. Electromagnetic actuation is used as driving technique because it stands out as the best adapted means for providing the necessary forces for the desired performances. The size of the fabricated microdevices does not exceed one cm3 and their maximum consumption reaches 600 mW. Optimum working point is in the frequency range between 400 Hz and 700 Hz. In this range, a 600 µm diameter outlet microdevice reaches maximum speeds between 25 m/s and 55 m/s. Micro hot-wire sensor prototypes have also been fabricated. Several wire-lengths were produced (between 100 µm and 600 µm) over a 600 µm long thin-film nanocristalline diamond support structure. The validation of this technological process is a first step towards both the realization of robust microsensors adapted to submillimetric airflow characterization and the integration of a complete reactive flow control system

L’objectif de cette étude vise à développer une solution à faible impact environnemental pour la consolidation des zones côtières partiellement immergées. Cette solution, la formation d’un agglomérat calcomagnésien par électrolyse de l’eau de mer, s’appuie d’une part sur l’économie des ressources locales par valorisation des déchets inertes du BTP (granulats recyclés (GR)) ; et d’autre part sur le processus de biominéralisation impliquant l’hydratation du CO2 par l’enzyme anhydrase carbonique (AC) présente chez les bactéries marines prélevées dans le Port de La Rochelle. Trois axes majeurs ont été étudiés pour optimiser la précipitation d’un liant composé de CaCO3 et de Mg(OH)2 (le dépôt calcomagnésien) au sein de l’agglomérat : l’effet de la dissolution des GR dans l’eau de mer, l’application d’une polarisation cathodique via à un écoulement d’eau de mer et l’étude de la bio-précipitation de CaCO3 par piégeage du CO2 (rôle de l’AC) par les souches marines L’écoulement d’eau de mer a permis de former un agglomérat de 200 cm3 en 60 jours, à -500µA/cm², soit une cinétique de croissance de 3 cm3/jr. Une augmentation de 10% de la compacité a été constatée dans le cas d’une grille enfouie (dans les GR) en immersion et en émersion. L’écoulement et la présence des granulats recyclés favorisent la précipitation du CaCO3 sous forme de calcite pour tendre vers un rapport Mg(OH)2/CaCO3 inférieur ou égale à 1, en polarisation continu ou cyclique. La libération excessive des ions calcium et sulfate en solution liée à la dissolution de la matrice cimentaire contenue au sein des GR, peut expliquer l’augmentation de CaCO3. Toutes les souches ont bio-précipité du CaCO3 dans leur milieu optimal et en présence d’eau de mer naturelle. Leur production a drastiquement chuté avec une teneur à 3% en CO2 (CO2 atmosphérique =0,4%) ainsi qu’en présence de lixiviat de granulats recyclés. À 3% en CO2, le pH du milieu augmente en présence des souches, pouvant témoigner d’une activité de l’AC
The objective of this study is to develop a low environmental impact solution for the consolidation of partially submerged coastal areas. This solution, the formation of a limestone concretion based on seawater electolysis, relies on two main aspects: firstly, the efficient use of local resources through the valorization of inert construction waste (recycled aggregates (RA)); and secondly, the biomineralization process involving the hydration of CO2 by the enzyme carbonic anhydrase (CA) found in marine bacteria sampled from the Port of La Rochelle. Three major axes were studied to optimize the precipitation of a binder within the limeston concretion composed of CaCO3 and Mg(OH)2 (the calcareous deposit): the effect of RA dissolution in seawater, the application of cathodic polarization via seawater flow, and the study of CaCO3 bio-precipitation by CO2 capture (the role of CA) by marine strains. Seawater flow allowed the formation of a 200 cm3 agglomerate in 60 days at -500µA/cm², resulting in a growth rate of 3 cm3/day. A 10% increase in compactness was observed when the grid was buried (within the RA) either submerged or emerged. Seawater flow and the presence of RA favored the precipitation of CaCO3, particularly in the form of calcite, leading to an Mg(OH)2/CaCO3 ratio less than or equal to 1, whether under continuous or cyclic polarization. The excessive release of calcium and sulfate ions into solution due to the dissolution of the cementitious matrix within the RA could explain the increase in CaCO3. All strains bio-precipitated CaCO3 in their optimal medium and in the presence of natural seawater. Their production drastically decreased at 3% CO2 (atmospheric CO2 = 0.4%) and in the presence of leachate from recycled aggregates. At 3% CO2, the pH of the medium increased in the presence of the strains, which could indicate the activity of CA

La thèse s'intéresse aux deux écoulements présents en aviron, autour du bateau et de la palette, et aux interactions avec le système bateau-avirons-rameur. Le premier est inhabituel en hydrodynamique, à cause du cavalement important et des mouvements secondaires. La complexité du second provient de l'instationnarité et de la déformation de la surface libre. L'objectif consiste à mettre en oeuvre des méthodes numériques performantes et précises puis à les valider pour, à plus long terme, les réutiliser à des fins d'analyse et d’optimisation de la performance en aviron.Ces simulations instationnaires à surface libre sont coûteuses en ressources pour les codes RANS. Un algorithme de sub-cycling a été développé et validé sur plusieurs cas test, diminuant les temps CPU d'un facteur 3 à 4, sans perte de précision. Il est compatible avec la déformation et le raffinement automatique de maillage. Deux bases de données expérimentales sont exploitées pour chaque écoulement afin de valider le cadre de simulation. Pour celui autour de la palette, une campagne in situ et une autre en laboratoire sont utilisées. Dans les deux cas, les profils d'efforts sont bien capturés, compte tenu des incertitudes cumulées liées à la mesure indirecte de la cinématique de la palette par rapport à l'eau. Pour le skiff en configuration instationnaire, les efforts fluctuants sont bien capturés, en amplitude et en phase, pour des fréquences typiques. Des écarts inattendus (de l'ordre de 10%) sont constatés sur la valeur moyenne et restent pour le moment sans réponse probante. La structure d'une co-simulation entre les résolutions des écoulements et celle de la dynamique du système multicorps est initiée
The thesis focuses on the two flows occurring in rowing,around the boat and the blade, and on interactions with theboat-oars-rower system. The first flow is unusual in hydrodynamics because of the large surge and secondary motions. The complexity of the second one comes from the unsteadiness and the free surface deformation. The goal is to set up efficient and accurate numerical methods to reproduce these flows and then to validate them for the purpose of analysis and optimisation of the performance in rowing.Those unsteady computations with free surface are cost lyin resources for RANS codes. A sub-cycling algorithm was developed and validated on several test cases, allowing to decrease the CPU time by a factor of 3 to 4, without loss of accuracy. It is compatible with mesh deformation and automatic grid refinement. Two experimental databases are exploited for each flow in order to validate the frame of simulation. For the flow around the blade, an in-situ campaign and a more controlled one conducted in laboratory, are used. In both cases, the profiles of the efforts are well captured, considering the cumulative uncertainties linked to the indirect measurement of the blade kinematics relative to the water. For the skiff in unsteady state, the fluctuating forces are well captured, in terms of amplitudes and phases, for typical frequencies. Unexpected errors (around10%) are observed for the mean value and remain unexplained for now. The structure of a co-simulation between the resolutions of the flows and the resolution of the dynamics of the multibody system is initiated

L’accrétion de givre sur les surfaces rencontrées en aéronautique (ailes, entrées d’airmoteur, sonde) est considérée comme un risque majeur pour la sécurité aérienne. Lesconséquences observées sont la dégradation des performances aérodynamiques pouvantconduire au décrochage, des perturbations dans les moteurs pouvant aller jusqu’`a sonextinction ou le colmatage des sondes. C’est pourquoi les avionneurs développent dessystèmes de protection thermiques contre le givre. L’eau accumulée sur les surfaces resteainsi à l’état liquide et forme un film mince. Les propriétés dynamiques (hauteur, vitesseet étalement) et thermiques (température, taux d’évaporation) du film en présence d’unécoulement d’air cisaillé permettent de prédire un éventuel regel du film d’eau en dehorsdes zones protégées ("runback ice "). Comme les essais en vols ou en soufflerie sontsouvent complexes à mettre en ouvre et onéreux, la simulation numérique est devenueun outil efficace et complémentaire pour dimensionner ces systèmes. L’objet principal decette thèse est le développement de modèles intégrés dans un outil numérique permettantde prédire le transport d’eau liquide sur une surface sous forme de film ou de ruisseletsou de gouttes. Une approche intégrale de type Saint Venant est adoptée ce qui permet dedécrire la dynamique macroscopique d’un film 3D pour des configurations et des temps decalcul raisonnables par rapport `a un calcul DNS. Une formulation augmentée du secondordre en espace pour le traitement des termes de courbure est proposée, ce qui autorisel’utilisation de maillages surfaciques non structurés généraux. Contrairement aux modèlesdisponibles dans la littérature, celui propos´e dans ce manuscrit présente l’avantage de tenircompte des phénomènes capillaires et de mouillage sans limite de validité en termesd’angle de contact statique. Une équation de conservation de l’énergie garantissant laconsistance thermodynamique des solutions calculées est dérivée du système augmentérégissant la dynamique du fluide. Une discrétisation de type Volumes Finis du systèmed’équation est proposée. Des simulations numériques valident le modèle pour des configurationsacadémiques de mouillage statiques et dynamiques. La transition d’un film continuen ruisselets est également simulée
The ice accretion on surfaces encountered in aeronautics (wings, nacelle lips, sensors)is considered as a major risk for aviation safety. The consequences observed are the degradationof the aerodynamic performances that can lead to the aircraft stall, disturbancesin the engines that can lead to flame out or clogging of the sensors. That is why aircraftmanufacturers are developing thermal protection systems against icing. The wateraccumulated on the surfaces thus remains in the liquid state and forms a thin film. Thedynamic properties (thickness, velocity and spreading) and thermal properties (temperature,evaporation rate) of the film in the presence of a sheared air flow make it possible apotential refreezing of the water film on unprotected surfaces (”runback ice” phenomena).Since flight or wind tunnel tests are generally expensive and difficult to set up, numericalsimulation has become an effective and complementary tool to design these systems. Themain purpose of this thesis is to develop a model integrated in a numerical tool to predictthe transport of liquid water on a surface which might take the form of a film, a rivulet ora droplet. An integral approach based on a shallow water type model is adopted. It makesit possible to describe the macroscopic dynamics of a three-dimensional liquid film onrealistic configurations and within reasonable computing times compared to a full Navier-Stokes computation. An extended formulation is proposed, it corresponds to a second orderdifferential system and thus allows to use arbitrary surface meshes. Contrary to modelsavailable in the literature, the one proposed in this manuscript has the advantage of takinginto account capillary and wetting phenomena without validity limit in term of staticcontact angle. An energy conservation equation ensuring the thermodynamic consistencyof the calculated solutions is derived from the extended model governing fluid dynamics.A Finite Volume discretization of the system is proposed. Numerical simulations validatethe model for both static and dynamic academical wetting configurations. The transitionof a continuous film into rivulets is also simulated

En raison du développement croissant des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), l'étude des écoulements de liquide ou de gaz et des transferts thermiques dans des conduites, chauffées ou non, dont le diamètre hydraulique est de l'ordre de quelques microns, a suscité un nombre considérable de travaux au cours des vingt dernières années. À cette échelle, le nombre de Knudsen peut être important (Kn>0,01), ce qui donne naissance à des phénomènes de glissement, de saut de température et de pompage thermique qui s'ajoutent aux effets de compressibilité, telles que la puissance due aux forces de pression et à la puissance des contraintes visqueuses et aux variations des propriétés du fluide avec la température. Dans les modélisations de la littérature, ces phénomènes sont rarement pris en compte simultanément et sont souvent partiellement négligés, sans justification. Notre démarche consiste à proposer une modélisation des micro-écoulements gazeux se rapprochant au mieux de la réalité en prenant en compte tous les phénomènes et à étudier les effets de chacun d'entre eux. L'étude est, en premier lieu, menée en utilisant un code commercial, résolvant les équations de conservation par la méthode des volumes finis et adapté par le biais de sous-programmes développés au cours de cette thèse. Des validations ont été effectuées pour des problèmes allant des plus simples (incompressibles, non glissants) aux plus complexes (compressibles, glissants). Cette étude a permis de mettre en évidence les problèmes liés à la modélisation quand les nombres de Péclet des écoulements sont inférieurs à l'unité (Pe < 1). Dans ce cas, les effets de diffusion inverse sont dominants et l'utilisation d'extensions à l'amont de la conduite devient incontournable. Les effets de compressibilité qui se traduisent par des détentes du gaz près de la sortie de la conduite (accélération + refroidissement) ont été analysés. Enfin, des comparaisons ont été effectuées avec des solutions analytiques d'écoulements compressibles et glissants, supposés isothermes en imposant de faibles variations de pression. Nous avons pu montrer que ces solutions restent valables, même lorsque les variations de pression sont importantes parce que les détentes ne sont localisées que près de la sortie de la conduite et n'influencent donc pas les propriétés globales de l'écoulement. La suite du travail a été réalisée à l'aide d'un code de calcul développé au laboratoire et validé pour les écoulements à grandes échelles. Des conditions aux limites de glissement ont été introduites afin de l'adapter à la problématique de ce travail de thèse. Compte-tenu de ses performances (précision et rapidité des calculs en particulier), ce code a permis de réaliser une étude paramétrique sur une large gamme de pressions d'entrée et de sortie, de telle sorte à balayer tous les types d'écoulements : de peu à très compressibles et de peu à très glissants. Les résultats sont d'abord présentés pour des écoulements quasi-isothermes puis comparés aux solutions analytiques afin de tester ces dernières sur une plus large gamme de pression. Enfin, de nouveaux résultats ont été obtenus pour des écoulements chauffés. Des corrélations, en fonction des paramètres adimensionnels caractéristiques de ces écoulements, ont été obtenues pour les modèles complets à l'aide d'un logiciel de statistiques et de plans d'expériences. Des comparaisons à des modèles simplifiés ont été effectuées pour évaluer les erreurs commises lorsque certains termes sont négligés
These phenomena are rarely taken into account all at once, at least one of them is neglected and often without justification. Our approach is to get as close as possible to reality by taking into account all the phenomena that appear at once and then to study the effect of the phenomena most often overlooked. First, the study is conducted using a commercial code for solving the conservation equations by the finite volume method. Validations were performed for problems ranging from the simplest (incompressible, non-slip flow) to the more complex (compressible, slip flow). This study highlighted the problems associated with simulations when the flows Peclet numbers are less than unity (Pe <1). In this case, the inverse diffusion effects are dominant and the use of extensions at the upstream becomes unavoidable. In addition, compressibility effects were identified; they have resulted in expansions of the gas near the exit of the pipe (acceleration + cooling). Finally, comparisons were made with analytical solutions of compressible slip flows assumed isothermal by imposing small variations of pressure. We showed that these solutions remain valid even if the pressure variations are important because the detents are located only near the exit of the pipe. In this case, they do not affect the properties of the flow. Further works were carried out using an in-house computer code, previously developed and validated in the laboratory for flows with large scales and for which slipping limits conditions have been added so that it can properly resolve slip flows. In view of its accuracy and performances in terms of CPU-time, the code allowed us to achieve a parametric study on a wide range of input and output pressures, so as to sweep all runoff from few to very compressible and few to very slip flow. The results were first presented for quasi-isothermal flow, which subsequently were compared to analytical solutions to test these ones on a wider range of pressure. Finally, the results were made for heated flows. Correlations have been obtained for a complete model using a statistical based software and design of experiments. Comparisons to simplified models were performed to assess the inaccuracies linked to the omission of terms often overlooked in the literature