Recherche avancée sur les thèses de l'INSA de Lyon

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Sermeno Mena Salvador. Vehicle thermal management control systems. 2015 / Thèses / accès numérique réservé
Résumé
Résumé
Les systèmes de refroidissement des véhicules continuent à se développer et devenir de plus en plus complexes. Ceci introduit des nouveaux problèmes dus aux interactions des composants et les perturbations du système. Avec la montée des prix des carburants; les développeurs et les compagnies cherchent à améliorer la consommation en respectant les normes d'émission. Une partie de l'énergie produite par le moteur est utilisé par les composants du circuit de refroidissement. L'utilisation d'auxiliaires électriques est une manière de réduire ces pertes parasites, mais ce n'est pas la seule solution. Des études récents proposent que un control plus adaptes des composants peux réduire la consommation de carburant. Actuellement, le groupe Volvo en essayant d'améliorer la performance du système de refroidissement des camions a installe des nouveaux composants pour la gestion thermique du moteur. Néanmoins, des problèmes ont été identifie lors d'essais véhicule. Une meilleure compréhension du système et de l'implémentation de composants est nécessaire pour limiter les effets non voulus. Le système de refroidissement d'un poids lourd a été étudié grâce à l'outil Bond Graph. Puis des nouvelles stratégies de control sont introduites : commande prédictive, commande par platitude, commande sans model et commande avec model réduit. Ces méthodes ont été implémentées dans une plateforme de simulation sur Matlab/Simulink. Les gains de consommation obtenue à partir de simulations sont entre 0.5 et 0.9%. Une analyse structurelle de l'architecture actuelle est présentée. D'après les conclusions de cette analyse, des propositions pour la modification de l'architecture du circuit sont évalués.
The increasing complexity of engine cooling systems results in added interactions and disturbances to the performance. Besides, non-propulsion loads (fan, water pump ) draw a significant percentage of the engine s power thus lowering the vehicle s fuel efficiency. Recent studies have shown that by controlling components the efficiency can be improved by adjusting fan speed according to cooling needs, coolant flow, and oil flow. Currently, the Volvo group in order to optimize the performance of their truck s cooling systems had installed new thermal management components. However, problems were found while testing control strategies and a better understanding of the interaction between components is required to prevent this from happening again. In this work, the bond graph approach has been applied for the study of the cooling system of a Heavy duty vehicle and has enabled subsystem interactions to be identified. Based on a simplified model issued from the bond graph, several control strategies have been built. These controllers are based on different control approaches: model predictive control, flatness control, model free control and model free control with reduced order model. These controllers were implemented in a simulation platform in the Matlab/Simulink environment. Results of the implementation of the new advanced control strategies are given. Fuel economy gains ranged between 0.5 and 0.9 %. A structural analysis of the current architecture is also proposed aiming at the optimization of the system. Given the insights from the analysis, an assessment of new concepts for the cooling system architecture is proposed.
Mot(s) clés libre(s) : Système de refroidissement, Thermique, Consommation énergétique, Emission de polluants, Performance, Performance énergétique, Circuit de refroidissement, Poids lourd, Cooling system, Thermic, Energy use, Polluant emission, Performance evaluation, Cooling circuit, Heavy truck
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Giraud Florine. Vaporization of water at subatmospheric pressure : Fundamentals of boiling phenomena and path towards the design of compact evaporators for sorption chillers. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
Afin d'optimiser la taille et le coût des évaporateurs basse pression utilisés dans les systèmes de climatisation à sorption, une bonne connaissance des phénomènes de vaporisation du fluide frigorigène tels qu'ils pourraient se produire dans ces évaporateurs est nécessaire. Cependant très peu d'études portent sur ce sujet et il y a un sérieux manque de données concernant les phénomènes de vaporisation (ébullition et évaporation) qui pourraient se produire dans des évaporateurs compacts basse pression. Le but de cette étude est donc d'aller plus loin dans la compréhension de ces phénomènes aussi bien d'un point de vue très fondamental que d'un point de vue applicatif. Dans cette optique, deux bancs d'essais ont été réalisés. Le premier banc d'essais permet d'étudier le comportement de l'eau dans une configuration d'ébullition en vase à une pression pouvant atteindre 0.8 kPa. À ces basses pressions, l'influence de la hauteur hydrostatique ne peut être négligée. Cette spécificité du milieu d'ébullition a une influence non négligeable sur la taille et la forme des bulles : cette influence est analysée. Les courbes d'ébullition pour des pressions allant de 0.8 kPa à 100 kPa sont tracées. L'ébullition en vase de l'eau dans un premier temps sans puis avec confinement est également étudiée. Des courbes d'ébullition sont tracées pour différentes pressions de vapeur et différentes hauteur de la colonne d'eau. Puis, six différents espaces de confinement sont testés pour des pressions allant de 1.2 kPa à 5 kPa. Un régime d'ébullition spécifique à la basse pression est observé. L'influence de l'apparition de ce régime sur le transfert de chaleur est montrée. Le deuxième banc expérimental permet d'observer la vaporisation de l eau dans un canal d'évaporateur à plaques de dimension standard (0.2 m de large x 0.5 m de haut) dans des conditions similaires à celles obtenues dans une climatisation à absorption (pressions de travail variant de 16 kPa à 0.85 kPa, remplissage de la plaque variant de 1/2 à1/10 de la hauteur totale de la plaque). Un plan d expérience est réalisé pour un espacement entre deux plaques de 2 mm et 4 mm. Trois principaux régimes d'ébullition ont été identifiés ainsi que trois différentes zones de travail: une zone d'ébullition en vase, une zone d'évaporation en film et une zone de vapeur. Il a été mis en évidence que la majorité du transfert de chaleur a lieu dans la zone d'évaporation en film. Le film observé dans cette partie est créé suite à la rupture de la membrane d une bulle de plusieurs centimètres ayant pris naissance dans la partie d'ébullition en vase. Des puissances frigorifiques allant de 0 à 503 W ont été mesurées. Les conditions pour obtenir la meilleure puissance frigorifique possible sont déterminées. Enfin, dans une première tentative vers un dimensionnement des échangeurs compacts basse pression, des premières réflexions basées sur des nombres adimensionnels ont été proposés.
In order to be able to design properly low pressure evaporators for sorption chillers, knowledge on vaporization of the refrigerant under conditions that might occur in these evaporators is fundamental. However, few studies focus on this subject and there is a lack of knowledge about vaporization (boiling or evaporation) phenomena occurring in compact evaporator at low pressure. The aim of the present thesis is thus to go further into the understanding of these phenomena both from a fundamental point of view and from an applicative point of view. In that goal, two experimental test setups were designed and built. The first experimental setup allows the observation of the water behavior at a pressure down to 0.8 kPa in pool boiling configuration. As the hydrostatic pressure is of the same order of magnitude as the vapor pressure, the boiling environment is highly subcooled. This unusual environment has an influence on the bubble size and on the bubble growth: its influence is analyzed. Boiling curves for pressures ranging from 0.8 kPa to 100 kPa were also plotted. Then, in order to be closer to a plate-type heat exchanger configuration, water pool-boiling in vertical configuration first without and then with confinement was studied. Boiling curves for a pressure ranging from 1.2 kPa to 5 kPa, different heights of the liquid level and for different channel thicknesses were plotted and analyzed. The occurrence of a specific boiling regime is observed. The influence of the onset of this specific regime on the heat transfer is shown. The significance of the Bond number, often used in study of boiling in confined space, is also discussed. The second experimental setup allows the observation of the water vaporization inside a channel of a smooth plate-type heat exchanger (0.2 m width x 0.5 m height) in conditions that might occur in sorption chillers (working pressure ranging from 16 kPa to 0.85 kPa, secondary fluid temperature ranging from 10.9 to 23.1 ÊC, filling ratio ranging from 1/2 to 1/10 of the whole channel height). The methodology of the design of experiments was followed for a thickness of the channel equal to 2 mm and 4 mm. Three mains flow regimes were observed and three different working areas were identified: a pool boiling area, a film evaporation area and a vapor area. The major part of the cooling capacity achieved is obtained in the film evaporation area. In this part, the creation of a liquid film due to the splashing of droplets is observed. These droplets come from the breaks of the membrane of a previously formed large bubble of several centimeters in the pool boiling area, few centimeters above the free surface. Cooling capacities ranging from 0 to 503 W were measured and conditions to obtain the best cooling capacity were determined. Finally, in order to provide some first guidelines for the design of low pressure evaporators, reflexions based on dimensionless numbers are proposed.
Mot(s) clés libre(s) : Energétique, Evaporateur/absorbeur, Basse température, Ebullition en vase, Sorption, Climatisation, Vapeur d'eau, Machine frigorifique, Energetic, Evaporation, Boiling, Air conditioning, Water vapour, Refrigerating machine
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Liu Xun. Valorisation énergétique de la biomasse lignocellulosique par digestion anaérobie : Prétraitement fongique aérobie. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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La bioconversion en méthane de biomasses lignocellulosiques est l'une des alternatives les plus prometteuses pour la production de méthane issu de la digestion anaérobie. Toutefois, les biomasses lignocellulosiques présentent des caractéristiques bio-physico-chimiques très variables en raison leur composition biochimique et de l'organisation structurale très diverses. Par ailleurs, leur faible biodégradabilité en conditions anaérobie nécessite de les prétraiter avant méthanisation pour optimiser la production de méthane. Ce travail vise à évaluer l'influence des caractéristiques d'une large gamme de substrats lignocellulosiques sur leur biodégradabilité anaérobie et les corrélations entre leurs caractéristiques bio-physico-chimiques et le potentiel biométhanogène, et d'étudier les effets du prétraitement fongique en présence de Ceriporiopsis subvermispora sur le potentiel biométhanogène de biomasses lignocellulosiques sélectionnées dans la présente étude et de caractériser les changements de leurs caractéristiques après le prétraitement fongique. La caractérisation de 36 biomasses lignocellulosiques représentatives d'une large gamme de gisements potentiellement mobilisables a permis de mettre en évidence les corrélations linéaires entre le potentiel biométhanogène des biomasses et certaines de leur caractéristiques bio-physico-chimiques, dont la teneur en lignine et la demande biochimique en oxygène. Les biomasses sylvicoles et agricoles ont montré des caractéristiques distinctes de la biodégradabilité aérobie et anaérobie. Les résultats de prétraitement fongique sur les 5 biomasses ont permis de mettre en évidence que le champignon de pourriture blanche Ceriporiopsis subvermispora réagit distinctement selon la biomasse prétraitée. Pour certaines biomasses, le prétraitement fongique conduit à augmenter significativement la production de méthane et la vitesse de bioconversion en méthane. Cette espèce présente la capacité de dégrader sélectivement la lignine sur certaines biomasses et, sur d'autres, celle de dégrader de manière non-sélective des polysaccharides et des lignines. De plus, pour les deux souches de Ceriporiopsis subvermispora testées, des métabolismes différents ont été mis en évidence sur une même biomasse. Les résultats de compositions et ceux de l'analyse structurale des biomasses (initiales, autoclavées, contrôles, et prétraitées par Ceriporiopsis subvermispora) ont montré que leur structure peut être modifiée sans toutefois observer une transformation significative de leur composition biochimique.
Bioconversion to methane lignocellulosic biomass is one of the most promising alternatives for the production of methane from anaerobic digestion. However, lignocellulosic biomass has various bio-physicochemical characteristics due to their biochemical composition and diverse structural organization. Moreover, their low biodegradability in anaerobic condition requires pretreatment before methanation to optimize methane production. This work aims to evaluate the influence of the characteristics of a wide range of lignocellulosic substrates on their anaerobic biodegradability and correlations between their bio-physical-chemical characteristics and biomethane potential, and study the effects of fungal pretreatment in the presence of Ceriporiopsis subvermispora on the biogas potential of lignocellulosic biomass selected in this study and characterize their changes of their characteristics before and after the fungal pretreatment. The characterization of 36 representative lignocellulosic biomass of a wide range of potentially mobilized deposits allowed to highlight the linear correlations between biomethane potential of biomass and some of their bio-physical-chemical characteristics, of which the lignin content and biochemical oxygen demand. The forest and agricultural biomass exhibited distinct characteristics of the aerobic and anaerobic biodegradability. The results of fungal pretreatment of the 5 biomass indicated that the white rot fungus Ceriporiopsis subvermispora reacts distinctly depending on the pretreated biomass. For some biomass, fungal pretreatment leads to significant increase of methane production and the bioconversion rate of methane. This species presents the ability to selectively degrade lignin on some biomasses, in others, the ability to non-selectively degrade polysaccharides and lignins. In addition, for both strains of Ceriporiopsis subvermispora tested, different metabolisms were highlighted on the same biomass. The results of compositions and those of the structural analysis of biomass (initials, autoclaved, controls, and pretreated with Ceriporiopsis subvermispora) showed that their structure can be modified without observing a significant transformation of their biochemical composition.
Mot(s) clés libre(s) : Biosciences, Microbiologie, Ceriporiopsis subvermispora, Digestion anaerobie, Potentiel biométhanogène, Résidus lignocellulosiques, Analyse biochimique, Hydrolyse enzymatique, Champignon de pourriture blanche, Microbiology, Anaerobic digestion, Biomethane potential, Lignocellulosic residues, Biochemical analysis, Enzymatic hydrolysis, White rot fungi
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Argane Rabei. Valorisation des rejets miniers à faible teneur en sulfures comme granulats pour mortiers. 2015 / Thèses / accès numérique réservé
Résumé
Résumé
Les résidus miniers représentent les sous-produits minéraux finement broyés issus des procédés de traitement et d'enrichissement des minerais. Durant l'exploitation d'une mine, ces rejets sont habituellement transportés sous formes de pulpes et entreposés en surface dans des aires d'accumulation appelées parcs à résidus. Ces derniers sont des ouvrages, le plus souvent, difficiles à gérer et coûteux à restaurer. Ils sont à l'origine d'une multitude d'impacts environnementaux qui dépendent principalement de leur potentiel polluant, de leur mode de gestion, de la stabilité physique des infrastructures de confinement et des conditions climatiques spécifiques au site d'entreposage. Dans ce contexte, plusieurs études ont été entreprises afin de développer de nouvelles techniques qui permettraient une gestion effective et durable de ces sous-produits minéraux. Des voies de valorisation dans le domaine du BTP ont ainsi été explorées. Les résultats ont montré la possibilité de réutilisation de certains rejets miniers comme matériaux cimentaires et additifs pour mortiers ou béton. Toutefois, la majorité des formulations proposées n ont pas dépassé le stade du laboratoire. De plus, l'utilisation des rejets miniers comme matériaux de construction est encore sujet à des difficultés en matière d'acceptabilité sociale et à d'innombrables préoccupations, notamment leur stabilité physico-chimique et leur éco-compatibilité. En parallèle, l'utilisation artisanale et non contrôlée des rejets miniers à faibles teneurs en sulfures comme matériaux de construction est en pleine croissance dans quelques pays tel que le Maroc. En effet, à proximité de quelques sites miniers abandonnés, ces rejets sont considérés comme des sables naturels et sont utilisés pour la confection de mortier de finition et de surfaçage des murs d'habitations. Ce recyclage artisanal peut constituer des risques mécaniques et environnementaux liés surtout à la non-conformité mécanique de ces matériaux et à la présence de concentrations non négligeables de métaux résiduels dans les rejets miniers. L'objectif de ce travail de recherche est donc d'évaluer l'impact de l'utilisation actuelle de deux rejets miniers marocains (Zeida et Mibladen), communément utilisés comme agrégats dans la région de la haute-Moulouya, sur les propriétés physico-chimiques des mortiers de finition et d'étudier, sur le long terme, le relargage des métaux lourds en scénario de lixiviation. Ce travail se donne aussi comme objectif spécifique, d'étudier la faisabilité technique d'utilisation des rejets miniers à faible teneur en sulfures comme substituant au sable conventionnel pour la confection de mortiers d'enduit et de maçonnerie.
Mine tailings represent the finely ground industrial by products generated throw beneficiation of ore minerals. During mine exploitation, these tailings are generally transported in slurry form to large storage facilities, called tailings ponds or impoundments. These facilities are, in most cases, difficult to manage and expensive to rehabilitate. They are responsible for the generation of important environmental impacts and significant ecological disruptions, depending on their pollution potential, management technique, physical stability and the climate conditions. In this context, numerous studies have been conducted to develop new techniques for a sustainable management of mine tailings. The feasibility of reusing some tailings in the construction sector as cementing materials and additives for mortars or concretes were successfully achieved. However, the majority of the conducted studies are still at laboratory stages. Moreover the reuse of tailings as construction material is yet subject of numerous difficulties in term of social acceptance. Various parameters are also of concern, especially the physical and chemical stability of tailings as well as their eco-compatibility. In parallel, the uncontrolled reuse of low sulfide tailings as construction material is increasing in some developing countries (e.g. Morocco). In fact, nearby some abandoned mine sites, these tailings are considered as natural sands and are used for the manufacture of surface finishing mortars. This traditional recycling may constitute mechanical and environmental risks, principally related to tailings mechanical unconformity and to their non-negligible residual metal concentrations. Therefore, the aim of the current research is to evaluate the actual impact of two Moroccan mine tailings (named Zeida and Mibladen), commonly used as aggregates in the Upper-Moulouya region, on the mechanical properties of mortars and on their long term environmental behavior. This work has also as specific aim, to study the technical feasibility of using low sulfide tailings as sand substitute for the manufacture of rendering and masonry mortars. To attain this aim, a thorough characterization of the physical, chemical and mineralogical properties as well as the geochemical behavior of mine tailings was carried out. Mechanical properties of tailings-based mortars were then measured and compared to reference samples (sand-based mortars) using different tests such as setting time, entrained air volume and compressive strength. In parallel, mortars durability and hydration products were evaluated by mean of durability tests (wetting drying cycles, sulfate attack and acid rain simulation) and analytical methods (scanning electron microscopy, X-ray diffraction and thermo-gravimetric analysis). Finally, mortar samples were submitted to various leaching tests to evaluate the pollution potential of these matrices.
Mot(s) clés libre(s) : Matériaux de construction, Propriété mécanique, Rejet minier, Recyclage, Environnement, Mortier, Sulfure d hydrogène, Building materials, Mechanic properties, Tailing, Recycling, Environment, Mortar, Hydrogen sulfide
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Monterrat Baptiste. Un système de ludification adaptative d'environnements d'apprentissage fondé sur les profils de joueur des apprenants. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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La ludification des environnements d'apprentissage humain est une approche de plus en plus utilisée pour répondre au manque de motivation des apprenants. Or, plusieurs résultats de recherche montrent que les apprenants ont des sensibilités différentes face aux mécaniques de jeu qui leur sont proposées. Nos travaux de thèse partent du constat que les systèmes de ludification actuels ne prennent pas en compte la diversité des préférences individuelles. Nous proposons de traiter la problématique de l'adaptation des éléments ludiques aux profils des apprenants suivant leurs caractéristiques en tant que joueurs. Nous nous inspirons d'approches existantes dans le domaine des jeux afin de proposer un modèle générique permettant d'adapter les fonctionnalités ludiques selon les profils de joueur des apprenants. Nos contributions théoriques s'articulent autour de deux grands axes. Premièrement, nous proposons de concevoir les fonctionnalités ludiques comme des épiphytes, des systèmes distincts de l'environnement d'apprentissage qui peuvent être activés indépendamment pour chaque utilisateur. Nous avons construit un framework décrivant ce qu'est une Fonctionnalité Épiphyte Ludique (FEL) adaptative. Il est accompagné d'un guide de conception de fonctionnalités à destination des concepteurs de systèmes ludifiés. Deuxièmement, nous proposons un processus d'adaptation dynamique qui fonctionne suivant deux opérations : la sélection des fonctionnalités d'après le profil de joueur et l'évolution du profil de joueur d'après ses interactions avec les fonctionnalités ludiques. Ces opérations sont basées sur un modèle formalisant les liens entre les fonctionnalités ludiques et les types de joueurs des profils. Nous avons implanté les modèles proposés dans un environnement en ligne d'apprentissage de l'orthographe appelé Projet Voltaire. Selon une approche itérative, nous avons organisé trois expérimentations pour évaluer le système proposé. La première a permis de valider l'implémentation du modèle d'adaptation et du modèle de Fonctionnalité Épiphyte Ludique auprès d'un public de collégiens. Les deux expérimentations suivantes se sont déroulées auprès d'un public adulte avec respectivement 67 et 266 participants. Elles étaient centrées sur l'évaluation du modèle d'adaptation et de son impact sur la motivation des apprenants. Elles ont d'une part montré que le modèle d'adaptation peut s'appuyer sur un jugement d'experts pour faire le lien entre les fonctionnalités et les types de joueurs supportés. D'autre part, les résultats ont validé le fait que proposer aux apprenants des fonctionnalités adaptées à leur profil a un impact positif significatif sur leur motivation et sur leur temps d utilisation de l'environnement d'apprentissage.
Gamification of learning environments is becoming a widely used approach to address the lack of learner motivation. However, several research results show that learners have different sensitivities to the proposed game mechanics. In our thesis work, we state that the current gamification systems do not take into account the diversity of individual preferences. We propose to address the issue of the adaptation of playful elements to the learners profiles according to their characteristics as players. We base our work on existing approaches in the gaming area in order to provide a generic model for the adaptation of gaming features according to the player profile of the learners. Our theoretical contributions are structured around two main axes. Firstly, we propose to design fun features like epiphytes, systems that are distinct from the learning environment and can be activated independently for each user. We built a framework describing what an Epiphytic Gaming Feature (EGF) is. It comes with a gaming features design guide to help the designers of gamification systems. Secondly, we propose a dynamic adaptation process that works in two steps: the selection of gaming features based on the player profile, and the updating of the player profile according to the user s interactions with the gaming features. These operations are based on a model that formalizes the links between gaming features and player types. We implemented the proposed models in an online learning environment of French spelling called Projet Voltaire. We conducted three experiments to evaluate the proposed system, according to an iterative process. The first experiment was used to validate the implementation of the adaptation model and the Epiphytic Gaming Feature with an audience of middle school students. The following two experiments were conducted with a public of adults, with 67 and 266 participants respectively. They were focused on the evaluation of the adaptation model and its impact on learner motivation. They showed that the adaptation model can be based on expert judgements to make the link between gaming features and player types. Moreover, the results confirmed that providing the learners with gaming features that are adapted to their player profile has a significant positive impact on their motivation and their usage time of the learning environment.
Mot(s) clés libre(s) : Informatique, EIAH - Environnement Informatique d'Apprentissage Humain, Ludification, Motivation, Adaptation, Modèle de joueur, IT - Information Technology, Learning environment, Gamification, Player model
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Do Minh-Tien. Ultra-narrowband wireless sensor networks modeling and optimization. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Cette thèse a pour but de modéliser les réseaux de capteurs sans fil à faible débit (WSN) basés sur la technique ultra bande étroite. Ce réseau a déjà été déployée par la société SIGFOX et a déjà démontré sa très grande efficacité pour les applications pour l'Internet des objets (IoTs) grâce à sa capacité de communication point à point efficace en terme de puissance consommée, et de sa connectivité de longue portée. Cette étude donne quelques aperçus sur le passage à l'échelle de la technique de l UNB pour un réseau multipoint à point pour une liaison montante. L'accès au canal spécifique qui est basé sur l'accès multiple par répartition aléatoire de fréquence et de temps (R-FTDMA) est introduit et analysé. En outre, l'impact de l'interférence due à l'absence de stratégie d'ordonnancement à la couche MAC est étudié et modélisé. Notre modèle simplifié nous permet non seulement de décrire la puissance d'interférence agrégée, mais aussi d'évaluer les performances du système d'un tel réseau en matière de taux d'erreur et de probabilité de coupure. De même, la géométrie stochastique est utilisée pour modéliser la distribution spatiale des noeuds afin d'étendre le modèle simplifié dans le canal réaliste où les dégradations de canal sont prises en compte. De plus, le mécanisme de retransmission est considéré pour ce réseau. Cette étude permet de d'identifier le nombre optimal de retransmissions. Le réseau peut être configuré avec un paramètre global unique. Et enfin, cette thèse met en évidence le fait que le réseau de l UNB Random-FTDMA est très pertinent dans un réseau réaliste, en particulier pour les applications à faible débit, car il allége le coût élevé du réseau, le coût de la synchronisation globale, mais sans perte de performance.
This thesis aims at modeling the low-throughput wireless sensor networks (WSNs) based on ultra-narrow-band technology. Such wireless network is already been deployed by Sigfox company and has proved to be ultra-efficient for the Internet of things (IoTs) applications thanks to its ability of point-to-point communication in terms of power efficiency and long range connectivity. In particular, this thesis gives some insights on the scalability of UNB technology for a multi-point-to-point network in an uplink scenario. The multiple access schemes based on random time and frequency selection are introduced and analyzed. Furthermore, the interference impact due to the lack of scheduling strategy at the MAC layer is studied and modeled. Our simplified model using rectangular function allows us not only to describe the aggregate interference power but also evaluate the system performance of such network in terms of the bit-error-rate and outage probability. Besides, the geometry stochastic is used for spatial node distribution in order to extend the simplified model in the realistic channel communication where the channel impairments are taken into account. Besides, the retransmission mechanism is considered for such network. This study argues an optimal number of retransmission. The network can be configured with a unique global parameter. Last but not least, this thesis highlights the fact that the UNB network using Random-FTDMA schemes is very relevant in a realistic network, especially for low-throughput applications, because it bypasses the high network cost, the cost of global synchronization but without loss of performance.
Mot(s) clés libre(s) : Télécommunications, Réseaux de capteurs sans fil, Technique ultra bande étroite, Random-TFDMA schéma, Modélisation de réseau de capteurs sans fil, Puissance d'interférence agrégée, Géométrie stochastique, Mécanisme de retransmission, Telecommunications, Wireless sensor networks, Ultra-narrow-band transmission, Random-TFDMA schemes, Modeling of wireless sensor network, Aggregate interference power, Geometry stochastic, Retransmission mechanism
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Rao Manoj. Thermo-hydrodynamics of an extended meniscus as unit-cell approach of pulsating heat pipe. 2015 / Thèses / accès numérique libre
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Ce travail fait une tentative pour expliquer les oscillations induites thermiquement auto-entretenue d'un système à deux phases constitué d'un liquide-vapeur confinée ménisque isolé (un bouchon de liquide unique attenant à une bulle de vapeur) à l'intérieur d'un tube capillaire circulaire, la longueur du tube être exposé à un gradient de température net, créant ainsi un cycle continu de l'évaporation et la condensation. Ce système représente la simple unité-cellule" version d'un caloduc oscillant (PHP). La compréhension fondamentale de son comportement de transport menant à oscillations auto-soutenue est essentielle pour la construction des modèles mathématiques jusque-là inexistants du système PHP complet. Tout d'abord, la visualisation des oscillations de l'unité de cellules a été effectuée dans des conditions aux limites thermiques contrôlées. Ici, une compréhension nouvelle et unique de la dynamique du système a été atteint par une synchronisation en temps réel de la mesure de pression interne avec la vidéographie haute vitesse qui a été utilisé pour visualiser et enregistrer les oscillations du ménisque et le mince film de liquide qui est mis sur le mur lorsque le ménisque quitte l'évaporateur. Un modèle numérique a été développé pour le système constitué par un bouchon de vapeur et un bouchon de liquide oscillant dans un tube fermé à une extrémité et relié à un réservoir à une pression constante à l'autre extrémité. Le principe de modélisation avait été posé lors de travaux antérieurs. Quelques modifications ont été jamais moins introduites dans ce travail pour prendre en compte les particularités de la nouvelle expérimental et pour améliorer le liquide modèle film de l'évaporation à la lumière des résultats expérimentaux. Une étude paramétrique a également été réalisée pour comprendre les implications des différents facteurs sur le fonctionnement d'un tel système.
This work makes an attempt to explain the self-sustained thermally-induced oscillations of a two-phase system consisting of an isolated confined liquid vapour meniscus (a single liquid plug adjoining a vapour bubble) inside a circular capillary tube, the tube length being exposed to a net temperature gradient, thereby creating a continuous cycle of evaporation and condensation. This system represents the simplest unit-cell version of a Pulsating Heat Pipe (PHP). The fundamental understanding of its transport behavior leading to self-sustained oscillations is vital for building the hitherto non-existent mathematical models of the complete PHP system. First, visualization of the oscillations of the unit-cell has been done under controlled thermal boundary conditions. Here, a unique and novel understanding of the system dynamics has been achieved by real-time synchronization of the internal pressure measurement with high-speed videography that was used to visualize and record the meniscus oscillations and the thin liquid film that is laid on the wall when the meniscus leaves the evaporator. A numerical model was developed for the system consisting of a vapour plug and a liquid slug oscillating in a tube closed at one end and connected to a reservoir at a constant pressure at the other end. The modeling principle had been posed in previous work. Some modifications were never the less introduced in this work to take into account the peculiarities of the new experimental set-up and to improve the liquid film evaporation model in the light of the experimental results. Also a parametric study was carried out to understand the implications of the various factors on the working of such system.
Mot(s) clés libre(s) : Énergétique, Thermique, Condensation, Évaporation, Vapeur d'eau, Temperatures, Effets thermiques, Pulsation, Oscillations, Energetic, Thermic, Thermodynamics, Evaporation, Thermodynamic equilibrium, Heat pipe, Temperature, Thermic effect, Pulsating, Oscillator
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Lei Xiaoqin. Theoretical modelling of coupled chemo-hydro-mechanical behaviour of unsaturated expansive clays. 2015 / Thèses / accès numérique réservé
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Expansive clays used in engineering practice are usually unsaturated and are sensitive to chemical composition of the in-pore solution. To analyse the complex coupled problems involved, an efficient mathematical model which can account for these chemo-hydro-mechanical behaviours has been developed. In this thesis, expansive clays are conceptualised into three-phase multi-species porous media. Based on the modified mixture theory and irreversible thermodynamics, a thermo-electro-chemo-hydro-mechanical framework has been developed. The Clausius-Duhem inequality, which governs the dissipations associated with mechanical work, phase transformation, mass transport and thermal transport, is rigorously derived. Based on this thermodynamic framework, constitutive laws for bulk liquid and salt mass transport, free and adsorbed water inter-phase mass transfer, and the chemo-elastic-plastic deformations of soil skeleton have been developed. The model has been implemented into the FEM software Bil and validated by simulating available experimental data on Boom Clays. What s more, the salt infiltration process into an unsaturated expansive clay layer has been simulated to illustrate the applicability of the model.
Argiles gonflantes utilisées dans la pratique de l'ingénierie sont généralement insaturés et sont sensibles à la composition chimique de la solution dans les pores. Pour analyser les problèmes complexes couplés impliqués, un modèle mathématique efficace qui peut expliquer ces comportements chimio-hydro-mécanique a été développé. Dans cette thèse, argiles gonflantes sont conceptualisés dans triphasés multi-espèces de milieux poreux. Sur la base de la théorie de mélange modifié et thermodynamique irréversible, un cadre thermo-électro-chimio-hydro-mécanique a été développé. L'inégalité de Clausius-Duhem, qui régit les dissipations associés au travail mécanique, transformation de phase, le transport de masse et le transport thermique, est rigoureusement dérivée. Basé sur ce cadre thermodynamique, lois de comportement pour liquides en vrac et le sel de transport de masse, transfert de masse de l'eau entre en phase libre et adsorbé, et les déformations chimio-élastique-plastique de squelette du sol ont été développés. Le modèle a été mis en œuvre dans le logiciel FÉM Bil et validé en simulant les données expérimentales disponibles sur les argiles de Boom. Qui plus est, le processus d'infiltration de sel dans une couche d'argile gonflante insaturés a été simulée pour illustrer l'applicabilité du modèle.
Mot(s) clés libre(s) : Argile gonflante, Comportement mécanique, Comportement hydraulique, Composition chimique, Civil engineering, Expansive clay, Thermodynamics stability, Mechanical behaviour, Hydraulic behaviour, Chemical composition, Porosity, Porosité
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Apreutesei Mihai. Temperature impact on thermal evolution of advanced PVD ceramic and metallic glass thin films : Physico-chemical and microstructural analysis. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Ces dernières années, les exigences de l'industrie dans le développement de nouveaux matériaux fonctionnels en mesure de résister aux conditions difficiles pendant l'opération d'usinage sont en constante augmentation. Les chercheurs doivent donc trouver de nouvelles solutions pour répondre aux besoins industriels de plus en plus sévères. L'utilisation de revêtement protecteur à la surface de l'outil de coupe est une solution très efficace. Des nouveaux matériaux architecturés sont étudiés pour leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques uniques assurant une résistance aux dégradations de surface dues à la corrosion, l'usure, le frottement; en particulier lorsque ces outils sont utilisés dans des environnements hostiles. Dans le cadre de cette thèse de doctorat, l'influence de la température sur la stabilité structurale de deux types de films minces déposés par PVD a été étudiée. Des films céramiques et de verre métallique ont été envisagés. Afin de préparer et optimiser ces films, le projet s est axé sur l'étude de l'influence des conditions de dépôt sur les caractéristiques de croissance du film: composition chimique, structure, morphologie, puis sur les changements ultérieurs des principales propriétés des films minces, à savoir la résistance à l'oxydation et à la cristallisation lors de leur utilisation à hautes températures. Une démarche multi-échelle a été développée pour caractériser au mieux les couches. La première partie du travail est liée aux revêtements céramiques à base de CrN pour donner de nouvelles fonctionnalités et améliorer la surface des outils de coupe dans le but essentiel d'accroître leur durée de vie. La seconde partie du manuscrit est dédiée aux films minces de verres métalliques de Zr-Cu préparés par un procédé de co-pulvérisation magnétron PVD. Le but de cette partie consiste en l'étude de la relation entre la structure amorphe de ces films et leurs propriétés mécaniques. La conservation du caractère amorphe de ces films en température présente également un caractère essentiel. Les verres métalliques ont récemment attiré un fort intérêt car ils présentent des propriétés mécaniques intéressantes à température ambiante. Ils présentent, de ce fait, un grand potentiel pour des applications d'ingénierie en raison de leurs caractéristiques mécaniques et physico-chimiques uniques (haute limite élastique, résistance à la corrosion ...). Pour relier les propriétés mécaniques des couches à l évolution de leurs microstructures, une partie importante de ce travail a porté sur l observation de l'évolution de la couche au cours du chauffage au moyen de techniques de caractérisation in situ. Les films minces proposés au cours de ce travail peuvent être envisagées pour un large gamme d'application dans l'ingénierie de surface pour protéger les surfaces et améliorer la durée de vie des matériaux.
In the recent years the industrial requirements to develop new functional materials able to overcome the severe conditions during machining operation are continuously increasing. Researchers then must find novel solutions to respond to their severe industrial requirements. To coat the tool surface with advanced coatings is the most efficient solution. New nanostructured materials may nowadays exhibit unique mechanical, physical and chemical properties ensuring notable degradation resistance where the surface protection of materials against corrosion, wear, friction or oxidation is a key issue, particularly when operating in hostile environments. Within the scope of this Ph.D. thesis the influence of the temperature on the structural stability of two different PVD ceramic and metallic glass thin films is proposed. The main goal consists in the development of two distinct classes of thin films, with a wide range of properties. In order to prepare these films, the project will be focused on the study on the influence of PVD deposition conditions in the particular film s growth characteristics: chemical composition, structure, morphology and the subsequent changes in the main properties of the thin films, namely oxidation and crystallization resistance, especially. For that purpose we adopted the multiscale approach. The first part is related to the ceramic CrN-based coatings to give new functionalities and improve the tools surface with the primary aim to increase their lifetime. Secondly, new protective materials able to better protect the exposed surfaces against high temperature oxidation have been proposed, namely CrAlN and CrAlYN coatings as will be evidenced in this manuscript. The second part of the manuscript is dedicated to the innovative Zr-Cu thin films metallic glasses prepared by a PVD magnetron co-sputtering method with the objective to investigate the amorphization ability and their structural properties. Their excellent properties at room temperature have recently attracted attention as a new class of materials with great potential for engineering applications due to unique mechanical and physico-chemical characteristics (high elastic strain limit, corrosion resistance ). Finally, an important approach during the course of this thesis was the real time observation of the structure and surface modifications during heating by means of in situ methods. The thin films proposed during the course of the work could be straightforward used as surface engineering solutions to protect and extend the lifetime of the materials and components.
Mot(s) clés libre(s) : Microstructure, Propriété mécanique, Revêtement, Verre métallique, Céramique, Oxydation, Haute température, PVD - Dépot physique en phase vapeur, Materials, Mechanical properties, Metallic glass, Ceramic, High temperature, PUD - Physical Vapor Desposition
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Vandesteen Marie. Synthèse et modification d'un polyester biodégradable pour application agro-textile : le poly(butylène succinate). 2015 / Thèses / accès numérique réservé
Résumé
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Au cours des dernières décennies, l'utilisation de polymères biodégradables a connu un regain d'intérêt pour des applications agricoles. Dans cette étude, nous nous concentrons sur le développement de textiles biodégradables destinés à la protection anti-insecte des cultures. Actuellement, ces textiles doivent être collectés par des entreprises après la saison agricole et entraîne un coût non négligeable pour l'utilisateur. Une alternative serait d'avoir des agro-textiles qui pourraient être collectés par l'utilisateur et minéralisés après quelques mois. Les polymères biodégradables pourraient répondre à ces objectifs. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le poly(butylene succinate) un polymère biodégradable et biosourcé. Le PBS a été synthétisé sur un pilote de polycondensation. Néanmoins, le PBS issu de cette synthèse présente de faibles propriétés rhéologiques. La structure du PBS a donc été modifiée par l'incorporation de branchements ou d'allongeurs de chaines. Les propriétés mécaniques ont également été optimisées via la synthèse de systèmes PBS/PLA transréagits et de PBS nanocomposites. Ces PBS modifiés ont été testés au filage. Finalement un fil de PBS avec 0,5% de silice sphérique a été produit à plus grande échelle et un textile a été fabriqué. Le vieillissement de ces fils PBS a été étudié et la conservation des propriétés mécaniques durant l'utilisation du fil en extérieur a été validée. Enfin, une dernière approche plus exploratoire a été testée. Elle consiste en la modification du PBS par des interactions supramoléculaires réversibles en température.
In the last decade, biodegradable polymers have gained significant interest for agricultural applications. Here we focus on the development of biodegradable textiles for insect-proof nets. Currently these textiles must be collected by specialized companies after the growing season and generate disposal cost. An ideal agrotextile would be collected by the user at the end of the growing season, and undergo full mineralization within few months. These requirements can be achieved by using biodegradable polymers. In this study, poly(butylene succinate) (PBS), a biobased and biodegradable polymer was studied. PBS was synthesized by polycondensation on a pilot plant reactor. Because of low rheological properties of the synthesized polyester, the chemical structure of PBS was modified by several approaches like chain extension or branching. The mechanical properties were tuned with the synthesis of PBS/PLA transreacted systems and PBS nanocomposites. These modified PBS were tested upon fiber spinning. Finally a PBS yarn with 0,5% spherical silica was produced at higher scale and a textile was done. Ageing of the PBS yarns was also studied and the conservation of the mechanical properties during use of the textile was validated. Lastly a more exploratory approach was tested. It is synthesis of modified PBS by supramolecular interactions, which are reversible upon temperature.
Mot(s) clés libre(s) : Polyester aliphatique, PBS - Poly(butylène succinate), Polycondensation, Biodégradabilité, Biosourcé, Filage voie fondue, Textile technique, Polyester biodégradable, Agro-Textiles, Materials, Aliphatic polyester, PBS - Poly(butylene succinate), Biodegradability, Biobased, Melt-spinning, Technical textile, Biodegradable polyester, Agro-textiles
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