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SPI&A - Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (...-2009)

Les thèses soutenues à l'école doctorale "SPI&A - Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (...-2009)"

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  • Etude de la fatigue de contact de roulement : approche expérimentale dans un matériau fragile et modélisation numérique    - Abbouchi Houssein  -  11 décembre 2008

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    Ce travail a consisté à étudier le phénomène de la fatigue de contact de roulement (RCF). Les avaries qui apparaissent par RCF se caractérisent, à la surface des pièces roulantes, par des fissures, des piqûres et des écaillages. Les fissures de RCF sont mal décrites, dans leur forme géométrique, dans les travaux précédents. Ceci a conduit à une approche expérimentale utilisant un dispositif bi-disques dans lequel le disque éprouvette est réalisé dans un matériau transparent. La conception du dispositif permet d'imposer une force tangentielle et de créer des conditions de roulement avec glissement partiel. On résume les résultats expérimentaux par :-faire apparaître une famille de fissures débouchantes.-suivre avec précision l'évolution des fissures, dans la matière en 3D.-proposer des équations paramétriques pour décrire la forme géométrique du front de fissure.-constater que l'endommagement de RCF, à sec, s'est établi pour la position 'menant' de l'éprouvette.-et l'existence d'un pas quasi régulier entre les fissures. On a proposé un modèle numérique pour comprendre les deux derniers points. Le calcul a été réalisé avec le logiciel MSC.MARC. On a réalisé quatre plans d'expériences. On a décrit l'action d'un contact roulant sur un massif fissuré de façon incrémentale. Ceci permet d'obtenir les répartitions de pression et de cisaillement dans ce contact conformes à la loi de frottement et à la cinématique expérimentale. Ce modèle a montré que la contrainte de 'peau' sxx atteint des niveaux plus élevés pour la position 'menant'. C'est en accord avec les résultats expérimentaux. En s'appuyant sur la valeur de sxx max, on a expliqué le pas quasi régulier de fissures.

  • Équations de diffusion paramétrée par la portée des interactions à longue distance    - Andami Ovono Armel  -  24 février 2009

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    Nous nous intéressons dans cette thèse à l'étude d'une équation parabolique quasilinéaire dans laquelle la diffusion est paramétrée par la longueur des différentes interactions non locales. Pour ce qui est du problème stationnaire associé, après avoir montré des résultats d'existence, d' unicité et de continuité. Nous présentons ensuite un critère général d' inversibilité dépendant du paramètre, ce critère très important va par la suite nous permettre en exemple d'application, de retrouver des résultats d'inversibilité déjà connus lorsque le paramètre est égale au diamètre du domaine. Nous donnons ensuite un résultat de principe de comparaisons de solutions symétriques radiales et une généralisation du compte du nombre de solutions. Enfin nous donnons quelques applications numériques utilisant une méthode de point fixe et de Newton pour illustrer ces résultats. Pour le problème d'évolution, après avoir montré l'existence d'un attracteur global associé à notre problème, nous démontrons une estimation L∞ de la solution en fonction d'estimations Lq, q > 1 utilisant des itérations de type Moser

  • Aérodynamique d'un profil d'aile battante à bas nombre de Reynolds    - Andro Jean-Yves  -  08 décembre 2008

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    Les récents progrès des microtechnologies permettent le développement de microdrones d'une envergure inférieure à 15 cm devant assurer des missions d'observation ou d'intervention en milieu risqué. Une approche biomimétique utilisant un système de locomotion par ailes battantes semble notamment prometteuse car elle permettrait une capacité de vol stationnaire et une grande manoeuvrabilité en milieu confiné. Cependant, l'aérodynamique des ailes battantes à bas nombre de Reynolds diffère sensiblement de l'aérodynamique des applications classiques en raison du phénomène de lâcher tourbillonnaire et de la superposition de nombreux mécanismes instationnaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons dans un premier temps étudié le lâcher tourbillonnaire derrière un profil d'aile en caractérisant théoriquement et expérimentalement l'apparition de ce lâcher puis en le simulant numériquement. Des essais en bassin hydrodynamique précisent enfin l'influence des effets 3D et du nombre de Reynolds sur les efforts créés par le lâcher tourbillonnaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié par simulation numérique directe (DNS) les mouvements fondamentaux du vol battu, c'est-à-dire le pilonnement pur et le tangage pur, afin de mettre en évidence les mécanismes instationnaires, de différencier les stratégies du vol battu et de proposer des modèles simplifiés pouvant décrire les efforts instantanés.

  • Identification en boucle fermée de la machine asynchrone : application à la détection de défaut    - Bazine Imène  -  16 juin 2008

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    Ce mémoire de thèse relate la mise au point d'une méthodologie d'identification en boucle fermée de la machine asynchrone, grâce à une prise en compte explicite de l'algorithme de commande vectorielle. Fondamentalement, l'identification directe pose des problèmes en raison des perturbations stochastiques que l'on retrouve sur la variable de commande via la boucle de régulation, ce qui rend l'estimation asymptotiquement biaisée. Nous proposons de remédier à ce problème grâce à une identification indirecte sur la base de la connaissance du correcteur. De plus, nous étendons le champ d'application de cette approche en identifiant préalablement un correcteur équivalent à l'aide d'une technique de moindres carrés surparamétrisés, afin d'éviter la connaissance a priori de la structure et des paramètres du correcteur. Une structure minimale du correcteur équivalent surparamétrisé est obtenue grâce à un test original portant sur les moments. L'identification de la machine asynchrone est effectuée grâce au correcteur équivalent, à l'aide d'un algorithme du type erreur de sortie. Outre l'élimination du biais asymptotique, les études comparatives réalisées en simulation stochastique ont montré que l'approche indirecte fournit des estimées plus précises, et cela pour une excitation de la machine uniquement constituée par les variations du couple de charge. Enfin, cette nouvelle méthodologie d'identification en boucle fermée a permis d'améliorer la détection des défauts statoriques et rotoriques de la machine asynchrone, grâce à une meilleure réjection des fausses alarmes.

  • Conception et implémentation d'un méta-modèle de machines asynchrones en défaut    - Bazine Sadok  -  29 juin 2009

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    Pour mener des recherches en diagnostic de la machine asynchrone sur des défauts essentiellement électriques ou mécaniques, l'outil de simulation est indispensable pour les investiguer. Autant en pratique certains défauts sont quasiment impossibles à réaliser, qu'il est souvent aussi difficile de les reproduire en simulation sans y consacrer un temps de développement très important. C'est pour cela que dans cette thèse, avec l'idée d'utiliser les outils issus du génie logiciel, on s'est donné comme objectif d'automatiser la génération d'un simulateur de la machine asynchrone en défaut. Après un recensement des différentes approches de simulation des machines asynchrones, nous avons développé notre modélisation avec la méthode des Circuits Électriques Magnétiquement Couplés (CEMC). Nous détaillons pas à pas les étapes empruntées par le Méta Modèle, dans un premiers temps, pour modéliser une machine saine, en décrivant les parties élémentaires du modèle jusqu'à la façon de les assembler pour obtenir le modèle de la machine complète. Cela s'est traduit par la génération des mutuelles intrinsèques au stator, intrinsèques au rotor, et des mutuelles stator-rotor, ainsi que la construction des matrices de connexions selon les caractéristiques topologiques du bobinage de la machine. Ensuite, nous avons enrichi ce Méta Modèle par la prise en considération de la présence de défauts de type court-circuit de spires au sein d'une même phase, court-circuit entre phase et terre ou rupture de barres. Nous avons montré comment ce générateur de modèle prend en compte chacune de ces altérations topologiques en faisant les extensions nécessaires aux matrices de connexions et aux matrices du

  • Contribution à la caractérisation mécanique des critères de qualités du départ de la course vitesse sur 100 m    - Ben Mansour Khalil  -  17 décembre 2008

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    L'objectif de ce travail est de définir les paramètres mécanique qui caractérisent le départ de course vitesse sur 100 m. La première partie, suite à une analyse de la littérature technique, du règlement instauré par l'IAAF et des études scientifique, cerne les problèmes liés à la mesure et au choix des critères de qualification de la performance du départ de course vitesse sur 100m. La seconde partie met en évidence la nécessité de déterminer avec plus de précision l'instant de mise en action du coureur notamment lors des compétitions internationales. Une analyse en composante principale est réalisée afin de tester la possibilité de créer de nouveaux critères permettant une interprétation objective et fiable de la performance du départ de course vitesse. Au cours de la troisième partie, l'efficacité d'un départ est approchée en intégrant des paramètres directement accessibles par dynamométrie pour enfin les " traduire " en unités de temps. Une station dynamométrique est validée afin d'offrir à l'entraîneur des indications fines, en temps quasi réel, lors des séances d'entraînement. La quatrième partie, propose une nouvelle méthode de solidification permettant une application rigoureuse des principes de la mécanique lors de modélisation tridimensionnelle de l'athlète. Le calcul des torseurs d'action inter segmentaire est réalisé par programmation de l'algorithme de Newton-Euler, en utilisant un formalisme d'opérateurs homogènes.

  • Contribution à l'analyse du comportement de caloducs oscillants à finalité spatiale par voies expérimentale et numérique    - Bensalem Ahlem  -  28 avril 2008

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    Les systèmes spatiaux (satellite, sonde, ...) intègrent de plus en plus d'équipements dissipatifs d'énergie.Cette complexité, couplée à des contraintes imposées en terme de réduction des volumes et des masses embarqués à bord de ces engins engendre un besoin croissant de solutions de contrôle thermique précises, fiables et autonomes. Dans ce contexte contraignant, les systèmes diphasiques de type caloduc et boucles fluides à pompage capillaire semblent incontournables en raison des capacités de transport de chaleur importantes qu'ils peuvent procurer et également grâce à leur fonctionnement passif et fiable. Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la caractérisation du fonctionnement thermique d'un nouveau système de transport de chaleur diphasique passif : le caloduc oscillant. L'étude expérimentale menée a permis de caractériser les performances de deux prototypes de caloducs oscillants développés différant par la nature du fluide employé (eau et acétone) et par le diamètre du tube où circulent liquide et vapeur. Les effets induits par plusieurs paramètres complémentaires influents tels que le taux de remplissage, la puissance thermique ou l'angle d'inclinaison, ... sur le fonctionnement de ces deux dispositifs ont également été explorés. Les différentes campagnes d'essais ont révélé un fort potentiel de transfert de chaleur et un comportement beaucoup moins sensible aux forces de gravité qu'un caloduc conventionnel à pompage capillaire. A cette approche expérimentale s'ajoute une réflexion théorique destinée à modéliser le comportement thermohydraulique d'un volume élémentaire de fluide composé d'une seule bulle de vapeur et d'un seul bouchon de liquide, comportement engendré uniquement sous l'effet de sollicitations thermiques. Ce modèle a conduit en particulier à la mise en évidence de conditions favorables à l'apparition et l'entretien des oscillations du front liquide-vapeur.

  • Calcul direct acoustique et analyse des mécanismes de génération de bruit des écoulements cisaillés libres    - Cabana Marie  -  27 novembre 2008

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    La connaissance des mécanismes physiques responsables de la production sonore par les écoulements turbulents est indispensable pour permettre l'élaboration des techniques de réduction et de contrôle du bruit d'origine aérodynamique. Dans ce travail, nous avons développé une méthodologie d'analyse s'appuyant sur une décomposition du terme source de l'analogie de Lighthill, qui fait apparaître explicitement la dilatation et la vorticité, et sur un filtrage en nombre d'ondes. Associé à des bases de données obtenues par calcul direct acoustique, qui offrent un accès simultané à toutes les quantités dynamiques et acoustiques, cet outil permet d'identifier le rôle acoustique des différents termes. L'application de notre méthodologie à l'analyse des sources acoustiques dans une couche de mélange, permet d'interpréter le rayonnement sonore comme le résultat de subtils déséquilibres spatio-temporels entre les termes. Une nouvelle version du code de calcul direct acoustique a ensuite été développée, afin d'obtenir des bases de données en configuration 3D pour un coût de calcul raisonnable. Nous avons choisi d'implanter des schémas compacts décentrés d'ordre élevé pour la discrétisation spatiale, et de tester leur aptitude au calcul direct acoustique sur un cas test. Les résultats obtenus montrent la capacité de ces schémas à contrôler les oscillations numériques à résolution marginale et soulignent leur robustesse. Deux simulations de jets 3D chaud et froid ont été réalisées, dont nous présentons des résultats dynamiques et acoustiques préliminaires.

  • Utilisation d'approches probabilistes basées sur les critères entropiques pour la recherche d'information sur supports multimédia    - Coq Guilhelm  -  05 décembre 2008

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    Les problèmes de sélection de modèles se posent couramment dans un grand nombre de domaines applicatifs tels que la compression de données ou le traitement du signal et de l'image. Un des outils les plus utilisés pour résoudre ces problèmes se présente sous la forme d'une quantité réelle à minimiser appelée critère d'information ou critère entropique pénalisé. La principale motivation de ce travail de thèse est de justifier l'utilisation d'un tel critère face à un problème de sélection de modèles typiquement issu d'un contexte de traitement du signal. La justification attendue se doit, elle, d'avoir un solide fondement mathématique. Nous abordons aussi le problème classique de la détermination de l'ordre d'une autorégression. La régression gaussienne, permettant de détecter les harmoniques principales d'un signal bruité, est également abordée. Pour ces problèmes, nous donnons un critère dont l'utilisation est justifiée par la minimisation du coût résultant de l'estimation obtenue. Les chaînes de Markov multiples modèlisent la plupart des signaux discrets, comme les séquences de lettres ou les niveaux de gris d'une image. Nous nous intéressons au problème de la détermination de l'ordre d'une telle chaîne. Dans la continuité de ce problème nous considérons celui, a priori éloigné, de l'estimation d' une densité par un histogramme. Dans ces deux domaines, nous justifions l' utilisation d' un critère par des notions de codage auxquelles nous appliquons une forme simple du principe de " Minimum description Length ". Nous nous efforçons également, à travers ces différents domaines d'application, de présenter des méthodes alternatives d' utilisation des critères d' information. Ces méthodes, dites comparatives, présentent une complexité d' utilisation moindre que les méthodes rencontrées habituellement, tout en permettant une description précise du modèle.

  • Contribution à l'étude du placement optimal de taches de robots redondants    - Cuan Durón Enrique  -  03 juillet 2008

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    Les études menées dans cette thèse concernent le problème du placement optimal de tâches des robots redondants en vue d'améliorer leurs performances cinéstotatiques lors de l'exécution des tâches. Nous rappelons les concepts de la cinématique des manipulateurs ainsi que les notions de redondance et d'accessibilité. Nous examinons aussi les indices de performance cinématique proposés. Ensuite, nous évoquons les contributions existantes, sur le sujet du placement optimal robot / tâche. Ces travaux sont recensés selon trois groupes : ceux concernant l'accessibilité aux tâches; ceux consacrés à l'optimisation des performances cinétostatiques; et ceux envisageant la minimisation du temps du cycle. En tenant compte des limitations des méthodes publiées, nous résolvons le placement de tâches sous trois scénarios : optimisation d'un seul critère de performance pour un point de la tâche dans un environnement sans obstacles ; optimisation multicritère pour plusieurs points de la tâche dans un environnement sans obstacles ; et finalement optimisation globale d'un critère dans un environnement encombré. Nos méthodes constituent des contributions dans le domaine de la planification des mouvements des robots redondants. La prise en compte des contraintes assure l'obtention de solutions réalistes. Nous retenons deux aspects spécifiques de nos méthodes : le premier relatif à la démarche utilisée pour la synthèse de trajectoires articulaires continues entre les points-tâche dans le cas de l'optimisation multicritère ; le second relatif à la fonction objective que nous proposons dans le cas de la méthode avec contrainte anti-collisions. L'efficacité de nos méthodes est validée en les appliquant à des cas divers dans tous les scénarios envisagés.

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