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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 théorique et expérimentale du refroidissement diphasique à pompage capillaire de convertisseurs de puissance à haute densité de flux de chaleur pour la traction ferroviaire    - Lossouarn David  -  15 janvier 2008

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    L'électronique de puissance embarquée assure des fonctions indispensables à la traction électrique. La forte miniaturisation des semi-conducteurs utilisés se manifeste par des densités de flux dissipées en constante augmentation. D'autre part, la fiabilité des systèmes de refroidissement existants est encore perfectible et justifie l'utilisation d'un dispositif à pompage capillaire. Ce mémoire se consacre donc à la caractérisation d'un refroidissement diphasique à pompage capillaire innovant, adapté à de fortes densités de flux et offrant une fiabilité accrue.L'accent est mis sur les transferts de chaleur et de masse pour un fluide diphasique immergé en milieu poreux et soumis à de fortes densités de flux de chaleur. Cette étude expérimentale débouche sur une analyse des données collectées à l'aide d'un modèle nodal doublé de techniques inverses. Cela afin de remonter aux paramètres nécessaires pour associer la surchauffe créée à une densité de flux de chaleur et d'en analyser les variations en fonction des caractéristiques du milieu poreux. La méthode a permis de remonter à des concentrations de l'ordre de 100 W.cm-2 appliquées sur le milieu poreux.Dans un second temps, la présentation détaillée de la boucle diphasique, utilisant cette configuration d'écoulement, se focalise sur l'originalité de l'architecture utilisée par rapport aux boucles diphasiques usuelles. Des essais sont réalisés en balayant toute une variété de paramètres tels que la densité de flux de chaleur injectée à l'évaporateur ou les pertes de charge générées par la boucle. Les premiers développements apportés à un modèle comportemental permettent d'en analyser quelques régimes transitoires et stationnaires à même de transférer jusqu'à 5,5 kW par évaporateur.

  • Contribution à la modélisation et à la planification de trajectoires de robots parallèles évitant les singularités et les collisions    - Lahouar Samir  -  30 janvier 2008

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    L'objectif principal de ce travail est l'étude de la planification de trajectoires pour les robots parallèles en prenant en considération les collisions et les singularités. Les développements ont été intégrés dans le logiciel SMAR du LMS. Ce logiciel, à l'origine limité aux robots sériels, a été enrichi en changeant sa structure pour permettre la modélisation et l'analyse des robots parallèles. Une étude des robots parallèles et des notions qui s'y rapportent, ainsi que les différentes structures de robots et les types de maillons et de liaisons qui les composent sont décrites. Les chaînes fermées sont modélisées à l'aide de différents types de contraintes entre maillons. Une méthode pour générer les équations du modèle cinématique en séparant les variables actives, passives et opérationnelles est présentée. Une méthode de planification de trajectoires permettant d'éviter les singularités et les collisions internes et externes est proposée. Cette méthode combine deux modes: un mode de recherche en profondeur et un mode de recherche en largeur. Un exemple de robot 3-RPR est traité pour illustrer les développements de cette méthode. Des résultats expérimentaux sont présentés pour valider le modèle. La première expérimentation est réalisée sur le robot translateur conçu au LGM Monastir et construit au L.M.S. La seconde expérience a été conduite à l'Université de Cassino sur un robot à câbles. Enfin, la dernière expérimentation est originale puisqu'elle a été menée sur un robot chien, qui a été traité comme un robot parallèle. Les résultats obtenus ont servi à valider les modèles développés dans la thèse.

  • Prise en compte de l'évolution de l'endommagement anisotrope dans une modélisation par transition d'échelle pour des composites particulaires fortement chargés    - Dartois Sophie  -  07 mars 2008

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    Ces travaux concernent la modélisation d'une classe de composites particulaires fortement chargés s'endommageant par décohésion aux interfaces grains/matrice. Pour ce faire, une technique de transition d'échelle qualifiée d'"approche morphologique" (AM) a été choisie. Elle a été formulée par Nadot et al. (2006) pour un état d'endommagement donné, par extension des travaux de Christoffersen (1983). Un ensemble d'outils nécessaires à la description de l'évolution de l'endommagement (critères de nucléation, de fermeture et de réouverture de défauts) est ici formulé. Une première évaluation de l'AM ainsi complétée est ensuite proposée pour des constituants élastiques linéaires isotropes. Elle est réalisée à l'aide d'une procédure de résolution numérique discrète permettant de rendre compte de la chronologie de l'ensemble des nucléations, fermetures et réouvertures des défauts. Un algorithme de prédiction-correction permet en particulier d'adapter automatiquement le pilotage du chargement au séquençage des nucléations assurant ainsi une bonne prise en compte de leurs effets sur l'estimation des champs locaux et de la réponse homogénéisée. Sur quelques trajets de chargement significatifs, on montre les capacités de l'AM à décrire qualitativement la forme prise par l'endommagement (position, orientation,morphologie des défauts),, ainsi que ses effets aux deux échelles (effets unilatéraux, couplages entre anisotropies initiale et induite, quantification des différentes contributions formant les déformations locales...). Enfin, les bases de futures extensions, comme la prise en compte du caractère viscoélastique de la matrice ou encore la transposition au cadre plus réaliste des transformations finies, sont posées.

  • Stratégie de codage conjoint de séquences vidéo basé bandelettes    - Wang Shan  -  27 mars 2008

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    Les travaux de cette thèse s'inscrivent à la fois dans le contexte de la compression d'images et dans celui des communications numériques. On sait que le traitement d'images couvre un grand nombre d'applications liées aux communications, telles que l'imagerie médicale et la télémédecine, la vidéoconférence, le cinéma, la télévision. Le système de transmission numérique permet de véhiculer l'information entre une source et un destinataire. Le support physique utilisé pour cette opération de transport n'étant pas toujours parfait, il est courant que, lors d'une transmission, l'information soit soumise à un certain nombre de perturbations, et qu'elle présente des erreurs en réception. En outre, d'autres erreurs peuvent être provoquées par le système de communication lui-même. Dans un souci de performance, beaucoup de systèmes de transmission d'images exploitent les défauts de la perception visuelle humaine. De plus, on exploite conjointement l'ensemble des éléments constituants la chaîne de transmission numérique pour rendre le schéma proposé robuste à la fois dans des conditions de transmission difficiles et pour des canaux bas débit. Pour cela, nous proposons d'utiliser la décomposition en ondelettes (DWT) dans le cadre de transmission sans fil de vidéos, ce qui diffère des standards actuels comme MPEG-4, H264, AVC, .... qui utilisent prioritairement les DCT. Cela permet plus de souplesse dans la hiérarchisation possible de l'information à coder. En effet, la qualité de service attendue à la réception d'un système de communication peut-être très variable suivant l'application et le type de réseaux. En plus de la compression spatiale, l'exploitation des similarités existantes entre des images successives par des techniques de GOP (Group of Pictures) et de compensation du mouvement (Vecteur Mouvement) permet d'augmenter le taux de compression. Pour donner plus de robustesse au système de codage, nous considérons des quantifications vectorielles à partir de dictionnaires construits à l'aide de cartes auto-organisatrice (algorithme SOM), dictionnaires qui pourront se superposer aux constellations de modulations d'amplitude en quadrature (MAQ). Le codage à longueur fixe qui en découle pénalise le taux de compression, mais préserve mieux les données en cas d'erreurs sur le canal.

  • Endommagement sous chargement cyclique avec temps de maintien de l'alliage de titane Ti-6242 : rôle de l'hydrogène interne    - Lefranc Pierre  -  10 avril 2008

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    Cette thèse vise à améliorer la compréhension du phénomène appelé " dwell-effect ", observé sur la plupart des alliages de titane, consistant en une chute de durée de vie en fatigue suite à l'introduction de temps de maintien à la charge maximale du cycle de fatigue. Cette étude a permis de montrer que ce phénomène résulte d'un amorçage plus précoce et d'une fissuration plus rapide sous chargement de fatigue-dwell. Les analyses menées sur les éprouvettes de fatigue et de fluage ont révélé que l'activation de glissements basal ou pyramidal peut être à l'origine d'un endommagement interne par formation de cavités. De plus, cette étude montre que l'hydrogène interne, dans la gamme de teneurs 30-300 ppm, a un effet bénéfique sur les durées de vie, sans pour autant modifier les mécanismes de déformation et d'endommagement. Pour une teneur inférieure à 150 ppm, cet effet bénéfique peut être expliqué par l'augmentation de la limite élastique avec la teneur en hydrogène ; au-delà de cette teneur, l'accroissement de la limite d'élasticité ne suffit plus à expliquer l'effet bénéfique de l'hydrogène sur les durées de vie en fatigue. Les différents essais de fissuration ont montré que l'augmentation de la vitesse de fissuration sous air sous chargement de fatigue-dwell est le résultat de la combinaison des effets néfastes de l'environnement et de l'hydrogène interne. Le rôle exact de l'hydrogène reste à préciser mais il pourrait être à l'origine de la formation de micro fissures dans les zones de forte triaxialité de contraintes. Des analyses par micro empreintes montrent que l'hydrogène passe de la phase b à la phase a au niveau des bandes de glissement, via les dislocations. Enfin, l'intégration des lois de fissuration permet de reproduire convenablement l'évolution de la longueur d'une entaille au cours d'essais de fatigue.

  • 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.

  • Visualisation et analyse du comportement hydrodynamique et thermique de l'écoulement du fluide dans un caloduc rainuré    - Jacolot Ronan  -  05 mai 2008

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    Le caloduc est un dispositif de transport à haute performance dont le principe de fonctionnement repose sur le transfert thermique par changement de phase d'un fluide. Son utilisation est devenue courante sur les satellites de télécommunication afin d'en assurer le contrôle thermique. La majorité d'entre eux se compose d'une structure capillaire interne réalisée par des rainures axiales. La modélisation thermique et hydraulique des caloducs rainurés pour application spatiale nécessite une connaissance accrue du comportement des écoulements dans les rainures. Ainsi, même si l'écoulement est normalement laminaire, une surface libre gouvernée par les forces de capillarité rend difficile la détermination du coefficient de frottement au sein de la rainure. Un banc expérimental permettant la visualisation de l'interface liquide-vapeur au sein de différents profilés de caloduc a donc été développé. Cette expérience, associée à un programme de traitement d'images permet de déterminer la hauteur de liquide et du rayon de courbure du ménisque. La comparaison des résultats obtenus en écoulement laminaire isotherme, avec des simulations numériques ont permis de mieux appréhender l'influence de la tension de surface sur l'écoulement liquide. Dans un second temps, des développements conséquents du banc ont permis de l'aménager pour assurer des visualisations des interfaces liquide-vapeur en conditions thermiques. Les premières exploitations ont révélés des éléments intéressants de caractérisation du comportement du fluide dans la zone évaporateur du caloduc.

  • Modélisation à l'échelle microscopique des transferts thermiques radiatifs en milieu poreux    - Roudani Cherkaoui  -  05 juin 2008

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    L'étude de la combustion de combustibles solides (pour la production d'énergie mais aussi pour l'incinération de déchets), pour l'optimisation en termes de rendement et de réduction des émissions d'espèces nocives demande la prise en considération de tous les phénomènes énergétiques à l'échelle microscopique. Dans cette optique nous présentons un travail qui porte sur la caractérisation de l'incidence des échanges radiatifs sur les propriétés de transfert thermique des milieux poreux. Un outil de simulation 3d à l'échelle de microscopique, basé sur une méthode de Monte Carlo, a été mis en place. Il a ensuite été appliqué à la simulation du transfert par conduction et rayonnement à partir d'un grain source de chaleur au coeur de milieux poreux, en explorant une plage étendue de microstructures et de paramètres opératoires. Les résultats montrent que les transferts radiatifs peuvent avoir une influence considérable dans le processus de smoldering. La prise en compte du rayonnement dans une description macroscopique peut se faire par le biais d'une conductivité radiative équivalente, pour laquelle une modélisation en fonction de la température locale et de propriétés géométriques du milieu poreux est proposée.

  • 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.

  • 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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