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Section 63 - Génie électrique, électronique, photonique et systèmes

Les thèses se rapportant à la section CNU "Section 63 - Génie électrique, électronique, photonique et systèmes"

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  • Contribution to numerical simulation of electrohydrodynamics flows: application to electro-convection and electro-thermo-convection between two parallel plates    - Wu Jian  -  17 septembre 2012

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    Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche pour la simulation numérique des phénomènes électroconvectifs et électro-therrno-convectifs. La principale difficulté réside dans la détermination du champ électrique et de la distribution de densité volurnique de charges électriques. Dans cette approche, des schémas de type TVD (Total Variation Dirninishing) et IDC (Improved Deferred Correction) sont utilisées dans la discrétisation des flux convectifs et diffusifs par la méthode des volumes finis. La première partie de cette thèse présente certains aspects numériques liés à l'implémentation de ces schémas. Une approche unifiée pour les schémas convectifs TVD de type borné à haute résolution est présentée et diverses fonctions limiteur sont comparées. Dans une deuxième partie, l'électro-convection entre deux plaques parallèles est simulée. La méthodologie a été évaluée et validée par la détermination des Critères de stabilité linéaire et non linéaire. Les différents scenarii d'évolution du développement de cette instabilité électroconvective vers l'état chaotique ont été définis. L'effet du mécanisme de diffusion la densité volumique de charge sur la boucle d'hystérésis et sur la structure de l'écoulement est étudié. L'influence du rapport d'aspect de la cavité est analysé. Enfin dans une dernière partie, nous étudions l'électro-thermo-convection lorsque le fluide est soumis simultanément à une injection unipolaire et à un gradient thermique. L'augmentation des transferts de chaleur a été caractérisée.

  • Modélisation dynamique des canaux MIMO pour les transports ferroviaires    - Hairoud Siham  -  02 juillet 2012

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    L'exploitation, le contrôle et la signalisation des systèmes de métros modernes et en particulier les métros sans conducteur, reposent sur deux familles de systèmes de communication radio sans fil : les transmissions vitales pour la signalisation et le contrôle des trains à faible débit et les transmissions non vitales très haut débit pour la vidéo surveillance embarquée, le télé-diagnostic, l'information des clients, etc. Lors de la mise en œuvre de tels systèmes de transmission, l'industriel doit donc garantir à l'exploitant de métro des performances concernant les débits et la qualité de la transmission en termes de perte de paquets d'information. Dès lors, appréhender le comportement du canal de propagation est un élément clé pour prédire et améliorer les performances des systèmes de transmission. L'objectif de ces travaux de thèse est double et concerne : • D'une part, la réduction des temps de calcul d'un simulateur de canal à tracé de rayons 3D qui prédit avec précision le comportement du canal de propagation, mais reste coûteux en temps de calculs pour les simulations dynamiques. Nous proposons dans cette thèse une méthode qui s'appuie sur trois critères de visibilité pour simplifier la description de la géométrie de l'environnement sans pénaliser la prédiction des paramètres caractéristiques du canal de propagation ; • D'autre part, la mise en œuvre d'un nouveau modèle de canal de propagation MIMO dynamique en tunnel rectiligne de section rectangulaire qui permettra d'optimiser des systèmes de transmission multi antennaires (MIMO) pour des applications de transmissions sans fil pour les métros en tunnel. Ce modèle s'inspire globalement du modèle de canal utilisé

  • Contribution au dimensionnement et à l'optimisation des systèmes hybrides éoliens-photovoltaïques avec batteries pour l'habitat résidentiel autonome    - Abbes Dhaker  -  20 juin 2012

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    Cette thèse est une contribution à l'étude des systèmes hybrides éoliens-photovoltaïques avec batteries sur plusieurs aspects : évaluation des sources, modélisation, simulation, optimisation du dimensionnement et enfin commande et supervision. Ainsi, dans un premier temps, une étude d'impact sur l'évaluation du potentiel en énergies renouvelables sur un site donné en prenant en compte la consommation dans un habitat résidentiel (période et méthode d'acquisition des données, techniques d'évaluation, ...) est présentée. Puis, les modèles énergétiques des différents composants du système ainsi que les aspects économiques et écologiques sont définis. L'ensemble est représenté à l'aide du logiciel Matlab/Simulink. Ensuite, une méthodologie d'optimisation du dimensionnement du système multi-sources est développée et comparée à plusieurs approches, allant d'une optimisation mono-objective à une multi-objective et évaluant le coût économique et écologique de chacune de ces solutions. Une solution « pratique » est retenue pour les composants PV, éolien et batteries du système final afin d'en évaluer la viabilité énergétique, économique et écologique. Les résultats montrent un impact environnemental faible et un coût raisonnable du point de vue économique ainsi qu'une satisfaction de la charge dans les limites tolérées par l'usager. La méthode développée de dimensionnement est comparée à un outil commercial existant. Enfin, un banc expérimental PV-éolien avec batteries est mis en oeuvre avec une nouvelle technique de supervision basée sur le contrôle des courants et l'estimation de l'état de charge des batteries.

  • Optimisation d'un réseau de capteurs par techniques MIMO coopératives : Smart Grid, télédétection    - Madi Ghadir  -  23 mars 2012

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    Dans les réseaux de capteurs, la réduction de la consommation d'énergie représente une contrainte très forte. L'enjeu de cette thèse est d'étudier l'application des nouvelles techniques MIMO dans le contexte de coopération pour les réseaux de capteurs afin de réduire la consommation d'énergie. Ces techniques sont basées sur les précodeurs max-dmin et P-OSM qui nécessitent la connaissance du canal à l'émission (Channel State Information ou CSI). Afin de rendre l'utilisation de la CSI réaliste, nous avons quantifié l'information de retour de ces précodeurs avec comme objectif de réduire l'information envoyée vers l'émetteur. Nous avons exploité certaines techniques de la littérature et proposé d'autres pour effectuer cette quantification. Plusieurs schémas coopératifs sont alors proposés pour la mise en place des précodeurs max-dmin et P-OSM avec un canal de retour quantifié. Les performances des systèmes proposés en termes de consommation d'énergie sont évaluées en les comparant avec le système coopératif de la littérature basé sur des codes spatio-temporels et en présence d'une erreur de synchronisation entre les capteurs. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'application des réseaux de capteurs dans les postes électriques haute tension (HT) dans le contexte du Smart-Grid. L'objectif est d'évaluer les performances des systèmes proposés en présence de bruit impulsionnel et dans un environnement réel d'un poste HT ay Québec. En utilisant une série de mesures de ce bruit effectuée par l'Ecole de technologie supérieure de Montréal, nous déterminons un modèle statistique du bruit impulsionnel. Nous proposons une extension de ce modèle afin d'utiliser des systèmes multi-antennaires.

  • Contributions à la caractérisation des filtres à électret par la mesure du déclin de potentiel de surface    - Tabti Belaid  -  14 décembre 2011

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    Les forces électrostatiques augmentent notablement l'efficacité de collecte des particules plus fines dans les filtres à électret. En dépit de nombreuses études réalisées jusqu'à présent, la caractérisation de l'état de charge des medias filtrants à électret et la stabilité de ces charges reste à approfondir. L'étude que nous avons effectuée est focalisée sur la formation d'électrets fibreux non tissés, afin d'améliorer les performances des filtres industriels. Son objectif est double : (1) évaluer la réponse de cette classe de matériaux diélectriques à un dépôt de charges générées par décharge couronne ; (2) appréhender les mécanismes complexes responsables d'affaiblissement de son état de charge. L'étude du processus de génération des charges électriques ainsi que le contrôle du dépôt de celles ci à la surface des diélectriques fibreux sont facilités par la réalisation d'un système d'électrode couronne de type "triode". La caractérisation de l'état de charge et la stabilité de l'électret est essentiellement basée sur la mesure du potentiel de surface, réalisée à l'aide d'une sonde à condensateur vibrant de Kelvin. Le suivi du déclin de potentiel de surface dans le temps est piloté par ordinateur, l'acquisition des données étant effectuée à l'aide d'un instrument virtuel (LabView). Les données expérimentales sont ensuite traitées et analysées à l'aide des routines développées dans l'environnement Matlab. Les essais ont été réalisés sur des échantillons en Polypropylène non-tissés, caractérisés par des différentes tailles et orientations des fibres. Ces caractéristiques intrinsèques des matériaux affectent sensiblement le niveau initial et la dynamique du potentiel de surface. La caractérisation du media filtrant à électret est réalisée pour plusieurs situations et conditions de formation d'électret fibreux non tissés, à savoir, le niveau et la polarité du potentiel de la grille par lequel le dépôt des charges est contrôlé, la température à laquelle l'échantillon est chauffé avant qu'il reçoit des charges générées par la décharge couronne et l'humidité relative à laquelle le dépôt des charges et le déclin du potentiel se déroulent. Nous avons constaté que le niveau initial de charge des médias fibreux est limité par des décharges électriques, dues à des intensifications locales du champ électrique. Les courbes de déclin de potentiel se distinguent de celles obtenues pour des surfaces continues telles que les films et les plaques polymères, malgré certaines similitudes, comme le phénomène de "cross-over". À température suffisamment élevée, le piégeage des charges en profondeur est plus stable, par contre l'humidité accroît déclin de potentiel de surface et la conduction de la charge vers l'électrode liée à la terre. Également, des dépôts successifs des charges électriques réduisent sensiblement le déclin de potentiel et augmentent la stabilité de l'état de charge des filtres à électrets.

  • Contribution à la modélisation numérique d'écoulements électro-fluido-dynamiques diphasiques tridimensionnels    - Laurentie Jean-Charles  -  12 décembre 2011

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    Les matériaux granulaires sont très divers : les farines, les grains dans l'agroalimentaire, le sable et les roches dans l'industrie minière, les déchets broyés dans l'industrie du recyclage, les poudres et granulés dans l'industrie chimique. Le stockage, le transport et le traitement de ces matériaux font apparaître des phénomènes électrostatiques liés à leur charge par effet triboélectrique. L'analyse de ces phénomènes requiert des modèles numériques prenant en compte les trois aspects (collisions interparticulaires, écoulement du fluide et échange de charges électriques) des écoulements granulaires. L'objectif de ce mémoire est donc la modélisation des écoulements diphasiques 3D, avec la prise en compte des phénomènes tribo-électrostatiques et des forces d'interaction entre le fluide et les particules. Dans la première phase du travail, nous avons utilisé un modèle d'éléments distincts (DEM) pour calculer la dynamique particulaire. Plusieurs études de lits vibrés y sont traitées. La deuxième partie présente un modèle original de charge électrostatique. Ce modèle permet d'étudier l'évolution de la charge des particules au cours du temps. La méthode utilisée pour réaliser le code diphasique par un couplage eulérien-lagrangien est exposée dans la troisième partie. Les études sur la fluidisation de particules qui y sont décrites ont abouties à des pistes intéressantes sur la formation des bulles. Pour finir, nous présentons les algorithmes utilisés pour les modélisations, ainsi que la méthode adoptée pour paralléliser le programme, permettant ainsi de représenter un grand nombre de particules afin de mieux simuler des situations d'intérêts industriels.

  • Conception d'un réseau de capteurs sans fil, faible consommation, dédié au diagnostic in-situ des performances des bâtiments en exploitation    - Dessales Denis  -  08 décembre 2011

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    Ce travail de thèse est le fruit d'une collaboration de recherche à travers une convention CIFRE entre le laboratoire XLIM-SIC de l'université de Poitiers et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) de Grenoble. L'objectif principal de cette thèse concerne la conception et l'optimisation énergétique d'un réseau de capteurs sans fil capable de mesurer in-situ, pendant plusieurs années, les performances énergétiques d'un bâtiment (luminosité, acoustique, température ...). Dans ce but, les travaux de recherche se sont principalement portés sur l'optimisation énergétique des communications sans fil du réseau à travers les couches basses du modèle OSI. Sachant que les performances de la couche physique impactent directement l'efficacité des autres couches, l'approche développée a consisté à modéliser de façon réaliste la chaîne de transmission numérique à partir du développement d'un modèle de canal qui tient compte de l'influence des personnes sur la qualité de transmission. Ensuite, à partir de cette modélisation de la couche physique et d'un modèle d'énergie existant, la qualité des liens radio a été évaluée de façon à trouver le meilleur compromis entre la robustesse et l'efficacité énergétique des transmissions radio. Pour étendre notre raisonnement à l'échelle d'un réseau, la suite des travaux s'est portée sur l'étude de la couche MAC. En raison de l'interdépendance des paramètres affectant la consommation, la méthode choisie a consisté à évaluer par une approche "cross-layer" les performances énergétiques de différents protocoles MAC, en prenant en compte l'impact des performances de la couche physique dans l'évaluation. Cette étude a ensuite permis...

  • Contribution à l'amélioration de la régulation de tension des générateurs synchrones : nouvelles structures d'excitation associées à des lois de commande H∞    - Barakat Abdallah Mouhammad  -  18 novembre 2011

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    Le travail de recherche présenté dans ce mémoire traite de façon originale l'amélioration de la régulation de tension des générateurs synchrones autonomes durant les régimes transitoires de la charge. La structure d'excitation et la loi de commande associée sont deux éléments principaux qui influencent le comportement dynamique des générateurs synchrones. Le système d'excitation industriel est souvent basé sur la structure d'excitation classique (brushless) associée à un régulateur de tension analogique ou numérique de type PID. En remplaçant le régulateur industriel par un régulateur numérique H∞, une amélioration remarquable dans les performances du système a été obtenue. De nouvelles structures d'excitation permettant de commander directement la roue polaire à travers un pont PD3 à thyristors ou un pont PD3 à diodes suivi d'un hacheur ont permis d'obtenir de meilleurs résultats dynamiques en termes de chutes/dépassements de tension et temps de réponse. Une comparaison des régulateurs H∞ monovariables et multivariables ont montré que la structure SISO était plus simple et presque aussi performante que la commande MISO.

  • Un modèle hybride statistique-déterministe du canal LMS en environnements complexes    - Li Xiang  -  17 décembre 2010

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    Ce travail de thèse concerne l'étude des canaux de propagation entre un satellite et un mobile terrestre se déplaçant dans des milieux contraints de type urbain dense, urbain et suburbain. L'objectif est de produire une modélisation efficace des comportements de signaux reçus, et en particulier les évanouissements rapides et lents. La méthode proposée est illustrée en bande L mais peut s'étendre directement à la bande S. Elle est basée sur une approche hybride associant un modèle déterministe basé sur une méthode à rayons et un modèle statistique. Le premier chapitre présente le contexte de cette thèse ainsi qu'un état de l'art des modèles existants. En dégageant leurs avantages et inconvénients respectifs, le principe d'une modélisation hybride est proposé. Le deuxième chapitre est consacré à identifier de façon performante une loi de probabilité permettant de décrire une donnée acquise. Les travaux sont basés sur les tests de Kolmogorov-Smirnov et de Kullback-Liebler avec des histogrammes optimaux construits à l'aide de critères d'information. Le cas de plusieurs lois candidates est étudié. Le troisième chapitre est composé de deux études complémentaires : la modélisation en zones LOS et NLOS avec différentes lois de probabilité. L'étude a été basée sur des simulations déterministes dans des environnements de l'agglomération de Toulouse. Globalement, l'approche consiste à proposer un paramétrage dynamique des modèles statistiques évoluant selon les spécificités du milieu de réception du mobile terrestre et de la position du satellite. Dans le quatrième chapitre, les performances de la méthode proposée sont évaluées en termes de précision et de temps de calcul par rapport à des techniques déterministes. Pour la précision, la référence est fournie par un calcul purement déterministe, des mesures n'ayant pas été disponibles durant la thèse. Une extension de l'approche est proposée pour le cas de satellites défilants pouvant contribuer à une simulation dynamique du canal de propagation.

  • Etude de la propagation des ondes électromagnétiques dans les tunnels courbes de section non droite pour des applications métro et ferroviaire    - Masson Emilie  -  13 décembre 2010

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    Le travail de thèse porte sur la conception et le développement d'une technique de modélisation de la propagation d'ondes radioélectriques dans des tunnels non rectilignes de section non droite rencontrés en milieu ferroviaire. Les solutions développées sous forme de modules appelés "plugin" , ont été ajoutées au noyau de l'outil de modélisation de la propagation d'ondes, RaP-Sor, issu des recherches menées par le laboratoire XLIM-SIC de l'Université de Poitiers. Dans ce travail, nous avons montré que les techniques classiques mises en oeuvre afin de modéliser la propagation des ondes en tunnel rectiligne infini de section rectangulaire, ne peuvent pas être transposées au cas des tunnels courbes de section courbe. Après avoir rappelé les différentes méthodes disponibles, nous avons testé une technique de facettisation de la section courbe d'un tunnel rectiligne avec le tracé de rayons existant dans RaP-Sor, puis avec un lancer de rayons développé et implémenté au cours de la thèse. Les limites de cette technique de facettisation ont été mises en évidence. La deuxième partie du travail représente le coeur du travail de thèse. Nous avons développé une méthode qui se fonde sur une représentation analytique spécifique des surfaces courbes associée à un lancer de rayons et une optimisation originale des trajets reçus. La répartition uniforme des rayons lancés à l'émission repose sur l'utilisation de séquences quasi-aléatoires de Hammersley. Une sphère adaptative est utilisée à la réception. L'optimisation des rayons reçus est réalisée avec la technique de minimisation de Levenberg-Marquardt. Il s'agit de minimiser la distance totale des trajets afin d'approcher les trajets réels au sens de l'Optique Géométrique. L'ensemble des méthodes développées ont été testées et validées par comparaisons avec des résultats de la littérature mais aussi avec des résultats de mesures réalisées par le LEOST et ALSTOM-TIS.

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