Les travaux présentés concernent l'étude d'écoulements hydrodynamiques en situations complexes : écoulements instables, en régime d'advection chaotique ou encore multiphasique. Les phénomènes de transport et de transfert associés à ces écoulements sont étudiés (couplages instabilité-changement de phase, diffusif-réactif). Les applications sont nombreuses et se trouvent dans le domaine du génie des procédés.<br />Les méthodes d'investigations sont essentiellement expérimentales, quelques développements numériques sont aussi présentés.<br />Le premier thème a trait à l'étude du comportement oscillatoire d'un jet fluide, plan, qui débouche dans une cavité contenant un obstacle. L'instabilité globale de l'écoulement conduit à son oscillation auto-entretenue. La dynamique du jet présente alors une fréquence caractéristique bien précise, dépendant principalement de paramètres géométriques, qui a permis d'envisager son utilisation comme débitmètre.<br />Le second thème abordé concerne l'étude de dispersions de particules flottantes en écoulement. Les deux projets présentés s'inscrivent dans le cadre plus général de l'étude de nouveaux fluides frigoporteurs diphasiques développés au LaTEP (les coulis de glace). Le premier projet se rapporte à une configuration académique : l'ascension d'une sphère de glace en colonne liquide. Les couplages dynamique (instabilités de sillage, trajectoires) et thermique (changement de phase) sont complexes, le régime d'écoulement évoluant à chaque instant. Le second projet de ce thème se rapporte à l'hydrodynamique d'une dispersion solide-liquide modèle en conduite cylindrique horizontale. Différents régimes d'écoulement non homogène ont été mis en évidence à partir de l'évolution spatio-temporelle du champ de vitesse, en fonction de la fraction solide de la phase dispersée. <br />Le troisième thème concerne l'étude du mélange obtenu en régime d'advection chaotique pour un écoulement laminaire. Plusieurs volets ont été développés autour de l'écoulement de Dean alterné tridimensionnel existant au sein de conduites courbes. Expérimentalement, il a été prouvé, par comparaison à un écoulement se développant dans un serpentin hélicoïdal, que les écoulements chaotiques sont plus efficaces en terme de mélange diffusif et réactif, donc jusqu'à une échelle moléculaire. Numériquement, une méthode originale basée sur la transformation de maillages anisotropes associés aux déplacements de scalaires advectés par l'écoulement a été mise au point. Elle permet l'évaluation, la comparaison et l'optimisation du mélange au sein d'écoulements 2D périodiques en temps ou 3D spatialement périodiques. Les efficacités d'écoulements régulier, partiellement chaotique et globalement chaotique sont analysées à partir de différents critères pour quantifier le mélange diffusif et réactif.<br />Aujourd'hui, de nouvelles applications du mélange chaotique sont considérées. Plus particulièrement, la production d'émulsions pétrolières à partir d'huiles lourdes très visqueuses est étudiée.

Ce travail présente un modèle de décharge permettant de prédire le comportement d'un isolateur pollué soumis à différents types de tensions. Ce modèle est basé sur des considérations énergétiques et utilise les caractéristiques physiques de l'arc ainsi qu'un circuit électrique équivalent. Un nouveau critère analytique de propagation de la décharge faisant intervenir l'impédance équivalente d'un circuit électrique simulant un isolateur pollué sur lequel une décharge s'est produite, est présenté. <br />Pour tenir compte de l'évolution du phénomène de propagation de la décharge dans le temps, un modèle dynamique autonome est développé. Ce modèle permet de calculer la tension de contournement des isolateurs et de décrire la dynamique de l'arc en tenant compte du changement de la résistance de l'arc, du profil de l'isolateur, de la constriction des lignes de courant au pied de la décharge, de la variation du rayon de l'arc, de la vitesse instantanée de propagation de la décharge et du type d'onde de tension appliquée (continue, biexponentielle ou alternative). <br />Les caractéristiques obtenues à partir du modèle sont conformes aux observations et mesures effectuées en laboratoire.

Dans un contexte actuel de diminution des pollutions sonores, et plus particulièrement des pollutions sonores introduites par le fonctionnement des machines électriques, nous avons développé durant cette thèse une méthode originale de réduction des vibrations dans les machines à réluctance variable. Des actionneurs piézoélectriques dimensionnés et placés de manière optimale sur la machine, et contrôlés à partir de la mesure de l'accélération vibratoire d'une ou plusieurs positions de celle-ci, permettent une diminution significative des vibrations. Durant cette thèse l'étude du dimensionnement et du placement de ces actionneurs, leurs contrôles optimaux ainsi que l'étude de l'applicabilité de la méthode de compensation ont été développés.

Ce manuscrit porte sur la génération, la mise en forme et la manipulation de vortex optiques, c'est à dire de faisceaux laser porteurs de singularités de phase les dotant d'un moment orbital angulaire. Nous les utilisons pour photoinduire des guides optiques dans des matériaux photoréfractifs tels que le niobate de lithium tout en s'attachant à la compréhension physique des interactions vortex/milieu photoréfractif. La mise en forme et la manipulation de vortex optiques s'inscrit ici dans la perspective de réalisation de systèmes guidants dans des matériaux massifs. Liés aux nouvelles technologies, ils pourraient permettre de traiter l'information via de nouveaux composants d'interconnections. Notre solution est basée sur le principe des solitons optiques spatiaux, faisceaux invariants en propagation qui peuvent être obtenus via une interaction non linéaire appropriée. Les solitons spatiaux photoréfractifs sont associés à une modification de l'indice de réfraction du matériau par effet Pockels qui induit un guide optique au sein du matériau ayant le même profil que le soliton. Nous utilisons ici un matériau qui a fait ses preuves dans le domaine de l'optoélectronique, le niobate de lithium (LiNbO3).<br /><br />Nous présentons d'abord les notions de base relatives aux solitons et les différents moyens permettant de les obtenir. Les vortex optiques et leurs applications sont également introduits. Plus précisément, le formalisme mathématique définissant les vortex et les méthodes pour les obtenir sont décrits. D'autre part, les différents mécanismes physiques intervenant dans la formation de solitons spatiaux dans les matériaux photoréfractifs sont détaillés. Un nouveau modèle numérique intégrant des variables auparavant négligées est proposé pour une meilleure compréhension du comportement du vortex dans le niobate de lithium dopé fer que les modèles numériques utilisés jusqu'alors. Nous mettons ensuite en évidence le bon accord entre ce nouveau modèle numérique et l'observation expérimentale de l'influence de l'anisotropie du cristal sur la propagation d'un vortex en milieu photoréfractif-photovoltaïque en fonction de paramètres tels que le moment orbital du vortex et les directions de propagation et de polarisation par rapport aux axes cristallographiques du LiNbO3. Enfin, les résultats obtenus dans le chapitre précédent sont mis à profit pour définir les conditions expérimentales optimales permettant d'obtenir un quasi-soliton noir en deux dimensions induisant une structure capable de guider et confiner la lumière dans le matériau. De plus les premiers résultats expérimentaux de structures guidantes plus complexes induites optiquement avec des vortex de charges multiples sont présentés.<br />Le nouveau modèle numérique développé dans le cadre de cette thèse peut-être utilisé afin d'étudier de façon plus approfondie la dynamique des mécanismes de dislocation de vortex optiques lié à la présence de singularités de phases multiples.

Aujourd'hui les décideurs se doivent de conduire leur système de production en ayant constamment à l'esprit, la satisfaction de toutes les performances, le coût, le délai mais aussi la qualité, la sécurité et l'environnement (QSE). L'objectif de cette thèse est de montrer l'intérêt de disposer de modèles de référence pour construire, piloter et évaluer un système de production en intégrant les exigences QSE imposées par les différentes normes. Il est donc nécessaire de s'appuyer sur un modèle de référence générique de management des systèmes de production dans lequel on va intégrer les domaines Qualité, Sécurité et environnement et sur un ensemble d'indicateurs spécifiques. Dans un premier temps, après avoir expliqué l'intérêt d'une approche intégrée, nous présenterons notre référentiel QSE, la démarche d'intégration suivie puis le modèle de référence obtenu basé sur la méthode GRAI. Enfin, les indicateurs de référence seront présentés afin de mesurer et piloter la performance QSE.

Cette thèse consiste en la définition d'une méthodologie de caractérisation et d'évaluation du niveau d'interopérabilité interentreprises, afin d'améliorer leur fonctionnement propre, ainsi qu'en la définition d'une méthodologie de gestion de l'évolution de ces entreprises, leur apportant ainsi un cadre pour la mise en place de projets successif ayant pour objectif l'amélioration du niveau d'interopérabilité. Ces méthodes s'appliquent à tous les niveaux, tant opérationnels que stratégiques, ainsi que pour tous types de collaboration que ce soit entre services d'une même entreprise ou entre plusieurs entreprises d'une chaîne logistique. Ces méthodes sont basées sur le fait que l'interopérabilité peut être vu comme une performance de l'entreprise. Ceci nous permet de caractériser et d'évaluer l'interopérabilité, notamment, grâce à l'utilisation de la théorie des graphes qui apporte un cadre formel, des outils mathématiques et une représentation graphique qui sont autant d'aides tant pour la conduite de l'étude que pour la communication avec les différents acteurs concernés.

Ce travail de thèse propose une approche dynamique pour les structures périodiques et l'application à la modélisation d'un pneumatique. Les propriétés statiques et dynamiques des matériaux constituants du pneu sont mesurées. Des modèles spécifiques d'homogénéisation sont aussi utilisés pour déterminer les caractéristiques équivalentes. Les fonctions de réponse en fréquence sont mesurées à plusieurs endroits sur le pneumatique dans les deux cas de force d'excitation : sur la bande de roulement et sur le flanc. La théorie dynamique utilisant la périodicité des structures est présentée. On propose une transformation en repère cartésien pour les structures ayant la périodicité dans un repère non-cartésien. L'utilisation de cette transformation dans le pneumatique assure les conditions de périodicité dans l'exploitation des matrices des cellules. Les mobilités à plusieurs points du pneu sont calculées et comparées avec les mesures. Ce travail permet d'une part l'étude dynamique d'un pneumatique à haute fréquence et d'autre part l'étude paramétrique de l'influence des propriétés de matériaux et de la pression interne dans le pneu.

La thèse présentée concerne l'étude de deux problématiques liées à l'extraction supercritique. Le premier objective a été de tester la capacité du procédé de la Détente Instantanée Contrôlée (DIC), appliquée en tant que technique de prétraitement, à l'efficacité de l'extraction par le CO2 supercritique grâce à la modification de la structure du matériel extrait. Le deuxième objective a été d'élaborer une méthode de mesure de la distribution des temps de séjour afin d'observer l'effet de la direction du flux moyen sur la distribution des temps de séjour dans un extracteur supercritique. L'extraction supercritique attire attention grâce aux avantages qu'elle possède en comparaison avec les méthodes d'extraction conventionnelles. Néanmoins, les applications de la technique à l'industrie sont souvent inhibées par les coûts d'investissement de l'installation de haute pression. Optimisation des paramètres de procédé peut baisser les coûts totaux. Le prétraitement du produit avant l'extraction est un des paramètres les plus importants qui influence la cinétique et le rendement de l'extraction. Dans cette étude, le procédé DIC a été testé en tant que technique de prétraitement. Les grains d'amarante, de soja et de café ont été traités par DIC et extraits par le CO2 supercritique. La structure du matériel a été étudiée par la microscopie électronique à balayage, la porosimétrie à mercure et la pycnométrie à hélium. Les données expérimentales ont été décrites par deux modèles: le modèle BIC basé sur l'extraction des cellules cassées et intactes, et le modèle « hot ball » basé sur la diffusion dans une sphère. L'effet le plus remarquable a été observé pour les grains de soja. Leur porosité a augmenté considérablement après le traitement par DIC et la vitesse de transfert interne de masse a augmenté six fois. La structure des grains d'amarante et de café n'a pas été modifiée par le traitement par DIC, et les résultats de l'extraction ne montrent aucune amélioration. La problématique de l'extraction de la caféine par rapport à la présence de l'eau a été discutée. Grâce à la viscosité cinématique basse, les fluides supercritiques inclinent plus à la convection naturelle, ce qui influence la cinétique et le rendement d'extraction. Plusieurs études sont accessibles concernant la dispersion axiale dans l'extracteur supercritique, évaluée à l'aide des mesures de la réponse à l'injection du traceur dans l'extracteur. Ces travaux étudient le système CO2 pure-traceur, mais ils observent pas la réponse pendant l'extraction proprement dite, ce qui est justement le cas où la convection naturelle peut se développer à cause des différences de densité. Le but de cette étude a été d'élaborer une méthode de mesure de la réponse à l'injection du traceur. L'acide benzoïque a été utilisé comme traceur. Plusieurs solutés ont été testés; le tetracosane a été choisi pour les expériences sous conditions subcritiques (12 MPa, 25ºC), la trilaurine pour les expériences supercritiques (12 MPa, 40ºC). L'extraction a été réalisée avec le solvant passant dans le sens de la pesanteur et aussi dans la direction opposite. Les résultats préliminaires montrent un effet significatif de la direction de flux de solvant sous conditions supercritiques. Par contre, cet effet n'a pas été observé sous conditions subcritiques. Les résultats obtenus doivent être encore vérifiés par une étude suivante.

L'objectif principal de la thèse a donc été d'étudier les architectures (topologie de réseaux, mode de distribution, fonctionnement des sources d'énergie, etc) de réseaux de distribution possibles et adaptés au problème de l'électrification rurale. Le chapitre I expose le contexte de l'électrification rurale en détaillant tout d'abord les enjeux de l'électrification rurale pour un développement économique durable puis les ressources énergétiques de ces pays ainsi que les différentes architectures de réseaux existant. Un cahier des charges général de l'étude est enfin défini. Le chapitre II décrit la méthode de dimensionnement développée afin de comparer le coût de différentes architectures et de choisir la mieux adaptée. Le chapitre III montre une méthode permettant de dimensionner les systèmes d'Electrification Rurale Décentralisée comportant des groupes électrogènes, des batteries et des éoliennes. Le chapitre IV décrit les résultats d'une étude de fiabilité qui a été réalisée sur les différentes solutions développées. Le chapitre V décrit le travail réalisé pour analyser le fonctionnement d'un centre de production constitué par un groupe électrogène et une éolienne.

L'objectif de cette thèse est le dimensionnement, l'optimisation et la commande de l'interfaçage électrique pour groupes électrogènes à base de pile à combustible (PAC) pour des applications transport et stationnaire. Cette thèse a d'abord sélectionné la structure la mieux adaptée pour des PAC de 100 kW en se focalisant sur les applications les plus prometteuses. Cette structure a été optimisée par un procédé combinant les algorithmes génétiques et une méthode déterministe. Les différents niveaux de contrôle de l'interface de puissance ont été ensuite conçus et analysés. Concernant le niveau intermédiaire, divers correcteurs ont été proposés pour chaque convertisseur. Ils sont testés et validés en simulation. Les correcteurs concernant l'onduleur de tension sont validés expérimentalement. Finalement, la thèse propose trois stratégies globales de gestion des flux énergétiques. Elles sont validées et comparées en simulation grâce à des données réelles issues d'applications choisies.