Nous proposons d'exploiter la convection thermomagnétique, phénomène caractéristique des Ferro fluides, pour améliorer les transferts de chaleur dans les transformateurs. Les équations régissant le système se composent des équations de Navier-Stokes dans l'approximation de Boussinesq, de l'équation de la conservation de l'énergie et des équations de la magnétostatique. Les simulations sont menées avec notre code de recherche parallélisé SFEMaNS (Spectral/Finite Element for Maxwell and Navier-Stokes) pour des géométries axisymétriques, utilisant une décomposition spectrale dans la direction azimutale et des éléments finis de Lagrange dans le plan méridien. Afin de résoudre ce problème spécifique, divers développements sont apportés à SFEMaNS, tels que l'implémentation des forces magnétiques de Kelvin et de Helmholtz. Le code est d'abord appliqué au refroidissement d'un solénoïde dans une cuve cylindrique contenant de l'huile de transformateur ou un ferrofluide à base d'huile de transformateur. Les résultats montrent que l'utilisation du ferrofluide diminue la température maximale du système grâce à la convection thermomagnétique et au changement des propriétés thermophysiques du fluide. L'influence de différents paramètres (fraction volumique de nanoparticules, présence d'un cœur ferromagnétique, propriétés magnétiques des nanoparticules) est étudiée. En particulier, les simulations confirment l'intérêt des nanoparticules magnétiques à faible température de Curie. Nous montrons également sur cet exemple que deux densités de force magnétique égales à un gradient près, telles que les forces de Kelvin et de Helmholtz, donnent le même écoulement. Un bon accord qualitatif est trouvé entre les résultats numériques et expérimentaux utilisant de l'huile de transformateur ou du ferrofluide. Le code est ensuite appliqué au refroidissement d'un système proche d'un transformateur de 40 kVA (20 kV/400 V). Les résultats montrent à nouveau une réduction de la température maximale grâce au ferrofluide. / We propose to make use of thermomagnetic convection, a characteristic phenomenon of ferrofluids, to improve heat transfer in transformers. The governing equations consist in the Navier-Stokes equations under the Boussinesq approximation, the energy conservation equation and the magnetostatics equations. The simulations are performed with the in-house parallel code SFEMaNS (Spectral/Finite Element for Maxwell and Navier-Stokes) for axisymmetric geometries, using a spectral decomposition in the azimuthal direction and Lagrange finite elements in the meridian plane. In order to solve this specific problem, various developments are brought to SFEMaNS, such as the implementation of the Kelvin and Helmholtz magnetic forces. The code is first applied to the cooling of a coil in a cylindrical tank containing either transformer oil or transformer oil-based ferrofluid. The results show that the use of the ferrofluid reduces the maximum temperature in the system due to thermomagnetic convection and the change of the fluid thermophysical properties. The influence of different parameters (volume fraction of nanoparticles, presence of a ferromagnetic core, nanoparticle magnetic properties) is investigated. In particular, the simulations confirm the benefit of magnetic nanoparticles with a low Curie temperature. We also show on this example that two magnetic body forces equal up to a gradient, such as the Kelvin and Helmholtz forces, give the same flow. A good qualitative agreement is found between the numerical and experimental results using transformer oil or ferrofluid. The code is then applied to the cooling of an electromagnetic system close to a 40 kVA (20 kV/400 V) transformer. The results show again a reduction of the maximum temperature when using ferrofluid.

Les performances des systèmes de sondage radar sont liées à leur capacité de pénétration dans les matériaux géologiques qui constituent les sites observés. Notre thématique de recherche consiste à étudier expérimentalement les propriétés géo-électrique du sous-sol martien et à modéliser l'écho radar rétro-diffusé afin, de quantifier les capacités des futurs radars sondeurs basse fréquence (de 1 à 20 MHz) à détecter la présence de possibles réservoirs d'eau situés à quelques centaines de mètres de profondeur dans le sous-sol de Mars. Ce sont principalement les propriétés électromagnétiques des roches (permittivité électrique et perméabilité magnétique) qui contrôlent la profondeur de pénétration et l'identification de zones humides. Ainsi, la connaissance des propriétés géo-électriques et de la stratigraphie de la sub-surface de Mars est nécessaire pour modéliser et interpréter les données issues des futurs radars d'exploration martienne. Dans la première partie de notre travail nous avons effectué des mesures de permittivité électrique et de perméabilité magnétique des échantillons représentatifs des couches géologiques constituant le modèle général du sous-sol martien. Cette première étape nous a permis d'établir un profil diélectrique général de la sub-surface de Mars à 2 MHz, que nous avons ensuite utilisé pour évaluer les profondeurs de pénétration et les atténuations dans le signal radar rétro-diffusé. Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons construit quatre modèles géologiques et géo-électriques correspondent à des contextes locaux représentant un intérêt particulier pour la recherche de lentilles d'eau dans la proche sub-surface de Mars. Ces sites pourrant constituer des cibles d'atterrissages potentiels pour les GPR de la mission Netlander. Enfin, nous avons utilisé un code FDTD pour simuler le signal radar rétro-diffusé à 2 MHz pour chacun de ces sites, en considérant les paramètres instrumentaux des GPR de la mission Netlander.

La stimulation électrique fonctionnelle (SEF) a le potentiel de fournir une amélioration active aux blessés médullaires en termes de mobilité, de stabilité et de prévention des effets secondaires.Dans le domaine des système SEF pour les membres inférieurs, le couple articulaire adéquat doit être fournie de façon appropriée pour effectuer le mouvement prévu et maintenir l'équilibre postural. Toutefois, les changements d'état du muscle tels que la fatigue musculaire est une cause majeure qui dégrade ses performances. En outre, la plupart des patients, dont la blessure médullaire est complète, n'ont pas le retour sensorielle qui permet de détecter la fatigue et les capteurs de couples in-vivo ne sont pas disponible à l'heure actuelle. Les systèmes conventionnels de commande SEF sont soit en boucle ouverte ou pas assez robustes aux changements d'état du muscle. L'objectif de cette thèse est le développement de la prédiction du couple articulaire et la commande en boucle fermée afin d'améliorer les performances de la commande SEF en termes de précision, de robustesse et de sécurité pour les patients.Afin de prédire le couple articulaire induit de la SEF, l'électromyographie (EMG) induit est utilisé pour corréler l'activité musculaire électrique et mécanique. Bien que la fatigue musculaire représente une variation dans le temps, une dépendance aux sujets et aux protocoles, la méthode proposée d'identification adaptative, basée sur le filtre de Kalman, est capable de prédire le couple articulaire variant dans le temps de manière systématique. La robustesse de la prédiction du couple articulaire a été évaluée lors d'une tâche de suivi de la fatigue en expérimentation chez des sujets blessés médulaires.Les résultats montrent une bonne performance de suivi des variations d'état des muscles en présence de fatigue et face à d'autres perturbations. Basé sur les performances de précision de la méthode prédictive proposée, une nouvelle stratégie de commande basée sur le retour EMG, «EMG-Feedback Predictive Control» (EFPC), est proposée afin de contrôler de manière adaptative les séquences de stimulation en compensant la variation dans le temps de l'état du muscle. De plus, cette stratégie de commande permet explicitement d'éviter d'appliquer une stimulation excessive aux patients, et de générer les séquences de stimulation appropriées pour obtenir la trajectoire désirée des couples articulaires. / Functional electrical stimulation (FES) has the potential to provide active improvement to spinal cord injured (SCI) patients in terms of mobility, stability and side-effect prevention. In the domain of lower limb FES system, elicited muscle force must be provided appropriately to perform intended movement and the torque generation by FES should be accurate not to lose the posture balance. However, muscle state changes such as muscle fatigue is a major cause which degrades its performance. In addition, most of the complete SCI patients don't have sensory feedback to detect the fatigue and in-vivo joint torque sensor is not available yet. Conventional FES control systems are either in open-loop or not robust to muscle state changes. This thesis aims at a development of joint torque prediction and feedback control in order to enhance the FES performance in terms of accuracy, robustness, and safety to the patients.In order to predict FES-induced joint torque, evoked-Electromyography (eEMG) has been applied to correlate muscle electrical activity and mechanical activity. Although muscle fatigue represents time-variant, subject-specific and protocol-specific characteristics, the proposed Kalman filter-based adaptive identification was able to predict the time-variant torque systematically. The robustness of the torque prediction has been investigated in a fatigue tracking task in experiment with SCI subjects. The results demonstrated good tracking performance for muscle variations and against some disturbances.Based on accurate predictive performance of the proposed method, a new control strategy, EMG-Feedback Predictive Control (EFPC), was proposed to adaptively control stimulation pattern compensating to time-varying muscle state changes. In addition, this control strategy was able to explicitly avoid overstimulation to the patients, and conveniently generate appropriate stimulation pattern for desired torque trajectory.

La technique d'intégration des systèmes éoliens verticaux (VAWT) au service des logements individuels, collectifs et tertiaires est une approche intéressante pour les acteurs de la maitrise d'énergie pour promouvoir une utilisation rationnelle de l'énergie. Le choix de l'implantation d'une éolienne en milieu urbain est déterminé par la hauteur des bâtiments, la vitesse du vent et l'intensité de turbulence du site. Les conditions de vents sévères à faible altitude sont favorables à une implantation de VAWT. Dans certaines villes, la hauteur moyenne des bâtiments est relativement faible et ceci fait qu'en ces lieux, les VAWTs sont appréciables par rapport aux HAWTs. La mécanique des fluides numériques (CFD) est mise en œuvre pour modéliser les écoulements d'air au travers d'éoliennes et des bâtiments. Un problème CFD modélisé avec un modèle de turbulence approprié donneront des résultats de simulations qui s'approcheront des réalités physiques et des résultats de l'expérimentation. Dans cette étude, les modèles standard k-" et SST k-! ont été utilisés. Après analyse des possibilités d'intégration d'une VAWT, la toiture reste la zone d'intégration la plus intéressante. En plus de l'étude aérodynamique, nous avons entamé une modélisation électrique de la chaîne de conversion de l'éolienne en utilisant le logiciel Matlab/Simulink. Le travail a été effectué dans le but de déterminer la puissance électrique susceptible d'être produite par l'éolienne. Pour finaliser cette étude, un modèle de couplage électrique de VAWTs avec un bâtiment considéré comme un modèle de charge est présenté. / The building integration of the vertical axis wind turbine (VAWT) to supply the individual, collective and tertiary residences consumption is an interesting approach that can help architects and the actors of the energy control to promote a rational use of renewable energy in the in homes. The choice of the location of the urban wind turbine type is determined by building height, wind speed and turbulence intensity of the site. The severe conditions of wind at low altitude are favorable for a VAWT installation. In some cities, the average buildings height is low, in these places, the VAWTs must be appreciable compared to the HAWTs. The modelling of the air flow through the wind turbine and the couple building-wind turbine involves the computation fluid dynamics (CFD). A problem modeled with a suitable turbulence model will give results that approach the physical reality and the experiment results. In this study, the standard k-" and SST k-! models were used. After analyzing the possibilities of VAWT integration, the roof is the most interesting integration area. In addition to CFD method, we have started to study the electrical model of the VAWT. The work was conducted to determine the electrical power generated by the wind turbine using Matlab/Simulink software. To complete the study, a VAWT model coupled with a building where the building is considered as a consumption model is presented.