Plusieurs systèmes et infrastructures stratégiques sont affectés ou cessent de fonctionner pendant les périodes hivernales accompagnées de givrage atmosphérique. Une des méthodes couramment utilisées pour diminuer les charges de glace ou de neige est l'utilisation des produits chimiques pour abaisser le point de congélation. Cependant, ces produits doivent être appliqués pendant le givrage ou juste avant l'accumulation de la glace, ce qui est difficile en pratique. De plus, ces produits sont nocifs pour l'environnement. C'est ainsi que de nouvelles méthodes, plus efficaces et moins nocives, sont nécessaires. Une solution idéale serait de recouvrir les structures exposées de revêtements capables de réduire ou de neutraliser l'adhésion de neige ou glace aux surfaces exposées. Une surface caractérisée par un angle de contact de 150° ou plus avec les gouttelettes d'eau déposées est dite superhydrophobe. Pour obtenir une telle surface, une des solutions suggérées est la création de surfaces nanostructurées avec faible énergie de surface. De telles surfaces hydrophobes ont de nombreuses applications si elles sont durables et n'ont pas d'effets nocifs sur l'environnement. Dans cette étude, des surfaces superhydrophobes nanostructurées ont été obtenues par le recouvrement de surfaces d'aluminium ou de cuivre avec des nanoparticules métalliques. Trois colloïdes différents de nanoparticules d'argent et deux colloïdes de nanoparticules de cuivre ont été synthétisés par des méthodes de réduction chimique (chemical reduction). Il s'est avéré que les particules d'argent sont assez stables pour cette application par rapport particules de cuivre qui ne le sont pas suffisamment. Indépendamment du type de nanoparticules, des surfaces hydrophobes n'ont pas pu être réalisées avec une seule couche. En ajoutant une deuxième couche, tous les types de nanoparticules ont formé un revêtement avec d'excellentes propriétés hydrophobes, mais avec des angles de contact différents. En raison des formes similaires des nanoparticules, cette différence entre les angles de contact pourrait dépendre de la dimension de ces particules. En effet, les particules avec une taille moyenne de -263 nanometres présentent les angles de contact les plus élevés, tandis que celles avec une taille moyenne de ~195 ou de -360 nanometres présentent des valeurs plus basses. Le comportement des revêtements superhydrophobes élaborés a été étudié dans des conditions de givrage atmosphérique. Sur une surface d'aluminium protégée par un revêtement de deux couches de particules de 263 nanometres, l'adhérence de glace a été réduite jusqu'à 8.1 fois. Cette réduction de l'adhérence était de 4 fois dans le cas de substrats à base de cuivre dans les mêmes conditions. Les échantillons à base de cuivre nanostructurés ont pu garder leurs propriétés giaciophobes même après cinq essais de déglaçage.

Le développement des produits à base de polysaccharides issus de microalgues implique une étude poussée des voies biotechnologiques de culture. Afin d'optimiser ces nouveaux produits dès la formation des microalgues, un nouveau système de contrôle non-destructif en ligne et sans contact a été développé dans le cadre de cette thèse. Il s'appuie sur la mesure par induction des propriétés diélectriques (conductivité et permittivité) dans le domaine des radiofréquences (1-400MHz). Ce document montre, qu'à l'échelle d'investigation correspondante, il est possible de suivre aussi bien l'évolution du milieu de culture que la formation d'exopolymères via la mesure de la permittivité complexe de ces matériaux. La preuve de concept a nécessité la mise au point d'un circuit résonant bas coût particulièrement sensible, utilisé en émission-réception, et la résolution théorique et expérimentale d'un problème inverse adapté aux champs proches. Ce système implanté dans un photobioréacteur prototype a permis d'extraire l'évolution de grandeurs caractéristiques propres au suivi de culture de microalgues. Cette thèse s'inscrit dans un projet collaboratif plus large de valorisation d'actifs issus de microalgues avec les sociétés Phycosource, Pronovalg, Bio-EC, et LVMH dans le cadre d'un FUI. / The development of products based on polysaccharides from microalgae involves extensive study of biotechnological ways of cultivation. In order to optimize these new products, from the formation of microalgae, a new non-destructive testing system online and without contact has been developed as part of this thesis. It is based on the measurement by induction of dielectric properties (permittivity and conductivity) in the field of radio frequency (1-400MHz). This document shows that inside the corresponding scale of investigation, it is possible to follow both the evolution of the culture medium and the exopolymer formation, via the measurement of complex permittivity of these materials. The proof of concept, required the development of a resonant low cost system particularly sensitive, used as a transceiver, and theoretical and experimental solution of an inverse problem in near fields. This system that operates in a photobioreactor prototype, was used to extract the evolution of characteristics variables of microalgae cultivation. This thesis is part of a larger collaborative project valuation of assets derived from microalgae with Phycosource companies Pronovalg, Bio-EC, and LVMH as part of a FUI.

The optimized design of outdoor insulators that consider heavy icing and pollution conditions is a significant concern for the reliability of power networks. Based on field observations, the probability of flashover of EHV post insulators is higher than line insulators under the same heavy icing conditions. The flashover along the insulators is caused mainly by the presence of a water film on the ice surfaces (melting period) and partial arcs in ice-free zones (air gaps). One of the mitigation options is the use of booster sheds (BSs) to create air gaps along the iced insulator. A booster shed (BS) is a flexible c-shape device made of highquality insulating materials. Since BSs are easy to use, they seem to be simpler alternatives to upgrading insulators to those designed for cold climate regions. Despite the promising results of BS applications, still an important work must be achieved to propose optimized design of BS configurations. This project aims to provide a generic design approach to the use of BSs by optimizing their main parameters (number, diameter, inclination angle, position, and permittivity) on post insulators under heavy icing conditions. This approach is based on analyzing previous BS tests in CEGELE, an improved hypothesis of BS effects, numerical analysis using commercial software (e.g. Comsol Multiphysics?, Matlab, and Minitab), geometric modeling of ice-covered post insulator with BSs, and finally experimental validation tests. The improved hypothesis states that the major effect of BSs is the creation of air gaps and their minor effect is the increase in dry arcing distance. Moreover, among total length of the air gaps, dry arcing distance, and total ice-free leakage distance (IFLDtot), the IFLDtot is a good indicator to quantify the BS effects on standard post insulators. Simulation analyses of BS configurations during the melting period demonstrate that the optimized relative permittivity of BS is an arbitrary value in its feasible variation range (2-15). The proper positions of BSs close to the HV electrode should be determined based on the probability of electrical breakdown. In contrast, the positions close to the ground electrode are determined based on ice-bridging effect. The geometric model and Taguchi method analysis show that the optimized value of BS inclination angle is equal to the upper shed angle of the insulator. Also, it indicates that generally the maximum feasible values for diameter and number of BSs are the best options. The feasibility in this regard, depends mainly on the minimum required distances between BSs as well as the mechanical forces of heavy ice and strong wind that may deform BSs. PVC sheet was deemed an effective solution for fabricating BS prototypes to perform the final validation tests. The experimental tests completely confirmed the improved hypothesis, the effectiveness of the geometric model, and the simulation analysis. La conception optimisée des isolateurs externes sous des conditions sévères de givrage et de pollution est une préoccupation importante, surtout pour la fiabilité des réseaux électriques dans les régions au climat froid. Basée sur la pratique des transporteurs d'énergie électriques, la probabilité de contournement des isolateurs de poste THT est plus élevée que celle des isolateurs de ligne dans les mêmes conditions de givrage. Le contournement le long des isolateurs est essentiellement dû à la présence d'un film d'eau sur les surfaces de glace (période de fonte) et d'arcs partiels le long de zones sans glace (intervalles d'air). L'une des alternatives pour diminuer la probabilité de contournement des isolateurs recouverts de glace est l'utilisation des jupes auxiliaires (JAs), ce qui permet de créer de plus grands intervalles d'air le long des isolateurs. Une jupe auxiliaire (JA) est un dispositif en forme de C flexible fabriqué à partir de bons isolants. En plus d'être faciles à utiliser, les JAs semblent être une alternative relativement simple, puisqu'elles permettent d'éviter de concevoir des isolateurs spéciaux pour les régions froides. Même si les résultats des applications de JA sont prometteurs, il y a encore un important travail à faire pour proposer une conception optimisée de leur configuration. Ce projet vise à optimiser les paramètres principaux ( nombre, diamètre, l'angle d'inclinaison, la position et la permittivité) des jupes auxiliaires pour fin de leur utilisation sur les isolateurs de poste sous des conditions sévères de givrage. Cette approche est basée sur plusieurs éléments tels que l'analyse des tests précédents des JAs à la CEGELE, une hypothèse améliorée des effets des JAs, des analyses numériques utilisant des logiciels commerciaux tels que Comsol, MATLAB, et Minitab, ainsi que la modélisation géométrique de l'isolateur glacé avec JAs et sur des tests de validation expérimentaux. Selon l'hypothèse améliorée, l'effet majeur de JAs est la création d'intervalles d'air et leur effet mineur est l'augmentation de la distance de l'arc. De plus, parmi la longueur totale des intervalles d'air, la distance d'arc et la distance totale de fuite dans les intervalles libres de glace (IFLDtot), le IFLDtot est un bon indicateur pour quantifier les effets des JAs sur des isolateurs de poste standard. Les analyses de simulation de configurations des JAs en période de fonte montrent que la permittivité relative optimisée d'une JA est une valeur arbitraire dans sa gamme de variation possible (2-15). Les positions appropriées des JAs proches de l'électrode de haute tension devraient être déterminées à partir de la probabilité de décharge électrique. Par ailleurs, les positions proches de l'électrode reliée à la masse sont déterminées à partir de l'effet de pontage de la glace. Le modèle géométrique et la méthode Taguchi montrent que la valeur optimale de l'angle d'inclinaison des JAs est égale à l'angle de la jupe supérieure de l'isolateur. Ceci indique aussi que les valeurs réalisables maximales pour le diamètre et le nombre de JAs sont généralement les meilleures options. La faisabilité à cet égard, dépend principalement des distances minimales requises entre les JAs, ainsi que des forces mécaniques de la glace et du vent qui peut déformer les JAs. La feuille de PVC a été considérée comme une solution efficace pour fabriquer des prototypes de JA afin d'effectuer les tests de validation finale. Il s'est avéré que les tests ont complètement confirmé l'hypothèse améliorée, l'efficacité du modèle géométrique et les analyses de simulation.

Dans ce mémoire nous étudions le processus d'intégration d'éoliennes à des réseaux électriques isolés utilisant des génératrices diesel en conditions de climat froid, en se basant sur le cas de la base scientifique antarctique argentine Jubany. Le but du mémoire est de développer une procédure de conception selon les méthodologies, recommandations et expériences actuelles des organismes de normalisation et de l'industrie, pour implanter un système hybride éolien-diesel opérant dans le climat froid de Jubany dans des conditions optimales d'efficacité et durabilité. La conception du système est faite jusqu'à un niveau architectural afin d'illustrer la disposition et les spécifications techniques générales des principaux équipements. La méthode suivie est d'utiliser la série des spécifications techniques TS 62257 de PIEC (la Commission électrotechnique internationale), ensemble de documents pour concevoir et implanter des systèmes hybrides, comme une procédure de conception de base, d'ajouter à cette procédure la prise en compte des effets du froid sur le système, tels que décrits dans les documents sur l'exploitation de l'énergie éolienne en climats froids de PIEA (l'Agence internationale d'énergie). Cette méthodologie est enrichie par l'analyse d'autres installations hybrides éolien-diesel en climat arctique/antarctique utilisées comme sources d'énergie. Les architectures proposées sont modélisées dans le logiciel Homer afin d'évaluer la production d'énergie et la diminution possible de consommation de carburant. Nous concluons que la série de normes TS 62257 est une procédure adéquate pour évaluer les conditions d'implantation du projet et réaliser de façon normalisée les premières étapes de conception, toujours en considérant les effets du froid sur le système. Pour le cas de Jubany, nous avons évalué l'état actuel des conditions climatiques (vitesses de vent, températures) et le système électrique en activité pour proposer des recommandations pour l'installation du système hybride éolien-diesel. - The present work studies the process of coupling wind turbines with local isolated diesel generator to provide electricity to remote power grids in a cold climate. Different scenarios of wind penetration are evaluated and the methodology is applied to a specific site, the scientific Antarctic Argentinean base "Jubany". The goal of the thesis is to develop a design procedure in agreement to the most recent methodologies, recommendations and experiences of the standardization organisations and of the industry to successfully implement an effective and sustainable wind-diesel hybrid system operating in the cold climate at Jubany. The system design is made up to an architectural level, showing the layout and general technical specifications of the major equipments. The method follows the technical specifications TS 62257 of the IEC, the International Electrotechnical Commission, which is a set of recommendations to design and implement hybrid systems. This norm has been used as a basic design procedure, to which have been added specific aspects of the cold climate effects, as described in documents of the IEA, the International Energy Agency. Other examples of hybrid winddiesel facilities in Arctic/Antarctic climate, either operational or proposed, have been analyzed as a source of technological ideas to make design proposals for the hybrid system at Jubany. The proposed architectures are simulated with Homer software to assess their energy production, cost of energy and fuel savings. It is concluded that the norm TS 62257 is a good basic procedure to organise and evaluate the input information and complete the first steps of design in a standardized way, even considering the effects of the cold climate on the system. For the Jubany case, conclusions are presented regarding the current state of information of the climate (wind, cold) and of the electrical system in operation and recommendations are made to prepare the installation of the hybrid wind-diesel system.

L'objectif principal de cette recherche était d'étudier la variation du taux d'accumulation de pollution sur les isolateurs en fonction de la vitesse du vent sous des conditions hivernales. En particulier, cette recherche visait à accroître la connaissance du processus d'accumulation de pollution sur les isolateurs de haute tension durant l'hiver. Comme il n'existait pas encore de méthodes préétablies pour simuler l'accumulation de pollution hivernale sur les isolateurs, la réalisation de cette étude a nécessité le développement de nouvelles méthodes de simulation. Parmi les trois (3) catégories de méthodes de simulation connues, les développements d'une méthode de simulation numérique par ordinateur et d'une méthode d'accumulation artificielle en laboratoire furent retenus. Le modèle développé pour la simulation numérique par ordinateur est une adaptation d'un modèle en 2D d'accumulation de glace sur un câble. En tenant compte de certaines restrictions, il a été démontré que cette adaptation constituait une bonne approche à la modélisation de l'accumulation de pollution sous des conditions hivernales. Ainsi, les simulations numériques réalisées en utilisant ce modèle ont permis de mettre en évidence la forte corrélation positive entre le taux journalier d'accumulation de pollution hivernale et la vitesse du vent. Les résultats des simulations numériques ont permis aussi de trouver que la relation entre ces deux (2) variables est régie par une loi de puissance selon l'expression ESDD = aVb, où a et b sont des paramètres dont les valeurs sont conditionnées par la forme de l'isolateur, la taille des particules de pollution et la quantité totale de particules en suspension dans l'air. Toutefois, la relation obtenue était différente de la fonction cubique, caractéristique de la pollution marine, compte tenu de la valeur de b trouvée. Et, à l'issue de la comparaison des résultats numériques avec ceux obtenus sur le terrain, il a été possible de valider partiellement le modèle numérique, en se limitant à des vitesses de vent qui n'excèdent pas 5 m/s associées à des particules de pollution de 20um de diamètre volumique médian (MVD) et de quantité totale de particules en suspension (TSP) égale à 30 ug/m3. Pour l'accumulation artificielle en laboratoire, le développement du modèle expérimental était basé sur l'adaptation de la méthode de contamination « Dry-Mixing ». La réalisation du montage a nécessité la conception spéciale d'un générateur de pollution, composé d'un générateur d'aérosol solide et d'un système de gicleurs, afin de produire un mélange sec externe de polluants solides (poudre de kaolin), et de gouttelettes surfondues de saumure atomisée. Un écoulement d'air, produit par un ventilateur à vitesses variables à l'intérieur d'un tunnel de vent réfrigéré à circuit fermé ou ouvert, transportait les particules de pollution ainsi formées et les déposait à la surface d'un isolateur de test sous tension ou non, lequel a été installé à une distance spécifique de la buse du générateur de pollution. Des essais de contamination ont pu être effectués par la suite dans la soufflerie réfrigérée ainsi qu'à l'intérieur de la chambre climatique de la CIGELE. Les expériences en absence de source de tension se sont déroulées à la fois dans la soufflerie réfrigérée et dans la chambre climatique. Quant aux expériences en présence de source de haute tension AC, celles-ci se sont déroulées exclusivement dans la chambre climatique. Les résultats expérimentaux obtenus nous ont permis d'étudier les effets du vent sur le taux d'accumulation de pollution sous des conditions hivernales ainsi que d'analyser l'influence de la haute tension AC sur le processus d'accumulation. Il a été trouvé que YESDD est aussi une fonction de puissance de la vitesse du vent selon l'expression ESDD = aVb, où a et b sont des paramètres dépendants des conditions expérimentales telles que la durée de l'accumulation, la température, la pression d'air du gicleur, le débit et la concentration de la saumure ainsi que de la tension appliquée. Cependant, la relation est loin d'être une fonction cubique avec les valeurs de b obtenues. Par ailleurs, il a été constaté que la pollution s'accumulait plus rapidement sur la surface supérieure du disque que sur la surface inférieure. Et en présence de la haute tension AC, l'effet de la force diélectrophorétique était seulement notable sur la surface supérieure du disque pour des vitesses de vent faibles contrairement sur la surface inférieure où son effet était plus considérable pour des vents de grande vélocité. En outre, en comparant les résultats expérimentaux aux résultats obtenus sur le terrain, il a été possible d'obtenir, dans ce sens, une validation du modèle de la chambre climatique en présence de haute tension AC, mais uniquement pour la surface supérieure. En somme, les trois (3) modèles de simulation développés dans la présente étude concordaient sur le fait qu'en présence de conditions hivernales, il y a un accroissement rapide du taux d'accumulation de pollution sur les isolateurs lorsque la vitesse du vent est élevée et que généralement, la variation de YESDD en fonction de la vitesse du vent suit une loi puissance autre que la loi cubique V3. - The main objective of this research was to study the variation in the accumulation rate of pollution on insulators according to the speed of the wind under the winter conditions. More specifically, this research aimed to further knowledge on the pollution accumulation process on high voltage energized insulators during the winter. In absence of pre-established methods to simulate the accumulation of winter pollution on the insulators, this study required the development of new methods of simulation. Among the three categories of known methods of simulation, numerical simulation and artificial accumulation in laboratory were selected. The developed numerical simulation model was adapted from a 2D model of ice accretion on a cable. Taking certain restrictions into account, it was shown that this constituted a good approach for modeling pollution accumulation under winter conditions. Thus, the numerical simulations carried out using this model made it possible to show the strong positive correlation between the daily accumulation rate of winter pollution and wind speed. Numerical simulation results also made it possible to find the relation between these two variables which is governed by a power law according to the expression ESDD = aVb, where a and b are parameters whose values are determined by insulator shape, pollution particle size and total suspended particles in the air. However, the resulting equation was not a cubic function, characteristic of marine pollution, considering the value obtained for b. Finally, by comparing the numerical results to the experimental ones, it was possible to partially validate the numerical model, being limited to wind speeds not exceeding 5 m/s together with pollution particle size of 20 um median volume diameter (MVD), and total suspended particles (TSP) equals to 30 ug/m3. As for the artificial accumulation in laboratory, the developed model was based on the adaptation of the "Dry-Mixing" contamination method. This required setting up a specially designed pollution generator, which was composed of a solid aerosol generator and a nozzle system, in order to produce an external dry mixture of solid pollutants (kaolin powder), and supercooled atomized brine droplets. The air flow, produced by a variable speed fan inside a closed- or an open-loop refrigerated wind tunnel, carried the generated pollution particles and deposited them on the energized or unenergized surface of a test insulator, installed at a specific distance from the pollution generator nozzle. Then, contamination simulations were carried out in the CIGELE refrigerated wind tunnel and in a climate chamber. Experiments without applied voltage were carried out both inside the refrigerated wind tunnel and the climate chamber, whereas those with high voltage source were carried out exclusively inside the climate chamber. The obtained experimental results made it possible to study the effects of wind on the accumulation rate of pollution under winter conditions and also to analyze the influence of AC high voltage on the accumulation process. It was found that ESDD is also related to the wind speed power function, ESDD = aVb, where a and b are parameters depending on experimental conditions such as accumulation duration, temperature, nozzle air pressure, brine flow rate and concentration, as well as applied voltage. However, this is far from being a cubic function according to the obtained values of b. In addition, it was found that pollution accumulated faster on the top surface of the sheds than on the bottom surface. Also under AC high voltage, the effect of the dielectrophoretic force was only notable on the top surface of the sheds at low wind speed contrary to the bottom surface where its effect was more considerable at high wind speed. Moreover, by comparing the experimental results to the ones obtained in the field, it was possible to validate the model used inside the climate chamber under AC high voltage, but only for the top surface. In brief, the three simulation models developed in this study have this in common that under winter conditions there is a rapid increase of the pollution accumulation rate on the insulators subject to high wind speed, and that the variation of ESDD as function of wind speed is a power law different from the cubic law V3.

De la centrale d'énergie jusqu'à la consommation de l'électricité résidentielle, commerciale et industrielle, il existe tout un réseau de transport constitué d'une variété de composantes. Parmi ces équipements, il y a le transformateur qui est l'équipement le plus onéreux. Les transformateurs de puissance sont des unités critiques sur les réseaux qui sont exposés à différentes contraintes tout au long de leur vie. Parmi ces phénomènes, il y a les contraintes électriques, thermiques et environnementales, qui réduiront la durée de vie des unités en service. Les investigations dans ce mémoire de maîtrise, visent à explorer les différents mécanismes de vieillissement thermique, électrique et chimique qui, par la suite, produisent en état de service, une variété de produits de décomposition (gaz, acides, cires et autres produits colloïdaux) qui attaquent (dégradent) les fibres de l'isolant solide (papier) à l'intérieur du transformateur. Les résultats sont analysés à la suite des différentes mesures effectuées sur différents huiles et fluides naturels et synthétiques dégradés selon des paramètres contrôlés en laboratoire à des fins de comparaison. Ces paramètres sont le vieillissement thermique dans un four à convection à température constante, la simulation d'un point chaud par courant constant, la stabilité sous contraintes électriques à tension fixe et pour terminer le vieillissement thermique en absence d'oxygène par inertage par l'azote. Ces différents fluides vieillis seront par la suite analysés via des techniques de mesure selon les standards imposés par les normes ASTM et via des techniques de mesure innovatrices qui détermineront l'état de la détérioration des fluides en question. Des techniques de mesure telles que la spectrophotométrie, la turbidité, la conductivité thermique, l'acidité, la tension interfaciale, la viscosité, le facteur de dissipation diélectrique ainsi qu'un traceur de radicaux libre ont été utilisés. L'absence d'oxygène réduit le processus de décomposition, il est montré que sans oxygène, le fluide générera moins de produits de décomposition. Il sera démontré que les radicaux libres des huiles minérales sont détectables par l'utilisation d'un traceur (DPPH), que les différents fluides à la suite des tests de stabilité ne se détériorent pas au même rythme et que les huiles minérales à la suite des tests thermiques produisent une quantité de gaz croissant tandis que les esters et les silicones produisent une quantité de gaz décroissant pour se stabiliser après quelques tests. On pourra voir que les produits de dégradation influencent la conductivité thermique de l'huile. En améliorant nos connaissances au sujet des mécanismes des processus de vieillissement et de détérioration des matériaux isolants, les opérateurs de système des réseaux électriques seront en meilleure position pour prendre des décisions appropriées permettant d'éviter des pannes majeures. - From the power plant to the residential, commercial and industrial, consumption of electricity, there is the power network consisting of a variety of components. Among these facilities, there are power transformers which are most expensive equipment. Power transformers which are critical units for networks are exposed to various stresses throughout their lives. Among these stresses, there are: electrical, thermal and environmental stresses, which will shorten the life of the units in service. The investigations performed in this master thesis aimed at exploring the different aging mechanisms: thermal, electrical and chemical that subsequently produce under service conditions, a variety of decomposition byproducts (gases, acids, waxes and other colloidal products). These products will attack (degrade) the fibers of the solid insulation (paper) inside the transformer. The investigations were performed on different oils, natural and synthetic fluids degraded under various conditions in laboratory conditions for comparison. These conditions consisted in thermal aging in an oven at constant temperature, simulation of a hot spot at constant current, the stability under electrical discharge and finally thermal ageing in an oven at constant temperature without oxygen. These different aged fluids were subsequently analyzed using ASTM standard measurement techniques and through innovative measurement techniques to assess the condition of fluids. Measurement techniques such as UV-vis spectrophotometry, the turbidity, thermal conductivity, acidity, interfacial tension, viscosity, dielectric dissipation factor and also a free radicals tracer have been used. The absence of oxygen slows down the process of decaying. It is shown that without oxygen the fluid will produce less decay product. It will be show that free radicals from mineral oils are attributable with a tracer (DPPH). It will be shown that different fluids under stability tests are not ageing at the same rate. It will be shown that the mineral oils produce an increasing quantity of gas from the thermal tests while esters and silicones produces a decreasing quantity of gas to reach a stability zone after few tests. It will be seeing that decay products influence the thermal conductivity of oil. By improving our knowledge about mechanisms of aging processes and deterioration of insulating materials, system operators will be in a better position to take appropriate decisions to avoid major outages.

Nous sommes curieusement insatisfaits. Cela fait des années que nous essayons de transformer notre corps pour l’amplifier, ou simplement le questionner, et avec chaque nouvelle technologie nous découvrons de nouvelles possibilités pour le faire. Des casques avec des filtres de couleur pour transformer notre vision ou un costume qui marche comme une deuxième peau, sont des exemples de nos différents efforts. Et maintenant c’est au tour des technologies numériques. On a découvert en elles un média qui nous permet de créer un nombre infini de combinaisons : des couleurs qui peuvent être transformées en sons, un troisième bras contrôlé par les muscles de l’abdomen, etc. L’expansion numérique du corps est un projet de recherche création qui explore les transformations qui ont été faites par des artistes et designers à notre corps, et qui propose d’autres transformations avec l’aide des médias numériques. Ce mémoire d’accompagnement explique le parcours et la méthodologie dite de ‹ bricolage › de l’artiste, le choix des médias numériques, et introduit le processus de recherche théorique et pratique qui a conduit l’élaboration du projet. Pour finir, seront présentées les expositions Tensions et Extensions qui constituent le résultat final de ce projet.

Some mental states, such as fatigue, or sleepiness, are known to increase the potential of accidents in industry, and thus could decrease productivity, even increase cost for healthcare. The highest rate of industrial accidents is usually found among shift workers due to fatigue or extended work hours. When using machine tool or interacting with robotic system, the risk of injury increases due to disturbance, lapse in concentration, vigilance decline, and neglect of the risk during prolonged use. Usually, to guarantee safety of worker, the conventional means is to stop the machine when human presence is detected in the safeguarding area of machine tool or robot workspace. The popular human detection technologies exploit laser scanner, camera (or motion tracker), infrared sensor, open-door sensor, static pressure sensitive floor as described in CSA Z434 standard. Of course, in the field of robotic, human and robot are not allowed to work together in the same workspace. However, new industrial needs lead research to develop flexible and reactive chain production for enabling small quantity production or fast modification in product characteristics. Consequently, more efficient human-machine or human-robot collaboration under a safety condition could improve this flexibility. Our research project aims at detecting and analyzing human safety in industry in order to protect workers. Comparing to the conventional human protection methods, our research exploits Artificial Intelligence approach to track and monitor human head motion and mental state using an instrumented safety helmet, labelled as Smart Safety Helmet (SSH) in the following. The contribution of this thesis consists in the design of data fusion algorithm for the recognition of head motion and mental state, which can be used to analyze the potential risky states of workers. A Smart Safety Helmet embedded with Inertial Measurement Unit (IMU) and EEG sensors will be used to detect and decode the human’s mental state and intention. The acquired information will be used to estimate the accident risk level in order to stop machine and then prevent accident or injury. In human-robot interaction (HRI) paradigm, the human’s intention could be used to predict the worker trajectory in order to control the robot moving trajectory and then to avoid fatal collision. Certains états mentaux, comme la fatigue ou la somnolence, sont connus pour augmenter le potentiel d'accidents dans l'industrie, et pourrait donc réduire la productivité, même augmenter les coûts des soins de santé. Le taux le plus élevé d'accidents au travail est habituellement trouvé parmi les travailleurs en rotation (travail posté) dues à la fatigue ou les heures de travail prolongées. Lors de l'utilisation d’une machine-outil ou lors d’une interaction avec un système robotique, le risque de lésion peut augmenter dû à une perturbation, un manque de concentration, une baisse de vigilance et la négligence du travailleur face au risque présent lors d'une utilisation prolongée (accoutumance au risque). Habituellement, pour garantir la sécurité des travailleurs, des moyens classiques sont l'arrêt complet de la machine lorsque la présence humaine est détectée dans une zone non sécuritaire, par exemple dans l’espace de travail d’un robot. Les technologies industrielles communes de détection humaine exploitent le scanner au laser, la caméra (par la capture de mouvement), le capteur infrarouge, l’interrupteur de porte ouverte, le tapis de capture de la pression statique ; tous ces capteurs sont décrits dans la norme CSA Z434. Jusqu’à tout récemment, dans le domaine de la robotique industrielle, les humains et les robots n’étaient pas autorisés à travailler ensemble dans le même espace. Toutefois, des besoins industriels émergents ont dirigé les recherches pour développer une production flexible et réactive pour favoriser la production de petites quantités ou modifier rapidement des caractéristiques du produit. Par conséquent, une collaboration plus efficace entre l'humain et le robot ou, de manière plus générale entre l'humain et la machine, sous des contraintes de sécurité, pourrait améliorer cette flexibilité et cette réactivité. Notre projet de recherche vise à détecter et à analyser la sécurité humaine dans l'industrie afin de protéger les travailleurs. En comparant les méthodes classiques de protection humaine, notre approche exploite l'intelligence artificielle pour identifier les mouvements de la tête et identifier l'état mental en utilisant un casque de sécurité instrumenté, nommé le Smart Safety Helmet (SSH) dans ce qui suit. La contribution de ce mémoire réside dans la conception de la fusion des données provenant de la reconnaissance de mouvement de la tête et de l'état mental, qui peut être utilisée pour analyser le potentiel de risque encouru par un travailleur. Dans le SSH, une unité de mesure inertielle (IMU) et capteurs EEG ont été intégrés. Ces deux capteurs seront utilisés pour détecter l'état mental de l’humain et décoder son intention. Les informations recueillies seront utilisées pour estimer le risque d'accidents afin d'arrêter la machine et d'empêcher un accident. Dans le paradigme de l’interaction humain-robot, l'intention de l'humain pourrait être utilisée modifier le comportement du robot (réduire sa rigidité ou modifier sa trajectoire).

Ce travail s’inscrit dans un cadre de recherche global du génome humain. Il s'intéresse particulièrement à l'identification de milliers de gènes qui demeurent toujours inconnus à ce jour. Afin de pouvoir effectuer cette tâche sur une plateforme informatique, les séquences d’acide désoxyribonucléique (ADN) seront traitées comme étant des signaux pour permettre l’usage des techniques en traitement numérique de signaux (TNS). Cette approche permettra de réduire les coûts et surtout, le temps que prennent les chercheurs à trouver un gène impliqué dans une maladie. Le projet est divisé en deux volets. Le premier volet de cette recherche consiste à réduire de façon importante les temps de calcul de certains algorithmes en bio-informatique. Cette recherche propose une méthode de mise en oeuvre des algorithmes de prédiction de gènes en parallèle avec le logiciel MATLAB. Les approches proposées sont basées soit sur l’algorithme de Goertzel ou de FFT en utilisant diverses procédures de parallélisme sur une unité centrale de traitement (CPU) et à une unité de processeur graphique (GPU). Les résultats montrent que l’utilisation d’une approche simple, c’est-à-dire sans modification de l’implémentation dans MATLAB, peut nécessiter plus de 4 h et demie pour le traitement de 15 millions de paires de bases (pb) alors qu’une implémentation optimisée peut effectuer la même tâche en moins d’une minute. Nous avons obtenu les meilleurs résultats avec l’implémentation sur GPU qui a pu compléter l'analyse en 57 s, ce qui est plus de 270 fois plus rapide qu’une approche conventionnelle. Ce premier volet de recherche propose deux stratégies pour accélérer le traitement des données du génome humain et s’appuie sur les différents mécanismes de parallélisation. Lorsque l'implantation se fait avec un CPU, les résultats indiquent qu'il serait préférable d'utiliser une fonction de bas niveau (MEX) afin d'augmenter la vitesse d’exécution. De plus, l'usage des boucles parallèles (PARFOR) doit être effectué dans un ordre précis pour bénéficier au maximum du parallélisme dans l’implantation de Goertzel. Lorsque l'implantation est exécutée sur le GPU, les données doivent être segmentées en plus petits blocs afin d'optimiser les temps de traitement. En effet, les blocs qui sont trop gros risquaient de dépasser la taille de la mémoire tandis que des blocs trop petits ne permettaient pas à l'usager de bénéficier pleinement du parallélisme. Dans le second volet, nous avons poursuivi avec l’implantation d’un second algorithme qui permet de cibler les régions susceptibles à la présence de gènes. Cet algorithme se base sur les hexamères qui sont de courtes séquences d’ADN composées de 6 nucléotides. De toutes les variations d’hexamères possibles (4096), seulement 40 de celles-ci se retrouvent plus souvent dans les régions codantes que non codantes. Les autres hexamères se retrouvent autant dans les introns que dans les exons. Il est donc possible de survoler les séquences d’ADN et, selon la présence ou l’absence de certains hexamères, de prédire quelles régions sont codantes. Lors de la superposition des deux approches, soit l’analyse en fréquence et l’analyse des hexamères, il est possible de mieux cibler les zones où l’on peut retrouver de nouveaux gènes. Les analyses effectuées avec les différents algorithmes présentent des valeurs qui témoignent de la probabilité de retrouver un gène dans une région donnée. Pour compléter le processus de prédiction, il est important de déterminer un critère à partir duquel le programme décide qu’il s’agit réellement d’un gène. Ce critère est basé sur trois paramètres, soient le seuil positif, le seuil négatif et taille de la fenêtre. Afin de déterminer les valeurs optimales, les trois paramètres ont été balayés et la meilleure combinaison a été identifiée. L’approche proposée dans ce mémoire permet d’analyser de grandes séquences d’ADN en peu de temps afin d’identifier des zones susceptibles de coder un gène. Ce processus est important puisqu’on estime qu’il reste encore quelques milliers de gènes inconnus qui peuvent être responsables de plusieurs maladies génétiques. Nous espérons que ce travail contribuera à la découverte de nouveaux gènes pour ainsi mieux diagnostiquer certaines maladies génétiques.

La production de l’aluminium primaire se fait dans une cuve d’électrolyse en utilisant des anodes en carbone, de l’alumine et du courant électrique comme principaux constituants de la réaction. La qualité des anodes affecte le produit final et peut engendrer des coûts de production supplémentaires. Par ailleurs, de mauvaises propriétés des anodes perturbent la stabilité du procédé d’électrolyse allant jusqu’au dysfonctionnement de la cuve. De ce fait, l’amélioration de la qualité des anodes constitue une préoccupation pour les industries d’aluminium qui sont sans cesse à la recherche de solutions meilleures par la mise en place des outils de contrôle de la qualité. C’est pourquoi leur mise en oeuvre requiert une bonne connaissance des matières premières, une maitrise des outils de production et surtout un paramétrage optimal des machines. Le temps de compaction fait partie des paramètres clés du vibrocompacteur qui influencent la mise en oeuvre des anodes en carbone. Un temps inadéquat est l’une des sources de mauvaises propriétés (basse densité, haute résistivité, etc.) et entraine les phénomènes de sous-compaction ou de sur-compaction, ce qui diminue le rendement de la réduction de l’alumine. L’objectif de ce projet était de développer un outil de contrôle en temps réel du temps de compaction en se servant du son généré par le vibrocompacteur pendant le formage des anodes crues. Ainsi, une application a été développée pour l’analyse des sons enregistrés. Des essais ont été réalisés avec différents microphones pour une meilleure qualité des mesures et un a été choisi pour la suite du projet. De même, différents tests ont été réalisés sur des anodes de laboratoire ainsi que des anodes à l’échelle industrielle afin de mettre en place une méthode pour la détection du temps optimal nécessaire au formage des anodes. Les travaux au laboratoire de carbone à l’Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) ont consisté à l’enregistrement de son des anodes fabriquées sur place avec différentes configurations; et à la caractérisation de certaines anodes de l'usine. Les anodes fabriquées au laboratoire sont reparties en deux groupes. Le premier regroupe les anodes pour la validation de notre méthode. Ce sont des anodes produites avec des temps de compaction différents. Le laboratoire de carbone à l’UQAC est unique et il est possible de produire des anodes avec les mêmes propriétés que celles des anodes industrielles. Par conséquent, la validation initialement prévue à l'usine a été effectuée avec les anodes de laboratoire. Le deuxième groupe a servi à étudier les effets des matières premières sur le temps de compaction. Le type de coke et le type de brai ont constitué les différentes variations dans ce deuxième groupe. Quant aux tests et mesures à l’usine, ils ont été réalisés en trois campagnes de mesure. La première campagne en juin 2014 a servi à standardiser et à trouver le meilleur positionnement des appareils pour les mesures, à régler le logiciel et à faire les premières mesures. Une deuxième campagne en mai 2015 a fait l’objet d’enregistrement de son en classant les anodes selon différents temps de compaction. La troisième et dernière campagne en décembre 2015 a été le lieu de tests finaux à l’usine en fabriquant des anodes avec différents critères (variation du temps de compaction, taux de brai, arrêt manuel du compacteur, variation de la pression des ballons du haut du compacteur). Ces anodes ont été ensuite analysées au laboratoire à l’UQAC. En parallèle à ces travaux précités, l’amélioration de l’application d’analyse du son a été faite avec le choix des paramètres d’analyse et leur standardisation. Les résultats des premiers tests au laboratoire et ceux de la campagne de juin 2014 ont montré que la formation des anodes se fait suivant trois étapes : réarrangement des particules et du brai, compaction et consolidation et enfin la finition. Ces travaux ont montré en outre que le temps de compaction joue un rôle très important dans la définition des propriétés finales des anodes. Ainsi, en plus du type de brai, du taux de brai et du type de coke, il faut tenir compte du temps de sur-compaction et de sous-compaction. En effet, ceci a été démontré à travers les deux validations qui ont été réalisées. Les validations ont montré que les anodes compactées au temps optimal ont le meilleur rapport BAD/GAD (rapport de la densité cuite par la densité crue) avec une faible perte de masse contrairement aux anodes sur-compactées. De plus, elles acquièrent de bonne résistivité électrique cuite. De leur côté, les anodes sous-compactées résultent des densités faibles et des résistivités électriques élevées. Ces résultats viennent en plus, de ce qui est mentionné dans la littérature concernant l'importance du temps de compaction, souligner la nécessité de déterminer le temps optimal de compaction. En outre, les résultats du laboratoire et de la campagne de mai 2015 montrent que le suivi du formage des anodes par le son donne un gain sur le temps de compaction des anodes. Ce qui représente un atout pour les industries. Par ailleurs, les améliorations apportées au logiciel ont permis des analyses en temps réel, le stockage des données et la visualisation des graphes de façon simultanée. Les résultats de la caractérisation des échantillons (venant des anodes de la campagne de décembre 2015) ont montré qu’une anode compactée à un temps optimal acquiert une bonne résistance à la compression et sa résistivité électrique baisse. En outre, on note que le temps de compaction dans notre cas a baissé légèrement avec l’augmentation de la pression des ballons de haut du vibrocompacteur. Ce qui a eu pour effet d’augmenter la densité crue de l’anode. Toutefois, il faut s’abstenir de généraliser ce constat car le nombre d’anodes testées est faible dans notre cas. Par ailleurs, cette étude montre que le temps nécessaire pour le formage d’une anode croit avec l’augmentation du taux de brai et baisse légèrement avec l’augmentation de la pression des ballons. Primary aluminum production takes place in an electrolysis cell using carbon anodes, alumina and electric current as main constituents of the reaction. The quality of anodes is very important in the production process because it affects the final product quality and may increase the production costs. Furthermore, bad quality anodes disturb the stability of the electrolysis process and may cause the cell to dysfunction. Thereby, the improvement of anode quality has become a concern for aluminum industry. The industry is constantly looking for better solutions through the implementation of quality control tools. The green anode forming step is important because it affects the properties of anodes, hence, the rest of the production chain. Therefore, the fabrication of anodes requires a profound knowledge of raw materials, a good understanding of production tools, and above all, optimum operation parameters of each unit. The compaction time is one of the key parameters of the vibrocompactor that influence the carbon anodes formation. An improper compaction time is one of the sources of bad anode quality (low density, high electrical resistivity, poor mechanical properties, etc.) and causes either under-compaction or over-compaction. Both under-compaction and over-compaction decrease the yield of the reduction of alumina. The objective of this project was to develop a real-time monitoring tool for the compaction time by using the sound generated by the vibrocompactor during the forming of green anodes. Thus, an application has been developed for the analysis of data (recorded sounds). Tests have been carried out with different microphones for better quality measurements, and one was chosen to be used in the project. Similarly, different tests were carried out on laboratory anodes as well as anodes in industrial scale to establish a method for the detection of the optimal time required for forming the anodes. Experiments in the carbon laboratory at the University of Quebec at Chicoutimi (UQAC) consisted of recording the sound of vibrocompactor during anode formation under different configurations, and the characterization of some of these anodes. The anodes manufactured in the laboratory are divided into two groups. The first group included the anodes for the validation of the method developed. These are anodes produced with different compaction times. The carbon laboratory at UQAC is unique and it is possible to produce anodes with the same properties as those of industrial anodes. Therefore, the validation initially planned at the plant was carried out with the laboratory anodes. The second group was used to study the effects of raw materials on compaction time. The type of coke and the type of pitch constituted the different variations in this second group. Tests and measurements at the plant were carried out during three industrial measurement campaigns. The first campaign in June 2014 served to standardize and to find the best positioning of the devices for the measurements, to adjust the software and to make the first measurements. During the second campaign in May 2015, the sound of the vibrocompactor was recorded for the anodes produced using different compaction times. The third and last campaign in December 2015 was for final tests at the plant which were carried out during manufacturing anodes using different conditions (variation of the compaction time, pitch percentages, manual stop of the compactor, and variation of the pressure of the top balloons of the compactor). These anodes were then analyzed in the laboratory at UQAC. In parallel with these works, the sound analysis application was improved by adjusting the analysis parameters followed by their standardization. The results of the first laboratory tests and those of June 2014 campaign in the plant showed that the formation of the anodes goes through three stages: rearrangement of particles and pitch, compaction and consolidation, and completion. This work also showed that the compaction time plays a very important role in defining the final properties of anodes. Thus, in addition to the type of pitch, the percentage of pitch and the type of coke, the time of over-compaction and under-compaction must be taken into account. Indeed, this has been demonstrated with two validations that have been carried out. The results of validation tests showed that the anodes compacted at the optimum time had the best BAD / GAD (baked anode density divided by green anode density) ratio with a low mass loss in contrast to the over-compacted anodes. They also acquired good electrical resistivity. For their part, the under-compacted anodes resulted in low density and high electrical resistivity. In addition to what was mentioned in the literature; these results pointed out the necessity to determine the optimum compaction time. Moreover, the results of the laboratory tests and those of the campaign of May 2015 showed that the formation of the anodes using the sound method developed during this study shortened the compaction time of the anodes. This is an asset for the industries. In addition, the improved software allowed the real-time analysis and the storage of data simultaneously in addition to the visualization of graphs. The results of the characterization of the samples (coming from the anodes of the campaign of December 2015) showed that an anode compacted at an optimum time acquires good resistance to compression and its electrical resistivity decreases. Furthermore, it should be noted that the compaction time has decreased slightly with the increase in the pressure of the top balloons of the vibrocompactor for the cases studied. This also increased the green anode density. However, it is necessary to refrain from generalizing this observation because the number of industrial anodes investigated is low. Moreover, this study showed that the time required for the formation of an anode increases with the increase in pitch percentage and decreases slightly with the increase in balloon.