L'intérêt pour les énergies renouvelables croît continuellement dans le monde. L'objectif de l'Union Européenne est d'attendre à l'horizon 2020 une production de 20% de la consommation énergétique totale à partir des énergies renouvelables. Donc, la vaste majorité des pays ont décidé de réduire les émissions de gaz responsables de l'augmentation de l'effet de serre. Cette décision présume la réduction de la consommation en énergie fossile (gaz naturel, pétrole, charbon, etc.) au profit des énergies renouvelables dont fait partie l'énergie obtenue dans les microcentrales hydroélectriques. La petite hydraulique possède un fort potentiel de développement et on prévoit qu'elle tiendra une place importante dans la production électrique future par énergies renouvelables, les applications visées étant l'alimentation de sites isolés, non électrifiés, ainsi que la fourniture d'appoint au réseau interconnecté, notamment par association avec d'autre sources renouvelable comme l'éolien par exemple. Le but de la thèse concerne l'étude théorique et expérimentale (sur un banc d'essais) de la structure d'une microcentrale hydroélectrique à vitesse variable. Le système est constitue par une machine asynchrone à double alimentation (MADA), excitée, au rotor par une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) ; ces deux machine étant montées sur le même arbre. Deux convertisseurs à MLI, réversibles, réalisent la connexion électrique entre les deux machines. Cette étude concerne les aspects liés à la commande des machines électriques, le fonctionnement de la microcentrale en îlotage et en débit sur un réseau puissant et l'association à d'autres sources décentralisés de production. L'association avec une centrale éolienne à vitesse fixe a été étudiée. En plus, on a ajuté un dispositif de stockage à supercondensateurs ayant le rôle d'augmentation de la capacité de pénétration dans le réseaux îlots ou puissantes.

Ce travail s'inscrit dans le domaine de l'évaluation des performances des Systèmes de Gestion de Bases de Données Orientés Objets (SGBDOO). Ces systèmes rencontrent depuis leur origine des problèmes de performance pour s'imposer face aux générations<br />antérieures de SGBD (principalement les systèmes relationnels, qui sont utilisés depuis les années 70 et parfaitement optimisés).<br /><br />Diverses méthodes sont employées pour améliorer ces performances, telles que le groupement d'objets (clustering, dans la terminologie anglo-saxonne). Cependant, ces techniques induisent une surcharge pour le système. Il est donc important de pouvoir évaluer leur impact réel sur les performances globales.<br /><br />Dans cette optique, une étude approfondie du domaine a permis de dégager les insuffisances majeures attribuables aux techniques d'évaluation de performance existantes (analyse mathématique, bancs d'essais, simulation). Nos propositions, le banc d'essais<br />OCB (Object Clustering Benchmark) et le modèle de simulation VOODB (Virtual Object-Oriented Database), ont pour objectif de remédier à ces problèmes en se positionnant comme des outils génériques, paramétrables et adaptés à l'étude du regroupement d'objets.<br /><br />Le modèle de simulation VOODB intègre le banc d'essais OCB. Il a été obtenu par l'application d'une méthodologie de modélisation ayant pour but de systématiser l'analyse des SGBDOO et de fournir des modèles fiables de ces systèmes. Son code a été spécifié<br />dans un environnement de simulation simple et performant que nous avons conçu pour l'occasion et baptisé DESP-C++.<br /><br />Une démarche de validation de nos outils a été conduite en mesurant les performances réelles du SGBDOO O2, du gestionnaire d'objets persistants Texas et de la stratégie dynamique de regroupement d'objets DSTC, grâce au banc d'essais OCB. Des évaluations de performance concernant ces systèmes ont également été effectuées avec le modèle de simulation VOODB. Les résultats des mesures sur les systèmes réels et les résultats de simulation ont été comparés et se sont avérés cohérents.

L'archivage de données industrielles est un problème complexe : il s'agit de stocker un grand nombre de données sur plusieurs décennies, tout en supportant la charge des insertions temps réel et des requêtes d'extraction et d'analyse. Pour ce type d'application, des produits " de niche " se sont spécialisés pour ce segment du marché : les progiciels d'historisation. Il s'agit de solutions propriétaires avec des coûts de licence de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers d'euros, et dont le fonctionnement interne n'est pas dévoilé. Nous avons donc dans un premier temps mis en évidence les spécificités de ces progiciels d'historisation, tant au niveau des fonctionnalités que des performances. Néanmoins, l'archivage de données industrielles peut s'appliquer à des contexte très différents. L'IGCBox par exemple est un mini PC industriel utilisant MySQL pour l'archivage à court terme des données de production des centrales hydrauliques d'EDF. Ce matériel présente quelques spécificités, la principale étant son système de mémoire non volatile basé uniquement sur la technologie flash, pour sa fiabilité importante en milieu industriel et sa faible consommation d'énergie. Les SGBD possèdent pour des raisons historiques de nombreuses optimisations spécifiques aux disques durs, et le manque d'optimisation adaptée aux mémoires flash peut dégrader significativement les performances. Le choix de ce type de mémoire a donc eu des répercussions notables sur les performances pour l'insertion, avec une dégradation importante par rapport aux disques durs. Nous avons donc proposé Chronos, un SGBD dédié à l'historisation de données sur mémoires flash. Pour cela, nous avons en particulier identifié un algorithme d'écriture " quasi-séquentiel " efficace pour accéder à la mémoire, ainsi que des mécanismes de bufferisation et de mise à jour d'index optimisés pour les charges typiques de l'historisation. Les résultats expérimentaux montrent un gain significatif pour les insertions par rapport à des solutions équivalentes, d'un facteur 20 à 54. Chronos est donc une solution compétitive lorsque les insertions correspondent à une proportion importante de la charge soumise au SGBD. En particulier pour les charges typiques des IGCBox, Chronos se distingue en proposant des performances globales améliorées d'un facteur 4 à 18 par rapport aux autres solutions.

La propulsion hybride utilise classiquement un comburant liquide (ou gazeux) injecté dans une chambre de combustion qui contient le carburant à l'état solide. La flamme de diffusion, qui apparait à la rencontre des deux flux de matière, est autoentretenue par la pyrolyse du carburant consécutive à l'apport de chaleur produite par la combustion. Afin d'améliorer les performances de ce type de propulsion, il est nécessaire de bien comprendre le couplage physicochimique des phénomènes. Le couple d'ergols polyéthylène/mélange gazeux dioxygène et diazote a été choisi pour cette étude. Les caractéristiques du polyéthylène ont été déterminées par des analyses physicochimiques, elles permettent de mettre en évidence un effet de la pression et de la nature de l'atmosphère sur la composition des produits de pyrolyse. Un banc d'essais de combustion avec une instrumentation a permis de caractériser le comportement du polyéthylène en situation réelle. Les données acquises ont été analysées afin d'obtenir des grandeurs physiques pertinentes à comparer avec des résultats de simulations. Pour effectuer des simulations de chambre de combustion de propulseur hybride, le développement d'un modèle numérique instationnaire et bidimensionnel a débuté. De nombreux cas test "académiques" sont présentés et ont confirmés la bonne implémentation des méthodes numériques de résolution et des équations physiques et chimiques. Cependant, lors des simulations de la chambre de combustion complète, une divergence de pression est apparue dont les causes ont été activement recherchées.

La propulsion hybride utilise classiquement un comburant liquide (ou gazeux) injecté dans une chambre de combustion qui contient le carburant à l'état solide. La flamme de diffusion, qui apparait à la rencontre des deux flux de matière, est autoentretenue par la pyrolyse du carburant consécutive à l’apport de chaleur produite par la combustion. Afin d'améliorer les performances de ce type de propulsion, il est nécessaire de bien comprendre le couplage physicochimique des phénomènes. Le couple d'ergols polyéthylène/mélange gazeux dioxygène et diazote a été choisi pour cette étude. Les caractéristiques du polyéthylène ont été déterminées par des analyses physicochimiques, elles permettent de mettre en évidence un effet de la pression et de la nature de l'atmosphère sur la composition des produits de pyrolyse. Un banc d'essais de combustion avec une instrumentation a permis de caractériser le comportement du polyéthylène en situation réelle. Les données acquises ont été analysées afin d'obtenir des grandeurs physiques pertinentes à comparer avec des résultats de simulations. Pour effectuer des simulations de chambre de combustion de propulseur hybride, le développement d'un modèle numérique instationnaire et bidimensionnel a débuté. De nombreux cas test "académiques" sont présentés et ont confirmés la bonne implémentation des méthodes numériques de résolution et des équations physiques et chimiques. Cependant, lors des simulations de la chambre de combustion complète, une divergence de pression est apparue dont les causes ont été activement recherchées. / The hybrid space propulsion classically employs a liquid (or gaseous) oxidizer injected into the combustion chamber which contains the solid reducer. The diffusion flame, which appears at the confluence of the oxidizer and reducer mater fluxes, is auto-entertained by the fuel pyrolysis piloted by the heat which is provided to it by the combustion. In order to increase performances of this propulsion system, it is necessary to well understand the coupling effect of the physical and chemical phenomena. The propellants couple polyethylene/gaseous oxygen and nitrogen mixture has been chosen for this study. Properties of the polyethylene have been determined by several chemical analyses, showing that there are a pressure and atmosphere nature effects on the pyrolysis chemical composition. A test bench with instrumentation allowed to characterize the behavior of the polyethylene in real situation. Data acquired have been analyzed in order to obtain physical variables relevant for comparing the numerical simulations results. To undertake simulation of the combustion chamber of hybrid rocket, a new numerical model has been developed. Numerous "academic" test cases are presented and confirmed a good implementation of the numerical method and of the physical and chemical models. Nevertheless, during simulations of hybrid combustion chamber, a pressure divergence has appeared thus causes have been actively investigated.

L'expérimentation, outil de validation ou de confrontation de l'hypothèse à la réalité, nécessite des moyens spécifiques: les MOYENS D'EXPERIMENTATIONS (ME). Leur développement fait partie des programmes de recherche et d'innovation. Leur optimisation, en terme de coût, qualité et délai, est également un vecteur de compétitivité. Dans le cadre de cette thèse, notre étude se limite au développement des Moyens d'Expérimentations nouveaux et Spécifiques (MES) dans les domaines de recherche émergents et de l'innovation technologique. Après une enquête réalisée auprès de 21 laboratoires de recherche et de R&D en France plus une analyse d'environ trente projets de développement des MES réalisés de 1997 à 2002, nous constatons que: Le manque d'outils méthodologiques adaptés au contexte de développement et aux caractères spécifiques des MES ne permet pas d'affronter les difficultés de conception, source d'une qualité insuffisante. Les MES développés ne sont pas optimaux en terme de coût, de performance et de délai. Des recherches bibliographiques sur les méthodes et outils de conception de produits suivis d'une analyse de leur pertinence dans le contexte du développement des MES nous a permis de valider cette problématique. Notre ambition est d'optimiser le développement des Moyens d'Expérimentations avec l'objectif d'améliorer et de fiabiliser les MES et de rendre leur développement plus rationnel. Nous proposons une démarche de conception adaptée aux moyens d'expérimentations spécifiques. Cette démarche permet de mieux prendre en compte les particularités des MES et leur niveau de complexité, de faciliter les échanges entre le chercheur et le concepteur, et ainsi de concevoir un MES "bon du premier coup". La démarche est construite en intégrant deux nouveaux outils méthodologiques. Ils s'intitulent: "l'ANalyse de l'EXpérimentation Orientée Fonctionnelle" (ANEXOF) et "l'Analyse de la Cohérence en CoûtPerformance" (ACCP). L'ANEXOF exploite le besoin du chercheur et définit le cahier des charges fonctionnel. Elle est basée sur l'analyse fonctionnelle, associée à la démarche expérimentale, elle fait le lien entre les connaissances scientifiques du chercheur, les connaissances en conception et les savoir-faire technologiques du concepteur. L'ACCP intervient à partir de la phase de conception préliminaire dont le but est l'optimisation de la solution choisie. En réduisant au strict nécessaire les performances globales et en équilibrant leurs performances locales de façon cohérente avec leurs coûts, on obtiendra la répartition optimale de l'investissement dans sa structure, par conséquent, le coût global du produit est optimal.

Le phénomène de gels et d'émulsions de blow-by a été étudié à travers des essais sur banc et des travaux de modélisation. Physiquement, ces phénomènes se ramènent au changement d'état de la vapeur d'eau présent dans un gaz incondensable et en présence de particules ou de film d'huile. Pour les conditions chaudes, la condensation prédomine. Ce phénomène mérite une attention car les condensats sont susceptibles de s'accumuler puis de cristalliser (changement de direction du tube, changement de géométrie...). Les condensats peuvent se mélanger avec l'huile pour donner une émulsion visqueuse capable de boucher partiellement les tubes. Pour les conditions froides, la formation de givre est privilégiée. Il s'agit d'une matrice de glace poreuse qui bouche progressivement la conduite jusqu'à l'obturation totale. En présence d'huile, le givre piège les particules sous forme d'incrustation sans entrainer une modification des phénomènes observés. Pour les conditions intermédiaires, les condensats, le givre et la glace coexistent à l'intérieur des tubes. Ce phénomène entraine une brusque montée en pression. En présence d'huile, le condensat liquide qui se trouve le plus souvent en amont du tube est remplacé par de l'émulsion et cristallise après un certain temps de contact. La mobilité de l'eau et la position des bouchons ont été utilisées pour décrire les différents phénomènes observés. Ces deux paramètres peuvent être corrélés avec les conditions opératoires ainsi que d'autres paramètres liés aux phénomènes de transfert thermique. Ce sont le débit de condensation et le profil de température de paroi interne des tubes. Des corrélations des coefficients de transferts et des enthalpies échangées ont permis de constater l'influence des différents paramètres et les phénomènes de transfert thermique mis en jeu. Les phénomènes de transfert à l'intérieur des tubes peuvent être modélisés en se servant de l'analogie entre le transfert de masse et le transfert de chaleur et en introduisant le concept de formation de brouillard ou de stabilisation isothermique du gaz sursaturé qui se forme. Le risque de bouchon et les phénomènes prépondérants peuvent être prédits à partir des résultats de modélisation thermique en utilisant le débit de condensation et les températures de paroi maximale et minimale comme critère.

Sous la direction de SNECMA, un nouveau moteur cryotechnique pour Ariane 5 est en phase de développement. Ce moteur, VINCI, fonctionne à l'oxygène et à l'hydrogène liquides et devra être rallumable en cours de vol. Le transitoire de remplissage d'une cavité intermédiaire par laquelle transite l'oxygène liquide avant d'arriver dans la chambre de combustion s'avère être une étape critique qu'il faut s'efforcer de maîtriser. Cette cavité, appelée dôme LOX, est directement reliée à la chambre de combustion par les injecteurs à oxygène. Des outils numériques sont actuellement en cours de conception : ils permettront à terme de simuler le remplissage de cette cavité dans l'espace. Afin de valider ces outils numériques, un programme expérimental a vu le jour, impliquant SNECMA, le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) et le LEGI (Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels). Il s'agit de mener à bien des expériences " simples " et reproductibles afin de disposer d'une base de données expérimentales qui servira de cas tests pour les simulations. Un banc d'essais expérimental a été progressivement mis en place et instrumenté au LEGI. Le fluide utilisé en substitution de l'oxygène liquide est de l'eau. On a choisi de respecter une similitude du nombre de Weber entre le cas " réel " et les conditions expérimentales. Ce dernier équivaut au rapport des forces d'inertie sur les forces de tension de surface. Deux campagnes d'essais ont été réalisées, dans lesquelles on s'est centré sur l'étude des aspects hydrodynamique du transitoire de remplissage : variation du débit total et des pressions au cours d'un essai, évaluation du taux de vide dans la cavité, visualisation de l'écoulement dans la cavité et en sortie des injecteurs. L'instrumentation à disposition est constituée d'un débitmètre à effet Coriolis, de capteurs de pression, d'une sonde optique, de caméras rapides et d'un laser pour l'imagerie. La première campagne d'essais a visé le remplissage de la cavité en eau seule. Le paramètre de contrôle principal était la pression génératrice de l'écoulement liquide. Dans la deuxième campagne d'essais on injecte simultanément dans la cavité un écoulement d'eau et un écoulement d'air. Cela se rapproche plus des conditions réelles du transitoire de remplissage, au cours duquel la cavité est balayée par un écoulement d'hélium. Le paramètre de contrôle supplémentaire est le débit de gaz initial. Ces campagnes ont également souligné l'importance du profil d'ouverture de la vanne de l'écoulement liquide sur le transitoire de remplissage de la cavité. Ces campagnes d'essais constituent une première étape dans la compréhension du transitoire de remplissage du dôme LOX. Elles ont permis de visualiser la forme de l'écoulement dans la cavité et en sortie des injecteurs et d'identifier certains phénomènes intervenant dans le remplissage de la cavité. En particulier, nous avons mis en évidence l'existence d'un délai de mise en place de l'écoulement par les injecteurs, qui peut être responsable d'un pic de pression dans la cavité au cours du transitoire. L'influence de la fraction gazeuse sur l'écoulement dans les injecteurs a été soulignée mais reste à quantifier de façon précise. La prochaine étape de l'étude concerne les aspects énergétiques du transitoire de remplissage, notamment les transferts thermiques ayant lieu, dans la réalité, entre l'hélium, l'oxygène et les parois du dôme LOX.

Le broyage de bois de qualité secondaire est un processus en pleine expansion avec l'augmentation de l'utilisation de la biomasse pour la production d'énergie. La transformation du bois en plaquettes facilite l'automatisation des chaudières. Peu de recherches ont traité le mécanisme de la formation des plaquettes et des efforts de coupe durant cette opération. Lors de ce travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur le système de déchiquetage à disque. Un banc d'essais de taille réelle a été construit afin de permettre la variation de plusieurs paramètres, tels que la vitesse de coupe, la vitesse d?amenage, les angles de coupe, la direction d'amenage, la hauteur du contre-couteau, le mode de coupe, le nombre des couteaux et leur saillie.Les expérimentations ont montré que la taille des plaquettes augmente avec l'augmentation de l'avance par dent, l'angle de coupe réel et l'angle de taillant, et diminue avec l'augmentation de la vitesse de coupe. Le processus de la formation des plaquettes est composé de deux mécanismes, qui sont le cisaillement et la propagation de fissures. La mesure des efforts de coupe et de la puissance électrique consommée pour une bande passante pouvant atteindre 3 kHz complète ces données granulométriques. Grâce au banc d'essais de déchiquetage, nous avons pu montrer la corrélation ou l'indépendance de facteurs influents intervenant dans l'optimisation des conditions de coupe / Chipping wood of second quality is a rapidly growing process because of the increasing use of the biomass in energy production field. The utilization of wood chips as a combustible, make it easier to automate the wood boilers function. Few studies were carried out in order to understand the mechanism of the chip formation and the evolution of cutting force during the chipping operation. In this thesis, we focused our analysis on the disc chipper. A test bench of real dimensions was built up in order to be able to vary many parameters such as cutting and feeding speed, cutting angles, feeding direction, anvil height, cutting directions, knives number and their height.Experimental study showed that chip size grows when the feeding tooth, the cutting angle and the sharpness angle increase, whereas it decreases when the cutting speed increases. The process of the chip formation is composed of two mechanisms that are shear and cracks propagation. Measurement of cutting force and electric power consumption for a bandwidth up to 3 kHz bring important results to the chip size study. The chipping test bench allowed us to reveal the correlation or the independency between the parameters needed to optimize the chipping operation

L'archivage de données industrielles est un problème complexe : il s'agit de stocker un grand nombre de données sur plusieurs décennies, tout en supportant la charge des insertions temps réel et des requêtes d'extraction et d'analyse. Pour ce type d'application, des produits « de niche » se sont spécialisés pour ce segment du marché : les progiciels d'historisation. Il s'agit de solutions propriétaires avec des coûts de licence de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers d'euros, et dont le fonctionnement interne n'est pas dévoilé. Nous avons donc dans un premier temps mis en évidence les spécificités de ces progiciels d'historisation, tant au niveau des fonctionnalités que des performances. Néanmoins, l'archivage de données industrielles peut s'appliquer à des contexte très différents. L'IGCBox par exemple est un mini PC industriel utilisant MySQL pour l'archivage à court terme des données de production des centrales hydrauliques d'EDF. Ce matériel présente quelques spécificités, la principale étant son système de mémoire non volatile basé uniquement sur la technologie flash, pour sa fiabilité importante en milieu industriel et sa faible consommation d'énergie. Les SGBD possèdent pour des raisons historiques de nombreuses optimisations spécifiques aux disques durs, et le manque d'optimisation adaptée aux mémoires flash peut dégrader significativement les performances. Le choix de ce type de mémoire a donc eu des répercussions notables sur les performances pour l'insertion, avec une dégradation importante par rapport aux disques durs. Nous avons donc proposé Chronos, un SGBD dédié à l'historisation de données sur mémoires flash. Pour cela, nous avons en particulier identifié un algorithme d'écriture « quasi-séquentiel » efficace pour accéder à la mémoire, ainsi que des mécanismes de bufferisation et de mise à jour d'index optimisés pour les charges typiques de l'historisation. Les résultats expérimentaux montrent un gain significatif pour les insertions par rapport à des solutions équivalentes, d'un facteur 20 à 54. Chronos est donc une solution compétitive lorsque les insertions correspondent à une proportion importante de la charge soumise au SGBD. En particulier pour les charges typiques des IGCBox, Chronos se distingue en proposant des performances globales améliorées d'un facteur 4 à 18 par rapport aux autres solutions. / Archiving industrial data is a complex issue: a large volume of data has to be stored for several decades while meeting performance requirements for real-time insertions, along with retrieval and analysis queries. For these applications, niche products have specialized in this market segment: data historians. Data historians are proprietary solutions, with license fees of tens of thousands of dollars, and whose internal mechanisms are not documented. Therefore, we first emphasized data historian specificities, with regards to functionalities as much as performance. However, archiving industrial data can occur in very different contexts. IGCBoxes for example are industrial mini PCs using MySQL for short-term data archiving in hydroelectric power stations at EDF. These equipments expose distinctive features, mainly on their storage system based exclusively on flash memory, for its reliability in an industrial environment and its low energy consumption. For historical reasons, DBMS include many hard disk drive-oriented optimizations, and the lack of adjustment for flash memories can significantly decrease performance. This type of memory thus had notable consequences on insert performance, with a substantial drop compared with hard disk drives. We therefore designed Chronos, a DBMS for historization data management on flash memories. For that purpose, we especially identified an efficient “quasi-sequential” write pattern on flash memories, along with buffer and index management techniques optimized for historization typical workloads. Experimental results demonstrate improved performance for insertions over different solutions, by a factor of 20 to 54. Chronos is therefore competitive when insertions make up an extensive part of the workload. For instance, Chronos stands out with the typical workload of IGCBoxes, with global performance improved by a factor of 4 to 18 compared with other solutions.