Étude des méthodes de placements : évaluation des critères d'optimisation, et fonction du cout de placement. Présentation des heuristiques de placement suivant une classification synthétique afin de mettre en évidence leurs avantages, leurs inconvénients et leurs domaines d'application. Principes d'adaptation des méthodes de placement au traitement des réseaux structurés. Implantation des connexions dans les structures à canaux d'interconnexion. Détail des stratégies basées sur une décomposition du traitement en deux phases successives. Étude en particulier des méthodes de tracé global sur les réseaux prédiffusés. Présentation d'un système d'implantation automatise sur les réseaux de cellules prédiffusés structurés en matrice de macro-site.

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Nous nous intéressons à la création de surfaces à pôles (NURBS essentiellement), largement utilisées dans les systèmes de modélisation géométrique. Un des avantages de cette modélisation est de permettre d'appréhender la forme des surfaces par la position de points de contrôle. L'approche déclarative de la modélisation de surfaces est destinée à la réalisation rapide et facile d'ébauches de formes et de surfaces. Elle est aussi et surtout destinée à accélérer les processus de conception des spécialistes en leur proposant des solutions adaptées répondant à un ensemble de contraintes et de propriétés.<br /><br />Pour y parvenir, le travail réalisé dans la thèse se divise en quatre étapes :<br /><br />* Etude de faisabilité : réalisée en collaboration avec l'Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers d'Aix-en-Provence, elle s'est focalisée sur la description et la modélisation d'objets de type pièces mécaniques.<br />* Analyse conceptuelle : Cette étape primordiale dans un projet d'une telle envergure nous a permis de mettre au point l'architecture générale de notre processus déclaratif de surfaces. Dans le cadre de la thèse et en vue d'un premier prototype, nous décidons de focaliser notre étude sur la partie résolution qui se scinde en deux : la détermination des classes de solutions et leur construction sous contraintes.<br />* Etude et développement de la "détermination des classes de solutions" : Notre approche repose sur le comportement d'une surface face aux déformations qui lui sont apportées lors de sa construction : deux surfaces appartiennent à la même classe si elles ont le même comportement face à la même succession de déformations.<br />* Etude et développement de la "construction sous contraintes" : Afin d'obtenir une surface solution particulière (ou instance d'une classe de solutions) nous choisissons une construction par l'application successive de déformations. Ces déformations sont soumises à des contraintes plus ou moins fortes. Nous avons donc élaboré une méthode de déformations de surfaces capable de satisfaire des contraintes de passage tout en gardant un fort contrôle sur la forme de chaque zone d'influence.<br /><br />Deux applications mettant en oeuvre ce travail ont été réalisées en C++ et sont disponibles sous les versions 32-bits de MS Windows(R), Linux et MacOS X.

Pour de nombreuses applications informatiques, il est nécessaire d'interpréter des données échantillonnées et de fournir une représentation aussi correcte que possible des objets dont elles proviennent. Entre autres, on peut penser à l'imagerie médicale, au reverse engineering, à des applications de réalité virtuelle ou encore aux effets spéciaux pour le cinéma. Le problème étudié dans le cadre de cette thèse peut être formulé ainsi : à partir d'un ensemble S de points 3D échantillonnés sur un objet O, il s'agit de fournir un modèle géométrique de la surface délimitant O. Dans un premier temps, on détaille l'implantation d'une solution classique en Géométrie algorithmique dans le cadre du progiciel CGAL (http://www.cgal.org/). Les modules développés, Alpha-formes en dimensions 2 et 3, sont dorénavant partie intégrante de la libraire et distribués avec la version 2.3. Ensuite, on présente une nouvelle approche pour la reconstruction 3D à partir de nuages de points, dont le principe est de déployer une surface orientable sur les données. Cette méthode se révèle être très efficace, et surtout capable de fournir des réponses dans des cas difficiles. Elle offre, en outre, d'excellentes performances et permet de traiter de gros jeux de données. Enfin, on décrit une nouvelle méthode de reconstruction 3D pour des points organisés en sections. Il s'agit d'une méthode d'interpolation reposant sur les voisins naturels, un système de coordonnées barycentriques locales. Elle réunit deux grandes tendances: elle propose une définition fonctionnelle, C^1 presque partout, de l'objet reconstruit tout en ne considérant que des structures géométriques discrètes de type triangulation de Delaunay. L'interpolation de coupes parallèles permet, de surcroît, une solution efficace, grâce à des calculs uniquement réalisés en dimension 2.

Mes recherches ont pour cadre la modélisation géométrique pour la Conception Assistée par Ordinateur et la Synthèse d'images. Plus précisément, j'étudie les possibilités qu'offrent les procédés de construction itératifs basés sur le principe de la géométrie fractale. Partant du modèle IFS (Iterated Function System), nous avons montré qu'il est possible de modéliser des formes non conventionnelles et ainsi de donner accès à un nouvel univers de formes aux concepteurs, artistes et designers. Cette approche est notamment utilisée pour modéliser des surfaces plissées (comme pour la réalisation de coques en architecture) ou des surfaces rugueuses. Nous avons orienté nos travaux sur la notion de texture géométrique et nous développons des méthodes pour les contrôler. Ainsi nous introduisons une notion de géométrie différentielle fractale permettant de caractériser et contrôler les courbes et surfaces fractales. Par ailleurs, nous montrons que notre modèle est une généralisation des modèles de surfaces Splines, NURBS et des surfaces de subdivision. Il donne un nouvel éclairage sur certains problèmes liés à ces modèles comme celui des raccords entre surfaces de natures différentes ou encore celui du comportement autour des points extraordinaires.

Les techniques de la réalité virtuelle constituent de nouveaux outils pour les métiers de la conception de produits manufacturés et offrent des gains en terme d'innovation, de temps et d'argent. L'enjeu industriel est l'intégration de ces techniques dans le cycle de conception du produit. Ces techniques doivent ainsi s'interfacer avec les différents corps de métiers et pouvoir être en phase avec le rythme des mises à jour des modèles numériques. La problématique technologique posée est relative à la gestion des données géométriques produites par les bureaux d'études en conception assistée par ordinateur. Ces données sont exhaustives, très nombreuses et ne sont pas manipulables dans un dispositif de réalité virtuelle en raison des contraintes de temps de calcul. Une maquette numérique, possédant une quantité d'informations maîtrisée et dédiée à la réalité virtuelle, est alors nécessaire. Ces travaux ont pour objectif d'apporter des méthodes et outils permettant l'utilisation des techniques de l'immersion virtuelle par les métiers du design automobile. Une chaîne de conversion, simplification et optimisation des données en fonction des critères des métiers du design automobile est proposée pour la création d'une maquette numérique dédiée à l'immersion virtuelle. La gestion en temps réel des données de cette maquette numérique est effectuée en fonction de critères de visualisation de la scène dans un contexte d'immersion virtuelle.

Ce travail propose une méthode de conception des mécanismes basée sur une décomposition hiérarchique des tâches de synthèse. Parmi les tâches identifiées, nous nous intéressons à celle qui effectue le choix et le dimensionnement optimal des " Dispositifs Technologiques assurant les liaisons mécaniques ". Ces DTLM sont des features de haut niveau qui possèdent tous les attributs nécessaires à un traitement indépendant. La recomposition du système peut cependant révéler des conflits entre les liaisons. La synthèse d'ensemble est exprimée sous la forme d'un problème d'optimisation hiérarchique pour lequel nous proposons plusieurs méthodes de résolution dont une méthode d'optimisation collaborative. Nous présentons un outil d'assistance qui, couplé à un logiciel de CAO commercial, nous a permis de valider les concepts. Des exemples illustrent notre propos

Pour utiliser efficacement les moyens de simulation, l'analyse mécanique par éléments finis (ÉF) doit être préparée en posant les hypothèses et en simplifiant le domaine d'étude. L'adaptation des modèles de conception (CAO) pour le calcul se traduit par l'élimination des détails de forme et de topologie afin de générer un maillage ÉF dont la taille des éléments est adaptée au comportement mécanique et à la précision souhaitée (carte de tailles). Actuellement, la préparation des modèles CAO pour le calcul ÉF reste une tâche longue et difficile à cause du manque d'outils automatiques pour éliminer ces détails et générer des maillages adaptés. Notre travail contribue aux recherches concernant le passage entre les modèles CAO et les modèles de calcul ÉF en traitant trois points : la simplification des aspects de forme d'une pièce CAO, l'adaptation de la topologie du modèle BREP, la génération de maillages trans-carreaux. Nous proposons des critères d'identification de détails de forme qui reposent sur les caractéristiques de forme CAO et les besoins du maillage ÉF (carte de tailles, conditions aux limites). Ces critères identifient les transformations CAO nécessaires pour simplifier la forme du modèle. Nous avons mis en place la structure et les opérateurs de Topologie des Contraintes deMaillage (TCM), qui visent à adapter la topologie d'un modèle CAO pour représenter uniquement les entités pertinentes pour la génération du maillage. Les opérateurs TCM gèrent des transformations topologiques de haut niveau (par exemple découpage-suppression d'arête), et regroupent les surfaces et courbes sous-jacentes pour former des entités géométriques composites. Le processus d'adaptation est automatisé par des critères d'identification de détails qui déterminent automatiquement les opérations topologiques TCM nécessaires pour adapter la topologie aux contraintes du maillage : carte de tailles, géométrie, et zones de conditions aux limites. La dernière partie de notre contribution étend la génération de maillages par approche frontale aux entités géométriques composites. Cette extension propose la génération de trajectoires trans-carreaux pour la progression frontale et la construction des images des éléments sur les carreaux d'une surface composite. Cette méthode utilise la géométrie exacte du modèle, ne nécessite pas de re-paramétrisation, et présente l'avantage de ne pas être limitée par la topologie et la forme des surfaces composites.

Increasing CO2 emissions from the energy and industrial sectors are a worldwide concern due to the effects that these emissions have on the global climate. Carbon capture and storage has been identified as one of a portfolio of technologies that would mitigate the effects of global warming in the upcoming decades. Calcium looping is a second generation carbon capture technology aimed at reducing the CO2 emissions from the power and industrial sectors. This thesis assesses the improvement of the calcium looping cycle for CO2 capture through enhanced sorbent production and testing at lab-, bench- and pilot-scale, and a new operational mode with high oxygen concentrations in the calciner through experimental campaigns in Cranfield’s 25 kWth pilot unit. Novel biomass-templated sorbents were produced using the pelletisation technique and tested at different conditions in a thermogravimetric analyser (TGA) and a bench-scale plant comprising a bubbling fluidised bed (BFB) reactor. Moreover, the effects of sorbent poisoning by SO2, and the influence of steam were studied in order to explore the effects of real flue gas on this type of material. In addition to the chemical performance, the mechanical strength, i.e. resistance to fragmentation of these materials was tested. In additon, two different kinds of enhanced materials were produced and tested at pilot-scale. Namely, calcium aluminate pellets and HBr-doped limestone were used in experimental campaigns in Cranfield’s 25 kWth pilot plant comprising a CFB carbonator and a BFB calciner. The suitability of these materials for Ca looping was assessed and operation challenges were identified in order to provide a basis for synthetic sorbent testing at a larger scale. Lastly, a new operational mode was tested, which is aimed at reducing the heat provided to the calciner through high oxygen concentration combustion of a hydrocarbon (in this case natural gas) in the calciner. This approach reduces or even eliminates the recirculated CO2 stream in the calciner. In consequence, this results in a lower capital (reduced size of the calciner) and operational cost (less oxygen and less fuel use). Several pilot plant campaigns were performed using limestone as solid sorbent in order to prove this concept, which was successfully verified for concentrations of up to 100% vol oxygen in the inlet to the calciner.

Certaines opérations de maintenance sur sites industriels nécessitent une planification à partir de modèles numériques 3D des scènes où se déroulent les interventions. Pour permettre la simulation de ces opérations, les modèles 3D utilisés doivent représenter fidèlement la réalité du terrain. Ces représentations virtuelles sont habituellement construites à partir de nuages de points relevés sur le site, constituant une description métrologique exacte de l’environnement sans toutefois fournir une description géométrique de haut niveau.Il existe une grande quantité de travaux abordant le problème de la reconstruction de modèles 3D à partir de nuages de points, mais peu sont en mesure de fournir des résultats suffisamment fiables dans un contexte industriel et cette tâche nécessite en pratique l’intervention d’opérateurs humains.Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent l’automatisation de la reconstruction,avec comme principal objectif la fiabilité des résultats obtenus à l’issu du processus. Au vu de la complexité de ce problème, nous proposons d’exploiter des connaissances et données a priori pour guider la reconstruction. Le premier a priori concerne la compositiondes modèles 3D : en Conception Assistée par Ordinateur (CAO), les scènes industrielles sont couramment décrites comme des assemblages de primitives géométriques simples telles que les plans, sphères, cylindres, cônes, tores, etc. Nous hiérarchisons l’analyse en traitant dans un premier temps les plans et les cylindres, comme un préalable à la détection de stores. On obtient ainsi une description fiable des principaux composants d’intérêt dans les environnements industriels. Nous proposons en outre d’exploiter un certain nombre de règles régissant la manière dont ces primitives s’assemblent en un modèle CAO, basées surdes connaissances ”métier” caractérisant les scènes industrielles que nous traitons. De plus,nous tirons parti d’un modèle CAO existant d´ecrivant une scène similaire à celle que nous souhaitons reconstruire, provenant typiquement de la reconstruction antérieure d’un site semblable au site d’intérêt. Bien que semblables en théorie, ces scènes peuvent présenterdes différences significatives qui s’accentuent au cours de leur exploitation.La méthode que nous développons se fonde sur une formulation Bayésienne du problème de reconstruction : il s’agit de retrouver le modèle CAO le plus probable vis à visdes différentes attentes portées par les données et les a priori sur le modèle à reconstruire. Les diverses sources d’a priori s’expriment naturellement dans cette formulation. Pour permettre la recherche du modèle CAO optimal, nous proposons une approche basée surdes tentatives d’insertion d’objets générés aléatoirement. L’acceptation ou le rejet de ces objets repose ensuite sur l’am´elioration systématique de la solution en cours de construction. Le modèle CAO se construit ainsi progressivement, par ajout et suppression d’objets, jusqu’à obtention d’une solution localement optimale. / 3D models are often used in order to plan the maintenance of industrial environments.When it comes to the simulation of maintenance interventions, these 3D models have todescribe accurately the actual state of the scenes they stand for. These representationsare usually built from 3D point clouds that are huge set of 3D measurements acquiredin industrial sites, which guarantees the accuracy of the resulting 3D model. Althoughthere exists many works addressing the reconstruction problem, there is no solution toour knowledge which can provide results that are reliable enough to be further used inindustrial applications. Therefore this task is in fact handled by human experts nowadays.This thesis aims at providing a solution automating the reconstruction of industrialsites from 3D point clouds and providing highly reliable results. For that purpose, ourapproach relies on some available a priori knowledge and data about the scene to beprocessed. First, we consider that the 3D models of industrial sites are made of simpleprimitive shapes. Indeed, in the Computer Aided Design (CAD) field, this kind of scenesare described as assemblies of shapes such as planes, spheres, cylinders, cones, tori, . . . Ourown work focuses on planes, cylinders and tori since these three kind of shapes allow thedescription of most of the main components in industrial environment. Furthermore, weset some a priori rules about the way shapes should be assembled in a CAD model standingfor an industrial facility, which are based on expert knowledge about these environments.Eventually, we suppose that a CAD model standing for a scene which is similar to theone to be processed is available. This a priori CAO model typically comes from the priorreconstruction of a scene which looks like the one we are interested in. Despite the factthat they are similar theoretically, there may be significant differences between the sitessince each one has its own life cycle.Our work first states the reconstruction task as a Bayesian problem in which we haveto find the most probable CAD Model with respect to both the point cloud and the a prioriexpectations. In order to reach the CAD model maximizing the target probability, wepropose an iterative approach which improves the solution under construction each time anew randomly generated shape is tried to be inserted in it. Thus, the CAD model is builtstep by step by adding and removing shapes, until the algorithm gets to a local maximumof the target probability.