La stabilité d’un fluide Newtonien diélectrique confiné dans un anneau cylindrique et soumis à un gradient radial de température et à un champ électrique est étudiée. Le gradient de température induit une stratification de la permittivité électrique du fluide et de sa masse volumique. Trois poussées thermiques rentrent alors en jeu : la gravité terrestre créée la poussée d’Archimède, la rotation des cylindres engendre la poussée centrifuge, et le champ électrique induit la poussée diélectrophorétique. L’effet de ces poussées est étudié dans différentes combinaisons, principalement à travers l’étude de la stabilité linéaire, mais également par la simulation numérique directe. / The stability of a Newtonian dielectric fluid confined in a cylindrical annulus and submitted to a radial temperature gradient and an electric field is studied. The temperature gradient induces a stratification of the electric permittivity and of the density. Thus three thermal buoyancies intervene: the Earth gravity creates the Archimedean buoyancy, the rotation of the cylinders generates the centrifugal buoyancy, and the electric field induces the dielectrophoretic buoyancy. The effect of these buoyancies is studied in different combination, principally through the linear stability analysis, but also by direct numerical simulation.

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(地球環境学) / 乙第12827号 / 論地環博第7号 / 新制||地環||24(附属図書館) / 31314 / (主査)教授 勝見 武, 教授 三村 衛, 准教授 乾 徹 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Global Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24815号 / 工博第5158号 / 新制||工||1985(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 渦岡 良介, 准教授 岩井 裕正, 准教授 上田 恭平, 教授 森 信人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Medan världen undergår en klimatkris, nya sätt för att mildra den har undersökts till det korta och långa loppet. Koldioxid är ett ämne som uppmärksammats då stora mängder av den släpps ut till atmosfären på grund av förbränningsprocesser. Då detta sker, ett sätt för att mildra klimatomställningen är genom ”Carbon Capture and Storage”, CCS. Det finns redan metoder för att fånga och separera CO2, genom exempelvis roterande packade säng eller vattnade vägg kolumner. Dock har staplade disk centrifug inte undersökts. Denna rapport har undersökt och använt en staplad disk centrifug för just koldioxid separering, genom användning av vatten och NaOH-lösning som absorbenter. Några parametrar har varierats såsom koncentrationen på NaOH-lösningen, luftflödeshastighet och koldioxid koncentration. Resultaten visade att användning av en staplad disk centrifug separerade inte märkvärdiga mängder av CO2. Det hittades däremot förklaringar till detta och det var att den låga halten CO2, de begränsade mätinstrumenten och det experimentella uppställningen som ej gav tid för absorption att ske. / As the world is going through a climate crisis, ways to mitigate it in the short and long term have been investigated. Carbon dioxide is a molecule of importance due to the amounts that are freely emitted into the atmosphere because of combustion processes. Due to this, one way of many, to mitigate climate change is Carbon capture and storage, CCS. There are also consequently several ways to capture and separate CO2 in post combustion processes, such as the use of rotating packed beds or wetted wall columns, however the use of disc stack centrifuges has not been investigated for this application. This paper has investigated and used a disc stack centrifuge for this purpose, by using water and NaOH solution as aerosol absorbents. Some parameters have been varied such as NaOH concentration, air flow speed and carbon dioxide concentration.  Results had shown that the use of a disc stack centrifuge did not yield considerable CO2 separation, however, an explanation for this was found to be due to low CO2 concentration and limited measuring instruments as well as a setup that did not make it possible for absorbent and CO2 to fully react and be efficiently separated.

This study uses dynamic centrifuge tests and three-dimensional (3D), nonlinear finite-difference analyses to: (1) evaluate the effect of soil-cement grid reinforcement on the seismic response of a deep soft soil profile, and (2) to examine the dynamic response of structures supported by shallow foundations on soft clay reinforced by soil-cement grids. The soil profile consisted of a 23-m-thick layer of lightly over-consolidated clay, underlain and overlain by thin layers of dense sand. Centrifuge models had two separate zones for a total of four different configurations: a zone without reinforcement, a zone with a "embedded" soil-cement grid which penetrated the lower dense sand layer and had a unit cell area replacement ratio Ar = 24%, a zone with an embedded grid with Ar = 33%, and a zone with a "floating" grid in the upper half of the clay layer with Ar = 33%. Models were subjected to a series of shaking events with peak base accelerations ranging from 0.005 to 0.54g. The results of centrifuge tests indicated that the soil-cement grid significantly stiffened the site compared to the site with no reinforcement, resulting in stronger accelerations at the ground surface for the input motions used in this study. The response of soil-cement grid reinforced soft soil depends on the area replacement ratio, depth of improvement and ground motion characteristics. The recorded responses of the structures and reinforced soil profiles were used to define the dynamic moment-rotation-settlement responses of the shallow foundations across the range of imposed shaking intensities. The results from centrifuge tests indicated that the soil-cement grids were effective at controlling foundation settlements for most cases; onset of more significant foundation settlements did develop for the weakest soil-cement grid configuration under the stronger shaking intensities which produced a rocking response of the structure and caused extensive crushing of the soil-cement near the edges of the shallow foundations. Results from dynamic centrifuge tests and numerical simulations were used to develop alternative analysis methods for predicting the demands imposed on the soil-cement grids by the inertial loads from the overlying structures and the kinematic loading from the soil profile's dynamic response. / Ph. D.

Le Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine (R4E) a le potentiel de remplacer les turbines à gaz de 1 MW et moins en offrant : (1) une densité de puissance de 7.6 kW/kg, soit le double des turbines à gaz actuelles, (2) une meilleure fiabilité et un moindre coût par sa pièce mobile unique et (3) une efficacité de plus de 20 %, soit similaire aux turbines à gaz de cette puissance.Le R4E convertit la grande vitesse tangentielle du mélange air-carburant, idéalement 1000 m/s, en une grande pression dans la chambre de combustion. La combustion des réactifs augmente le volume du gaz ce qui force les produits à sortir à une grande vitesse tangentielle. La poussée générée est récupérée en travail mécanique à l'arbre directement ou est convertie en électricité. Ce travail présente la conception de la géométrie des propulseurs à l'aide d'un modèle 1D généralisé basé sur l'analyse préliminaire, ainsi que la validation expérimentale d'un prototype faisant la preuve de concept du R4E à travers 5 étapes principales s'étendant sur 2 versions du prototype : (1) la friction aérodynamique, (2) l'écoulement dans le moteur, (3) l'allumage, (4) la combustion et (5) la démonstration de la puissance nette des ailettes. La friction aérodynamique de la paroi externe du Rim-Rotor dépasse de 35 % les modèles actuels ce qui en fait le mécanisme de perte le plus important.Le débit massique dans le moteur est de 30 % inférieur à la valeur estimée par le modèle 1D pour la géométrie testée. La puissance de trainée des statoréacteurs sans combustion mesurée est en ligne avec la puissance prédite pour un débit massique corrigé expérimentalement. En ce qui concerne la combustion dans le moteur, le champ centrifuge extrême domine le mécanisme de propagation de la flamme. Un modèle simple de flottaison est utilisé pour prédire la longueur du front de flamme, représentant les produits chauds qui ont tendance à"flotter" sur les réactifs froids. Un modèle numérique est élaboré pour valider la propagation de la flamme jusqu'à une accélération centrifuge de 1.1 million de g et montre une bonne corrélation avec le modèle simple. Une efficacité de combustion de 85% est démontrée avec un second prototype pour une accélération centrifuge jusqu'à 284 000 g, soit 25 fois supérieures à la plus grande valeur testée dans la littérature. Une fois la combustion stabilisée, ce prototype a été en mesure de produire une légère poussée, une première pour les moteurs à statoréacteur rotatif.

La chromatographie bidimensionnelle préparative suscite de plus en plus d'intérêt dans l'élucidation d'échantillons complexes car elle permet de collecter un grand nombre de molécules à haute pureté et quantitée récupérée. Bien que la chromatographie liquide (LC) soit souvent choisie en deuxième dimension, la chromatographie de partage centrifuge (CPC) à de multiples avantages qui en font une technique de choix pour la première dimension. Dans le but de purifier plusieurs molécules d’intérêt dans les matrices végétales, le couplage «comprehensive» CPCxLC représente une technique à fort potentiel. Après avoir expliqué son intérêt et les enjeux liés à la séparation préparative en mode «comprehensive», le développement d’une telle séparation est étudiée selon trois axes. Tout d’abord, une purification de deux molécules d’intérêt dans la plante Edelweiss est réalisée à l’échelle industrielle grâce à la réalisation de cartographies 2D au laboratoire. Cette application permet de montrer l’intérêt du couplage et de mettre en évidence les verrous liés aux conditions de transfert total des fractions en deuxième dimension. Dans une deuxième partie, la séparation CPCxLC en mode « comprehensive » est développée avec le transfert total de l’échantillon en deuxième dimension pour la purification de cinq composés cibles présents dans la plante Edelweiss. Les points clés de la séparation CPCxLC, à savoir le temps d’échantillonnage et le transfert en deuxième dimension, sont étudiés au regard du couplage LCxLC afin de garantir une qualité de séparation permettant la récupération totale des composés. Enfin, la troisième partie consiste à la mise en place d’une méthodologie de sélection des systèmes CPCxLC basée sur l’évaluation quantitative du potentiel des systèmes bidimensionnels à apporter de la distance entre les pics. Cette procédure de sélection est développée sur l’échantillon Cyclopia genistoides avec l’objectif d’isoler huit composés cibles / Preparative two-dimensional chromatography is gaining interest in the elucidation of complex samples as it allows the collection of a large number of molecules with high recovered purity and quantity. While the second dimension is often selected to be liquid chromatography (LC), centrifugal partition chromatography (CPC) is a technique with multiple advantages representing a suitable first dimension. In order to purify several molecules of interest in plant matrices, the comprehensive CPCxLC represents a technique with high potential. After explaining its interest and the issues related to the preparative separation in comprehensive mode, the development of such a separation is studied according to three axes. Firstly, a purification of two targeted molecules in Edelweiss plant is carried out at industrial scale thanks to the realization of 2D-contour plot. This application allows to expose the interest of the separation and to highlight the locks related to the conditions of total transfer of the fractions in second dimension. In a second part, the comprehensive CPCxLC separation is developed with the total transfer of the sample in second dimension applied to the purification of five target compounds from Edelweiss plant. The key points of the CPCxLC separation, namely the sampling time and the second dimension transfer, are studied with regard to the LCxLC separation in order to ensure a separation quality allowing the total recovery of the compounds. Finally, the third part consists in the implementation of a CPCxLC system selection methodology based on the quantitative evaluation of the potential of two-dimensional systems to generate distance between peaks. This selection procedure is developed on the sample Cyclopia genistoides with the objective of isolating eight target compounds

The recent 2011 Tōhoku earthquake and tsunami served as a stark reminder of the destructive capabilities of such combined events. Civil Engineers are increasingly tasked with protecting coastal populations and infrastructure against more severe multi-hazard events. Whilst the protective measures must be robust, their deployment over long stretches of coastline necessitates an economical and environmentally friendly design. The dual row retaining wall concept, which features two parallel sheet pile walls with a sand infill between them and tie rods connecting the wall heads, is potentially an efficient and resilient system in the face of both earthquake and tsunami loading. Optimal use of the soil's strength and stiffness as part of the structural system is an elegant geotechnical solution which could also be applied to harbours or elevated roads. However, both the static equilibrium and dynamic response of these types of constructions are not well understood and raise many academic and practical challenges. A combination of centrifuge and numerical modelling was utilised to investigate the problem. Studying the mechanics of the walls in dry sand from the soil stresses to the system displacements revealed the complex nature of the soil structure interaction. Increased wall flexibility can allow more utilisation of the soil's plastic capacity without necessarily increasing the total displacements. Recognising the dynamically varying vertical effective stresses promotes a purer understanding of the earth pressures mobilised around the walls and may encourage a move away from historically used dynamic earth pressure coefficients. In a similar vein, the proposed modified Winkler method can form the basis of an efficient preliminary design tool for practice with a reduced disconnect between the wall movements and mobilised soil stresses. When founded in liquefiable soil and subjected to harmonic base motion, the dual row walls were resilient to catastrophic collapse and only accrued deformation in a ratcheting fashion. The experiments and numerical simulations highlighted the importance of relative suction between the walls, shear-induced dilation and regained strength outside the walls and partial drainage in the co-seismic period. The use of surrogate modelling to automatically optimise parameter selection for the advanced constitutive model was successfully explored. Ultimately, focussing on the mechanics of the dual row walls has helped further the academic and practical understanding of these complex but life-saving systems.

Toxoplasma gondii, Neospora caninum et Plasmodium falciparum sont des parasites protozoaires intracellulaires obligatoires, respectivement responsables de la toxoplasmose, de la néosporose et du paludisme. Les différents traitements mis en œuvre reposent sur une association médicamenteuse. Cependant, des échecs thérapeutiques et des résistances aux traitements ont été décrits. Notre travail a porté sur l’identification de molécules actives isolées par Chomatographie de Partage Centrifuge (CPC) à partir d’extraits d’écorces d’Anogeissus leiocarpus, un arbre d’Afrique de l’ouest connu pour son activité antipaludique, et de dix arbres de la région Champagne-Ardenne. Nous nous sommes penchés, dans un premier temps, sur l’activité antiparasitaire des fractions obtenues à partir d’extrait d’écorce d’A. leiocarpus. La trachélospérogénine E et l’extrait global sans tanin se sont révélés actifs, notamment en inhibant l’invasion des cellules hôtes par T. gondii. Cet extrait a également préservé la survie des souris atteintes de toxoplasmose chronique. Les mêmes composés naturels ont eu un effet contre N. caninum et P. falciparum. Dans une seconde partie, 30 extraits d’écorces de dix arbres de la région Champagne-Ardenne ont été testés sur T. gondii et N. caninum. Les composés responsables de l’activité antiparasitaire présents chez Alnus glutinosa semblent être la bétuline et ses dérivés. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à l’activité de 400 molécules de synthèse de la Pathogen Box. Huit d’entre elles ont eu un effet significatif contre T. gondii, dont trois avec une sélectivité importante. Des expérimentations sont toutefois à réaliser pour N. caninum. / Toxoplasma gondii, Neospora caninum and Plasmodium falciparum are mandatory intracellular protozoan parasites and are responsible for toxoplasmosis, neosporosis and malaria, respectively. The different treatments used are based on drug combination. However therapeutic failures and drug resistances have been described. Our work focused on the identification of active compounds isolated by Centrifugal Partition Chromatography (CPC) from crude barks extracts from Anogeissus leiocarpus, a West African tree known for its antimalarial activity, and ten trees from the Champagne-Ardenne region. First we studied the activity of the fractions obtained from the crude bark extract from A. leiocarpus. Trachelosperogenin E and the global extract without tannin showed a good activity by inhibiting host cell invasion by T. gondii. The latter was able to preserve mice survival toward chronic toxoplasmosis. These extracts were also active on N. caninum and P. falciparum. In a second part 30 crude barks extracts from ten trees located in the Champagne-Ardenne region were screened on T. gondii and N. caninum. Compounds responsible for the antiparasitic activity found in Alnus glutinosa were especially betulin and its derivatives. In the last part of this study we focused on the antiparasitic activity of 400 synthetic molecules from the Pathogen Box. Eight out of them were significantly efficient against T. gondii, among which three showed an important selectivity. Further experiments must be completed in the case of N. caninum.

La convection thermique dans les objets naturels de grande taille est associée à de fortes variations de la pression, hydrostatique au premier ordre. C’est le cas pour l’atmosphère de la Terre (et d’autres planètes), les planètes gazeuses géantes, les étoiles, mais aussi l’intérieur des planètes telluriques. De part l’importance des effets de compressibilité, l’approximation de Boussinesq n’y est pas vérifiée et d’autres modèles, comportant également des approximations, sont utilisés : les modèles anélastiques. Toutefois, peu d’expériences ont été réalisées pour les vérifier. Cette thèse présente une expérience dont les paramètres ont été optimisés afin d’obtenir des effets de compressibilité importants en laboratoire. Pour ce faire, une gravité apparente forte est obtenue à l’aide d’une centrifugeuse et du xénon gazeux est utilisé, nous permettant d’atteindre un nombre de dissipation significatif. Ces expériences ont permis l’observation en laboratoire d’un gradient adiabatique de 3 K/cm et d’un exposant de 0,3 pour la loi de puissance caractérisant le transfert thermique turbulent entre le nombre de Nusselt et le nombre de Rayleigh superadiabatique.L’étude des fluctuations de pression et de température montrant que l’écoulement est quasi-geostrophique dû à la forte rotation imposée par la centrifugeuse, un modèle anélastique quasi-géostrophique est développé afin de réaliser des simulations numériques bidimensionnelles relatives à l’expérience. / In large natural objects, thermal convection is associated with large pressure differences, mainly due to hydrostatic balance. This is true in the atmosphere of the Earth (and other planets), in gas giant planets, in stars, but also in the interior of telluric planets. Boussinesq approximation is not valid owing to large compressibility effects, and other approximate models can be used to model these objects, like the anelastic approximation. However, very few experiments have been performed to assess these models. In the present PhD thesis, an experiment is shown, with parameters designed to maximize compressibility effects in a laboratory. In this perspective, an enhanced apparent gravity is obtained using a centrifuge, and Xenon gas is used, allowing us to reach a significant dissipation parameter. In our experiments, we have observed an adiabatic gradient of 3~K/cm and the power law between the superadiabatic Rayleigh number and the Nusselt number measuring the turbulent heat transfer is characterized by an exponent 0.3.Measurements of temperature and pressure fluctuations show that the flow is quasi-geostrophic as a result of the strong rotation rate of the centrifuge. An anelastic, quasi-geostrophic model has then been developed and solved numerically in the same configuration as the experiments.