Dans un contexte de changements climatiques palpables, la recherche dans le domaine des énergies ± propres ¿ devient de plus en plus valorisée. La technologie des piles à combustibles en est une voie qui intéresse les chercheurs autant que les décideurs. Pour cause, leur utilisation à grande échelle est potentiellement capable de défaire la dépendance aux combustibles fossiles. Ces derniers sont en effet accusés de dérégler l'équilibre climatique, mais aussi de créer des tensions internationales. La ± pile à combustible à membrane échangeuse de protons ¿, ou PEMFC pour ± Proton Exchange Membrane Fuel Cell ¿, est une catégorie de piles à combustibles prometteuse, surtout pour les applications mobiles et de transport. Les PEMFC sont des appareils capables de convertir une énergie stockée chimiquement en courant électrique durant des milliers d'heures. La chaîne de réactions qui le permet est respectueuse de l'environnement : son seul rejet dans l'atmosphère est de la vapeur d'eau. Une PEMFC est composée de plusieurs unités qui produisent un courant électrique continu. Les plaques bipolaires ou BPP, abréviation anglaise de ±BiPolar Plates¿ constituent les extrémités de chaque unité. Elles ont pour rôle principal d'assurer le passage des électrons entre les unités adjacentes et de distribuer l'hydrogène ou l'oxygène de façon homogène sur toute la surface des électrodes de chaque unité. Cette dernière étape est assurée grâce à des chemins de circulation de gaz gravés sur chaque face de la BPP. Il existe cependant un frein au développement de cette technologie; son coût. En effet, celui-ci reste encore élevé et empêche les fabricants d'y associer un avantage concurrentiel substantiel. Pourtant, la concrétisation de l'avenir prometteur des PEMFC passe indéniablement par une industrialisation et leur intégration dans des produits compétitifs. La présente étude concerne le développement de nouveaux matériaux pour l'un des éléments les plus massifs ± plaques bipolaires ¿. Pour réduire les coûts, un travail de recherche dans ce domaine peut explorer deux voies: trouver des matériaux alternatifs moins onéreux ou bien, innover dans la fabrication et la mise en oeuvre. Dans ce projet, les deux démarches ont été explorées. Le milieu intérieur d'une PEMFC est relativement chaud, corrosif et possède une pression spécifique. La conception des BPP doit donc tenir compte de plusieurs paramètres. Le produit doit non seulement répondre aux exigences de conductivité électrique, mais aussi de résistances chimique, thermique et mécanique. Établir un compromis entre les propriétés finales s'avère donc nécessaire, en particulier lorsque celles-ci varient de manière opposée. Traditionnellement fabriquées en graphite, les BPP sont les éléments les plus massifs et les plus coûteux dans une PEMFC. Le but de ce projet est de développer, via un procédé de mise en oeuvre viable industriellement, un matériau léger constitué d'un polymère thermoplastique chargé d'additifs solides, électriquement conducteurs. En plasturgie, la mise en oeuvre de matériaux par un processus continu est le meilleur moyen qui permet d'accéder éventuellement à une production industrielle. Dans cette étude, le procédé d'extrusion a été utilisé. Celui-ci a permis de produire en continu des surfaces plates à épaisseurs contrôlées. Pour fabriquer une BPP à base de matériaux polymères, il est possible d'associer le procédé d'extrusion à des étapes de calandrage, de découpe et de compression à chaud. La phase de compression permet alors de graver les chemins de circulation des gaz sur chaque face de la BPP. Dans cette étude, une filière plate montée sur une extrudeuse bi-vis contra-rotatives a été utilisée pour produire des feuilles d'épaisseur 2.5 mm. Les mélanges étaient formés d'une matrice Polyéthylène Téréphtalate, PET, et de plusieurs charges électriques. Ces additifs ont été choisis en fonction de leurs dimensions, de leurs formes et de leurs conductivités électriques. La combinaison de plusieurs charges visait à obtenir un effet synergétique. Deux charges ont été systématiquement utilisées: un noir de carbone à surface spécifique élevée et un graphite synthétique en forme de feuillets. Deux autres charges ont aussi été séparément testées pour examiner leurs effets sur la conductivité électrique. Il s'agit de nanotubes de carbone et de billes de verre enduites d'une mince couche d'argent. Plusieurs propriétés ont été caractérisées pour faire une comparaison avec les valeurs visées pour une BPP. Il s'agit principalement de la conductivité électrique, de la résistance mécanique, ainsi que de la perméabilité au gaz. Des observations au microscope électronique ont par ailleurs permis d'expliquer certains phénomènes électriques. Des résultats encourageants ont été obtenus grâce à la combinaison de charges.

La main humaine possède une architecture qui lui permet d'être largement étalée, de se replier sur elle-même ou de se refermer sur un objet en adoptant la forme de celui-ci. La combinaison de tous ces éléments crée un mécanisme de 28 degrés de liberté si nous considérons l'action du poignet. La perte d'un tel instrument est dramatique car la reproduction artificielle d'un mécanisme aussi complexe pose plusieurs problèmes. Le nombre de pièces mécaniques qui doivent être conçues et assemblées dans un volume très restreint, le poids d'un tel assemblage qui est d'autant plus important car le mécanisme est littéralement porté à bout de bras toute la journée et la source d'énergie suffisante pour l'opération de ce mécanisme pendant une période suffisante sont que quelques uns de ces problèmes. Plusieurs solutions à la perte de la main ont été proposées par les chercheurs oeuvrant dans le domaine de la prothèse . Ces solutions vont de la plus simple prothèse à crochet à une main robotisée mettant à profit les dernières avancées technologiques. Cependant, toutes ces solutions ont une chose en commun : elles ne remplacent pas parfaitement la main humaine. Les mécanismes sous-actionnés s'avèrent une alternative intéressante. Un mécanisme sous-actionné possède au moins un actionneur qui agit sur plus d'une liaison mécanique. Ce type de mécanisme est parfait pour prendre la forme d'un objet autour duquel il se referme. La théorie du sous-actionnement nous permet de comprendre le fonctionnement de ce mécanisme. Un doigt sous-actionné a été développé sur le principe du tendon et poulies et afin d'optimiser sa conception et de s'assurer d'obtenir une séquence de fermeture désirée un modèle mathématique du mécanisme a été élaboré. L'effet de la gravité est rajouté au modèle qui tient compte de l'orientation spatiale de la main.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Cette maîtrise s’inscrit dans un projet multidisciplinaire de développement d’une hydrolienne à ailes oscillantes de seconde génération (HAO-2) au Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique (LMFN) de l’Université Laval. Cette hydrolienne complètement submergée est composée de quatre ailes assemblées sur une base par gravité. Ce mémoire comporte deux volets. Le premier porte sur la conception des circuits de couplage pilonnement-tangage et d’extraction d’énergie de la HAO. Les solutions proposées et une vision de la HAO-2 seront présentées en détail. Un banc d’essai expérimental est conçu pour reproduire le circuit de couplage et simuler le mouvement et les efforts sur une aile. Il permet de démontrer la faisabilité du système élaboré et de déterminer son efficacité. Différents actionneurs de tangage ainsi que différents joints d’étanchéité sont analysés. Seulement les composantes offrant les meilleures performances sont présentées dans ce mémoire. Pour le couplage, un rendement maximal de 80% est mesuré. La modélisation des circuits hydrauliques nécessaire au second volet du projet a été calibrée sur les données expérimentales, notamment le frottement dans les joints d’étanchéité. Le second volet vise à modéliser sur le plan économique un parc HAO à différentes échelles et selon différentes conditions d’opération. Le programme dimensionne l’hydrolienne en fonction des conditions d’opération, puis en estime son coût de fabrication et l’énergie produite annuellement. Il calcule aussi le coût d’installation des turbines, le coût du réseau électrique et de son installation et finalement les dépenses en opération et maintenance (O&M). Le modèle tient également compte de la valeur de l’argent dans le temps en utilisant la valeur présente équivalente. Deux critères de performance sont utilisés pour les comparaisons, le coût de production (CP) et le coût de l’énergie (CE). Par ces critères, plusieurs analyses de sensibilité sont réalisées sur les paramètres importants du modèle. Sans aucun doute, le coût de fabrication et les frais d’O&M dominent largement le coût de l’énergie d’une HAO. Un site d’exploitation en particulier est étudié, près de l’Isle-aux-Coudres, sur lequel un CE de 20 ¢/kWh est obtenu pour un parc de 80 HAO de 1.25MW chacune. / This master’s thesis is part of a multidisciplinary project to develop a second generation of tidal oscillating wings turbine (HAO-2) at Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique (LMFN) from Laval University. This tidal turbine completely submerged is composed of four wings assembled on gravity-based structure. This work has two parts. The first one focuses on the hydraulic circuit design of the pitch-heave coupling and the energy extraction system. Proposed solutions and a vision of the HAO-2 will be presented in detail. An experimental apparatus is designed to reproduce the coupling circuit and simulate the motion and forces on a wing. It allows to demonstrate the developed system feasibility and determine its efficiency. Various actuators and seals are analyzed. Only components with the best performances are presented in this paper. For the coupling system, a maximum efficiency of 80% is measured. Hydraulic modeling necessary for the second phase of the project has also been calibrated on experimental data, especially, friction in seals. The second part treats the economic modeling of a tidal turbine farm at different scales and in different operating conditions. The program designs the turbine depending on the operating conditions, and then, it estimates the construction cost and it calculates the annual energy extracted. It also calculates the installation cost, the electricity infrastructure and their installation cost and finally the operation and maintenance cost (O&M) throughout the farm life time. The model also takes into account the value of money over time by using the net present value. For the cases comparison, the production cost (CP) and the energy cost (CE) are used. Several sensitivity analyses are carried out on the important parameters of the model. As would be expected, the construction cost and the O&M cost are key factors governing the energy cost of HAO. A particular site is studied, near the Isle-aux-Coudres, which a energy cost about 20 ¢/kWh is obtained for a farm with 80 HAO of 1.25MW each.

L'école primaire devient obligatoire au Québec en 1943, ce qui entraîne à partir de 1948 une vague de construction massive de nouvelles écoles dans les villages, les villes et les nouvelles banlieues nées de la prospérité de l'après-guerre. Sur les quelque 2400 écoles primaires publiques qui existent aujourd'hui, environ 55 % ont été construites entre 1943 et 1964, s'ajoutant au 20 % édifiées avant 1943. On estime ainsi aujourd'hui que 75 % des écoles sont à la fin de leur cycle de vie, et nécessitent des rénovations majeures. Les Archives nationales du Québec conservent des plans types pour la construction d'écoles qui avaient été commandés par le Département de l'Instruction publique entre 1948 et 1964. Par une analyse combinée de la typo-morphologie et de la syntaxe spatiale, le présent mémoire définit et explique les caractéristiques architecturales derrière leur plan, leur construction, leur style architectural et leur programme. Il examine aussi leur position relative sur le territoire québécois, leur évolution depuis près de trois quarts de siècle ainsi que leur relation avec la politique et le discours professionnel. Derrière le projet d'une éducation publique primaire pour tous, l'architecture des écoles primaires révèle des variations confessionnelles entre les systèmes protestant et catholique, des distinctions entre anglophones et francophones, des disparités régionales entre ville, banlieue, village et campagne, ainsi que des inégalités de ressources et de moyens dans la construction des bâtiments. Le recours au plan type a par ailleurs engendré des conflits avec les architectes qui y ont vu une concurrence déloyale et une solution incomplète. Tout cela permet d'éclairer le débat toujours présent entre le modèle, le type et le projet d'architecture.

Tableau d'honneur de la FÉSP / La Formule SAE (Society of Automotive Engineers) est une compétition étudiante consistant en la conception et la fabrication d'une voiture de course monoplace. De nombreux événements sont organisés à chaque année au cours desquels plusieurs universités rivalisent entre elles lors d'épreuves dynamiques et statiques. Celles-ci comprennent l'évaluation de la conception, l'évaluation des coûts de fabrication, l'accélération de la voiture, etc. Avec plus de 500 universités participantes et des événements annuels sur tous les continents, il s'agit de la plus importante compétition d'ingénierie étudiante au monde. L'équipe ULaval Racing a participé pendant plus de 20 ans aux compétitions annuelles réservées aux voitures à combustion. Afin de s'adapter à l'électrification des transports et aux nouvelles compétitions destinées aux voitures électriques, l'équipe a conçu et fabriqué une chaîne de traction électrique haute performance destinée à leur voiture 2015. L'approche traditionnelle employée pour concevoir une motorisation électrique consiste à imposer les performances désirées. Ces critères comprennent l'inclinaison maximale que la voiture doit pouvoir gravir, l'autonomie désirée ainsi qu'un profil de vitesse en fonction du temps, ou tout simplement un cycle routier. Cette approche n'est malheureusement pas appropriée pour la conception d'une traction électrique pour une voiture de type Formule SAE. Ce véhicule n'étant pas destiné à la conduite urbaine ou à la conduite sur autoroute, les cycles routiers existants ne sont pas représentatifs des conditions d'opération du bolide à concevoir. Ainsi, la réalisation de ce projet a nécessité l'identification du cycle d'opération routier sur lequel le véhicule doit opérer. Il sert de point de départ à la conception de la chaîne de traction composée des moteurs, de la batterie ainsi que des onduleurs de tension. L'utilisation d'une méthode de dimensionnement du système basée sur un algorithme d'optimisation génétique, suivie d'une optimisation locale couplée à une analyse par éléments-finis a permis l'obtention d'une solution optimale pour les circuits de type Formule SAE. La chaîne de traction conçue a été fabriquée et intégrée dans un prototype de voiture de l'équipe ULaval Racing lors de la saison 2015 afin de participer à diverses compétitions de voitures électriques. / The Formula SAE (Society of Automotive Engineers) is a student engineering competition for which students design, build and race a single-seater racing car. Multiple events are organized every year during which the teams can compete against other universities. With more than 500 teams participating worldwide, it is the biggest student engineering competition in the world. The tests include the evaluation of the design, production costs, acceleration of the car, etc. The ULaval Racing team participated during more than 20 years at the annual Michigan competition reserved for internal combustion racecars. In order to adapt to the electrification of transportation and to the new competitions reserved for electric cars, the team designed and manufactured a high performance electric powertrain for their 2015 car. The traditional approach used to design an electric powertrain is to set the desired performances of the vehicle. These criteria include the maximum incline that the car must be able to climb, the desired range and a speed profile over time, also known as road cycle. Unfortunately, this approach is not suitable for the design of an electric powertrain for use in a Formula SAE racecar. Since this type of vehicle is not intended for city driving nor highway driving, the existing road cycles are not representative of the expected operating conditions. The realization of this project required the identification of the road cycle on which the vehicle will operate. It is used as a starting point for the design of the powertrain, which includes the electric motors, the battery pack and the power inverters. The use of a genetic optimization algorithm, followed by a local optimization coupled to a finite element analysis tool yielded an optimal solution suitable for the Formula SAE type race tracks. The drivetrain was designed, manufactured and integrated into the 2015 ULaval Racing vehicle. The car participated in various competitions intended for electric racecars and received multiple awards for its inovative design and its performance.

La robotique collaborative connaît ces dernières années une forte croissance, grâce à la pertinence de la collaboration entre les humains et les robots dans un même espace de travail. Des applications industrielles se développent, aussi bien dans les grandes multinationales que dans les PME. Dans le contexte d’une chaîne d’assemblage automobile, de nombreuses problématiques se posent pour permettre la collaboration efficace entre robot et opérateur. Un robot collaboratif conçu dans ce cadre est destiné à effectuer des tâches d’assemblages dans des zones à l’accessibilité complexe. Étant à distance, l’opérateur n’aura pas nécessairement de visuel direct sur l’accomplissement de la tâche, et pour éviter des pertes de temps, il est souhaitable que le robot soit capable de vérifier et de valider automatiquement son bon accomplissement. En découle la problématique à l’étude dans ce mémoire, qui est la vérification automatique du bon accomplissement des tâches d’assemblage effectuées par le robot. Afin d’y répondre, une pré-étude est effectuée, visant à déterminer les possibilités en termes de capteurs et d’algorithmes de détection, et permettant de répondre aux besoins et contraintes de General Motors, commanditaire de cette étude. Chaque chapitre du mémoire présente donc un système de détection, composé d’un capteur et d’un ou plusieurs algorithmes de décision. Les différences en termes de traitement du signal et d’algorithme sont présentées et comparées, en s’appuyant sur des expérimentations. Parmi les types d’assemblages sélectionnés par General Motors, ceux utilisés pour la conception et l’expérimentation des solutions sont les assemblages clipsés (« snap fit ») et les assemblages de connecteurs électriques. Le premier chapitre présente une solution fondée sur l’utilisation de photodétecteurs, secondée par un algorithme vérifiant en temps réel les valeurs renvoyées par le photodétecteur. Lorsque cette valeur descend sous une valeur seuil préétablie, l’algorithme déduit que l’assemblage a été correctement effectué. Cette méthode est simple et robuste, ayant obtenu un taux de détection correcte de la situation d’assemblage de 100% lors des phases de tests. Cependant cette robustesse est contrebalancée par le caractère relativement spécifique de la solution et son peu de flexibilité pour l’adaptation à d’autres assemblages. Le second chapitre porte sur un système employant un accéléromètre destiné à enregistrer les différents mouvements survenant lors de l’assemblage. Suit une méthode de traitement du signal obtenu, permettant de caractériser et de différencier les signaux émanant d’assemblages réussis de ceux provenant d’assemblages ratés grâce à des paramètres statistiques. Ces derniers sont finalement récupérés par deux algorithmes de reconnaissance différents, qui sont ensuite comparés. Le premier algorithme consiste à vérifier la correspondance des paramètres statistiques d’un signal avec des valeurs seuil fixées à l’avance. L’autre méthode, issue de l’apprentissage automatique, utilise les Séparateurs à Vaste Marge pour distinguer deux classes : les assemblages réussis et les assemblages ratés. Après expérimentation, il ressort que ces deux méthodes ont des performances assez similaires , de l’ordre de 90%. Ainsi ce sera le contexte et la complexité du signal à étudier qui présideront au choix d’une méthode. Enfin, le dernier chapitre se penche sur l’emploi d’un microphone et de techniques de reconnaissance sonore pour permettre la bonne identification d’un assemblage de connecteurs électriques. Deux méthodes de traitement, la transformée en ondelettes et les Mel Frequency Cepstrum Coefficients (MFCC), sont comparées. La reconnaissance est assurée par un algorithme basé sur les modèles de mélange gaussiens. A l’issue d’essais où les deux prétraitements ont été mis à l’épreuve, en tenant compte de la résistance face au bruit ambiant, il est possible de constater que la transformée en ondelettes présente des performances supérieures aux MFCC, dans le cadre précis de l’étude. La reconnaissance sonore ne nécessitant qu’un son distinct à identifier pour pouvoir fonctionner, cette solution présente un fort potentiel d’adaptation à d’autres types d’assemblages, mais aussi d’autres problématiques. Ces trois systèmes permettent de balayer un certain éventail de possibilités, et les solutions présentées sont amenées à être croisées et bonifiées afin d’aboutir à des systèmes robustes et fiables, aux standards de l’industrie.

Les méthodes sismiques peuvent jouer un rôle clé dans notre adaptation aux changements climatiques en permettant d'évaluer les caractéristiques géotechniques des sols, de surveiller les contaminants ou de caractériser les aquifères en vue d'une utilisation durable de l'eau potable. En particulier, le profilage sismique vertical possède la capacité d'imager des volumes de matériau autour du trou de forage (3D-VSP) à une résolution et à une échelle qui ne peuvent être atteintes avec d'autres méthodes d'imagerie géophysique. Cependant, les outils actuellement disponibles sur le marché sont développés majoritairement pour les applications pétrolière et gazière. De plus, la complexité et la propriété intellectuelle reliées à ces outils font de ceux-ci des boîtes noires pour la plupart des utilisateurs. Cette situation freine l'utilisation du profilage sismique vertical dans des applications géotechnique, hydrogéologique et minière. Afin de remédier à ce problème, les travaux réalisés dans le cadre de ce mémoire visent l'introduction d'instruments sismiques multicomposants, abordables, modulaires et légers qui peuvent être déployés facilement par les chercheurs et les praticiens. Le petit diamètre de l'outil et son libre accès sont des éléments clés qui vont permettre son utilisation dans plusieurs applications à des coûts raisonnables. Le système d'acquisition sismique développé est basé sur des accéléromètres très sensibles et compacts. Celui-ci a été comparé avec un numériseur de référence lors de tests en laboratoire et sur le terrain. Il affiche des performances égales et même supérieures dans le cas de signaux haute fréquence. L'outil développé est modulaire et la flexibilité de ses composants permet de le modifier facilement pour l'adapter à de nombreux autres projets d'instrumentation géophysique. Nous croyons que le système développé sous le nom de Geophysical Open Seismic Hardware représente le premier d'une série d'outils en libre accès qui contribueront à démocratiser l'utilisation de la géophysique. / Seismic methods play a key role in our adaptation to climate change by allowing us to assess geotechnical characteristics of soils, monitor contaminants, or characterize aquifers for sustainable drinking water usage. In particular, vertical seismic profiling has the ability to image volumes of material around the borehole (3D-VSP) at a resolution and scale that cannot be achieved with other geophysical imaging methods. However, the tools currently available on the market are mainly developed for oil and gas applications. In addition, the complexity and intellectual property associated with these tools have made them black boxes for most users. This situation has hindered the use of vertical seismic profiling in geotechnical, hydrogeological and mining applications. To address this problem, the work in this thesis aims to introduce affordable, modular, and lightweight multi-component seismic instruments that can be easily deployed by researchers and practitioners. The small diameter of the tool and its open access are key elements that will allow its use in several applications at reasonable costs. The seismic acquisition system developed is based on highly sensitive and compact accelerometers. It has been compared with a reference digitizer in laboratory and field tests. The latter shows equal and even better performances in the case of high frequency signals. The tool developed is modular and the flexibility of its components allows it to be easily modified to accomodate many other geophysical instrumentation projects. We believe that the developed system (Geophysical Open Seismic Hardware) represents the first of a series of open source tools that will democratize the use of geophysics.

La demande en énergies renouvelables est en constante augmentation. Le maïs est le plus utilisé en Amérique du Nord pour la production de bioéthanol. Toutefois, sa culture est exigeante et son utilisation pour des fins énergétiques est controversée. De nouvelles plantes énergétiques comme le millet perlé et le sorgho sucrés ont alors été explorées. Ces plantes poussent très bien dans des sols de moindre qualité, requièrent peu d'amendements et tolèrent bien le manque d'eau. Par ailleurs, aucune technique n'a été mise au point pour extraire le jus de leur biomasse directement à la ferme. L'objectif principal de ce travail de recherche était de concevoir et fabriquer une presse commerciale permettant d'extraire efficacement le jus de la biomasse du sorgho et du millet perlé sucrés et aussi intégrer une chambre d'accumulation de blocs de bagasse pour former des balles d'ensilage dédiées à l'alimentation animale. Un cahier des charges a d'abord permis de spécifier les critères de conception à respecter. Un remue-méninge et une matrice de décision ont par la suite été utilisés pour déterminer la meilleure solution répondant aux besoins. Finalement, une conception et une optimisation par ordinateur ont permis de produire le concept final. La presse et la chambre d'accumulation de blocs de bagasse ont été fabriquées au Département des sols et de génie agroalimentaire de l'Université Laval. Aussi, un système d'attache des blocs de bagasse a été intégré à la presse afin d'évaluer la faisabilité d'une valorisation de la bagasse sous forme de balles d'ensilage rectangulaires. Plusieurs essais intensifs au champ ont permis de tester le système presse/chambre d'accumulation de blocs de bagasse et de se prononcer sur son efficacité. Ce système a été testé avec succès et les résultats obtenus indiquent que la presse est capable de traiter 1.75 m³ de biomasse à la fois (environ 700 kg). Des taux d'extraction de 45 L de jus par 100 kg de biomasse ont été atteints, ce qui dépasse de loin les taux obtenus antérieurement à l'aide de petits prototypes de presse. Parmi les méthodes d'attache testées, l'enrobage dans un tube de plastique s'est avéré le plus adéquat. L'instrumentation installée sur la presse a permis de maximiser l'information obtenue lors des essais, ce qui a permis de mieux optimiser les cycles de pressage. Les données recueillies grâce à l'instrumentation ont permis de développer un modèle prédictif de la quantité de jus recueillie suite au pressage de la biomasse. L'information supplémentaire a aussi permis de caractériser les efforts internes subis par la presse lors des essais, ce qui permettra de mieux optimiser la structure d'un prochain prototype afin de réduire sa masse et donc les coûts de fabrication. Il est par ailleurs recommandé de réaliser d'autres essais incluant la biomasse de millet perlé sucré afin d'améliorer le modèle proposé et en étendre les limites d'utilisation. Des modèles plus étendus et précis permettront de mieux évaluer les étendues de la rentabilité du processus de pressage. / Demand for renewable energy is on the rise now more than ever. Right now, corn is the most used crop for ethanol production. It is, however, the most demanding crop to grow and its use as an energy source is controversial. For that reason, new energy crops like sweet pearl millet and sweet sorghum have been explored. Those plants grow easily on low potential soils, require little fertilizers and resist drought. However, no method is currently available to extract the juice from the biomass directly on the farm. The main objective of this research work was to design, build, and test a commercial scale press that extracts efficiently the juice from the biomass of sweet sorghum and sweet pearl millet and to integrate an attachment system to wrap the bagasse as silage bales. A design specification sheet first regrouped the design criteria. A brainstorm and a decision matrix were then used to determine the most adequate solution that best suites our requirements. Finally, computer aided design and optimisation allowed to produce the final solution. The press and bale forming attachment were built at the Department of Soil and Agri-Food Engineering of Université Laval. Also, a bagasse attachment system was integrated to the press in order to assess the feasibility of valorising the bagasse as rectangular silage bales. Intensive field trials allowed testing the press/bale attachment system and determining its efficiency. The system has been used with success and the results showed that the press is able to process 1.75 m³ (approx. 700 kg) at a time. Extraction rates of up to 45 L of juice per 100 kg of biomass were obtained, which surpassed results from previous tests with small scale press prototypes. Among the attachment methods tested, wrapping the blocs in a plastic tube proved to be the most adequate option. The instrumentation installed on the press allowed maximising the data obtained during the tests, which made it possible to better optimise the pressing cycles. The data was also used to develop a predictive model of the juice extraction from the biomass. The additional data also allowed better characterising the internal mechanical forces experienced by the press. This will be useful in optimizing the structure of another eventual prototype to reduce its mass and consequently manufacturing costs. Further tests including the biomass of sweet pearl millet are however recommended to refine the extraction model and expand its limits. More extensive and precise models will allow better assessing the limits of the pressing process profitability.

Ce travail de recherche présente la mise au point d’une méthodologie de conception par optimisation globale des machines synchrones sans encoches à aimants permanents à haute vitesse utilisant des matériaux magnétiques composites doux (SMC) au stator et des frettes au rotor éventuellement conductrices. Cette méthodologie tient compte des différentes contraintes imposées par la haute vitesse, notamment les courants de Foucault induits dans les pièces massives, les pertes, l’alimentation en commutation électronique et les efforts mécaniques sur le rotor. Un outil de dimensionnement générique est développé pour différentes structures de machines sans encoches fonctionnant en moteur ou en générateur et alimentées par divers types de convertisseurs statiques à commutation de tension ou de courant. Il utilise un modèle de dimensionnement analytique basé sur la prédiction du champ magnétique 2D par une résolution harmonique des équations de Maxwell en magnétodynamique en tenant compte des courants de Foucault induits dans les parties conductrices. Ce modèle intègre un modèle électrique équivalent global de l’ensemble convertisseur-machine et un modèle détaillé de calcul des pertes validés par un calcul numérique du champ en 2D. Une validation expérimentale des pertes magnétiques dans le stator en SMC est effectuée. Le modèle de dimensionnement est associé à une procédure d’optimisation et à un mécanisme de correction itératif, basé sur le calcul numérique du champ en 3D, pour tenir compte des effets de bord sur les pertes par courants de Foucault dans le stator. Lorsque la machine est couplée à un convertisseur à commutation de courant, un autre mécanisme de correction, permettant la résolution du couplage fort entre la machine et son convertisseur, est utilisé. Les différents outils de modélisation et de conception réalisés sont utilisés pour dimensionner et comparer plusieurs topologies de machines sans encoches pour des cahiers des charges spécifiques. Différentes études de faisabilité et de sensibilité sont aussi effectuées. / This research work presents the development of a design methodology with global optimization of high-speed permanent-magnet slotless synchronous machines using soft magnetic composite materials (SMC) in the stator and retaining sleeves in the rotor that can be conductive. This methodology takes into account the different constraints imposed by the high speed such as the eddy currents induced in the massive parts, the losses, the converter-machine interactions and the mechanical stress in rotor. A generic design tool is developed for different slotless machines structures used as motors or generators and coupled to different kind of static power converters with voltage or current commutation. It uses a design model based on analytical prediction of the two-dimensional magnetic field by a harmonic resolution of Maxwell equations taking into account the eddy currents induced in the conductive parts. This model includes an equivalent electric model of the converter-machine system and a detailed losses calculation model validated by 2D finite element analysis. Experimental validation of magnetic losses in the SMC stator is also performed. The design model is associated to an optimization procedure and an iterative correction mechanism performed by 3D finite element simulations to take into account the influence of end-effects on the SMC stator eddy current losses. When the machine is coupled to a current static converter, another correction mechanism is used in order to resolve the strong coupling between the machine and its converter. The developed modeling and design tools are used to design and compare different slotless machines topologies for specific requirements. Various feasibility and sensitivity studies are also performed.

Ce présent ouvrage s'intéresse à la quantification de l'impact de différents paramètres sur les performances en isolation vibratoire d'un actionneur piézoélectrique THUNDER. Une récapitulation des travaux de recherche dans le domaine est tout d'abord proposée. Plus spécifiquement, la modélisation et le procédé de fabrication de l'actionneur sont décrits. Un modèle semi-analytique Rayleigh-Ritz à une base de décomposition par champ de déplacements, résolu à l'aide de MATLAB, est alors conçu. Pour ce faire, l'énergie potentielle et l'énergie cinétique totale du système sont déterminées en posant l'hypothèse de Kirchhoff pour un composite. Le modèle est par la suite validé à l'aide d'un modèle éléments finis Abaqus. Il est alors constaté qu'il est difficile de représenter les discontinuités associées à l'extension métallique de l'actionneur à l'aide d'une unique base de décomposition. Un modèle à trois bases de décomposition par champ de déplacements, résolu à l'aide du logiciel MAPLE, est donc conçu et validé à l'aide du modèle éléments finis précédemment considéré. Finalement, une quantification de l'impact de différents paramètres tels que la longueur de l'extension métallique, les conditions limites et le rayon de courbure sur le comportement fréquentiel d'un THUNDER est proposée. Il est observé qu'à l'aide du modèle Rayleigh-Ritz, il est possible d'optimiser les performances en isolation vibratoire de l'actionneur.