Detached Eddy Simulations (DES) is a hybrid URANS-LES technique that was proposed to obtain computationally feasible solutions of high Reynolds number flows undergoing massive separation with reliable accuracy. Since its inception, DES has been applied to a wide variety of flow fields, but mostly limited to unbounded external aerodynamic flows. This is the first study to apply and validate DES to predict the internal flow and heat transfer in non-canonical flows of industrial relevance. The prediction capabilities of DES in capturing the effects of Coriolis forces, which are induced by rotation, and centrifugal buoyancy forces, which are induced by thermal gradients, are also authenticated. The accurate prediction of turbulent flows is sensitive to the level of turbulence predicted by the turbulence scheme. By treating the regions of interest in LES mode, DES allows the unsteadiness in these regions to develop and hence predicts the turbulence levels accurately. Additionally, this permits DES to capture the effects of system rotation and buoyancy. Computations on a rotating system (a sudden expansion duct) and a system subjected to thermal gradients (cavity with a heated wall) validate the prediction capability of DES. The application of DES is further extended to a non-canonical, internal flow which is of relevance in internal cooling of gas turbine blades. Computations of the fully developed flow and heat transfer shows that DES surpasses several shortcomings of the RANS model on which it is based. DES accurately predicts the primary and secondary flow features, the turbulence characteristics and the heat transfer in stationary ducts and in rotating ducts, where the effects of Coriolis forces and centrifugal buoyancy forces are dominant. DES computations are carried out at a computational cost that is almost an order of magnitude less than the LES with little compromise on the accuracy. However, the capabilities of DES in predicting the transition to turbulence are inadequate, as highlighted by the flow features and the heat transfer in the developing region of the duct. But once the flow becomes fully turbulent, DES predicts the flow physics and shows good quantitative agreement with the experiments and LES. / Ph. D.

Increasing the turbine inlet temperature of gas turbine engines significantly increases their power output and efficiency, but it also increases the likelihood of thermal failure. Internal passages with tiny ribs are typically cast into turbine blades to cool them, and the ability to accurately predict the flow and heat transfer within these channels leads to higher design reliability and prevention of blade failure resulting from local thermal loading. Prediction of the flow through these channels is challenging, however, because the flow is highly turbulent and anisotropic, and the presence of rotational body forces further complicates the flow. Large Eddy Simulations are used to study these flows because of their ability to predict the unsteady flow effects and anisotropic turbulence more reliably than traditional RANS closure models. Calculations in a stationary duct are validated with experiments in the developing flow, fully developed, and 180° bend regions to establish the accuracy and prediction capability of the LES calculations and to aid in understanding the major flow structures encountered in a ribbed duct. It is found that most flow and heat transfer calculations come to within 10-15% of the measurements, typically showing excellent agreement in all comparisons. In the developing flow region, Coriolis effects are found to destabilize turbulence and increase heat transfer along the trailing wall (pressure side), while decreasing leading wall heat transfer by stabilizing turbulence. Coriolis forces improve flow turning in the 180° bend by shifting the shape of the separated recirculation zone at the tip of the dividing wall and increasing the mainstream flow area. In addition, turbulence is attenuated near the leading wall throughout the bend, while Coriolis forces have little effect on trailing wall turbulence in the bend. Introducing and increasing centrifugal buoyancy in the developing flow region increases trailing wall heat transfer monotonically. Along the leading wall, buoyancy increases the size of the recirculation zones, shifting the peak heat transfer to a region upstream of the rib, which decreases heat transfer at low buoyancy parameters but increases it as the buoyancy parameter is increased beyond a value of 0.3. Centrifugal buoyancy in the 180° bend initially decreases the size of the recirculation zone at the tip of the dividing wall, increasing flow area and decreasing flow impingement. At high buoyancy, however, the recirculation zone shifts to the middle of the bend, increasing flow resistance and causing strong flow impingement on the back wall. The Boussinesq approximation is used in the buoyancy calculations, but the accuracy of the approximation comes into question in the presence of large temperature differences. A variable property algorithm is developed to calculate unsteady low speed flows with large density variations resulting from large temperature differences. The algorithm is validated against two test cases: Rayleigh-Bénard convection and Poiseuille-Bénard flow. Finally, design issues in rotating ribbed ducts are considered. The fully developed assumption is discussed with regard to the developing flow region, and controlling the recirculation zone in the 180° bend is considered as a way to determine the blade tip heat transfer and pressure drop across the bend. / Ph. D.

Cette thèse à caractère biographique est une étude de la carrière et de l'œuvre scientifiques de Gaspard-Gustave de Coriolis (1792-1843), polytechnicien, ingénieur des ponts et chaussées, dont le nom est universellement connu (force de Coriolis), mais dont le parcours et l'œuvre multiforme sont peu connus. Le fait que Coriolis fasse l'intégralité de sa carrière comme enseignant, puis directeur des études à l'École polytechnique, et que par ailleurs il participe à l'évolution de l'École et du Corps des ponts et chaussées à partir de 1830, nous donne un éclairage intéressant sur ces institutions (notamment grâce à la correspondance privée de Coriolis de 1838 à sa mort). Concernant son œuvre scientifique, sont rappelés ses apports de mathématicien. Son œuvre se caractérise principalement, toutefois, par une approche avant tout mathématique et théorique de la mécanique appliquée aux machines - il établit les fondements d'une théorie du travail. Cette approche et les résultats importants qui peuvent être attribués à ce savant, comme la définition physique du travail, les forces d'entraînement ou les forces centrifuges composées (forces de Coriolis), témoignent du lien tissé par Coriolis entre la mécanique rationnelle des géomètres et la mécanique appliquée à l'industrie naissante des machines.

L’adaptation motrice renvoie à la capacité de notre système nerveux à produire continuellement des mouvements précis et ce malgré le fait que notre environnement ainsi que notre corps puissent être soumis à des modifications. Le transfert d’adaptation entre les membres découle de notre habilité à généraliser ce que l’on a appris, par exemple, avec un bras au bras opposé. Le transfert entre les membres est un objet d’étude complexe. Les conditions amenant au transfert sont largement débattues dans la littérature car les résultats d’une étude à l’autre peuvent être contradictoires. Ce travail de thèse s’inscrit dans une tentative d’apporter une explication concernant l’hétérogénéité des performances et les divergences observées dans les différentes études portant sur le transfert entre les membres. Les deux premières expériences avaient pour but d’identifier si des conditions paradigmatiques ou idiosyncratiques pouvaient influencer les performances du transfert au bras opposé. L’objectif de la troisième expérience était d’étudier l’influence des processus sous-jacents à l’adaptation sur le transfert entre les membres d’après le modèle de Smith et collaborateurs (2006). Nos résultats nous ont permis d’éclaircir certains aspects du transfert concernant les facteurs prédictifs et les processus mis en jeu. Nos deux premières études suggèrent que les différences individuelles sont une source d’information pertinente pour expliquer certains comportements tels que le transfert entre les membres. Notre troisième étude nous a permis de caractériser les processus qui, durant l’adaptation, prédisposent au transfert. / Motor adaptation refers to the capacity of our nervous system to produce accurate movements while the properties of our body and our environment continuously change. Interlimb transfer is a process that directly stems from motor adaptation. It occurs when knowledge gained through training with one arm change the performance of the opposite arm movements. Interlimb transfer of adaptation is an intricate process. Numerous studies have investigated the patterns of transfer and conflicted results have been found. The attempt of my PhD project was to identify which factors and processes favor interlimb transfer of adaptation and thence may explain the discrepancies found in the literature. The first two experiments aimed at investigated whether paradigmatic or idiosyncratic features would influence the performance in interlimb transfer. The third experiment provided some insights on the processes allowing interlimb transfer by using the dual-rate model of adaptation put forth by Smith et al. (2006). Our results show that inter-individual differences may be a key factor to consider when studying interlimb transfer of adaptation. Also, the study of the different sub-processes of adaptation seems helpful to understand how interlimb transfer works and how it can be related to other behaviors such as the expression of motor memory.

Aujourd'hui, la pompe à chaleur (PAC) est largement utilisée pour les applications de chauffage du bâtiment en raison de ses bonnes performances énergétiques. Elle est même considérée comme une source d'énergie renouvelable et, selon la Directive Européenne 2009/28/CE, la part «renouvelable» de l'énergie produite doit être calculée à partir de la performance annuelle. Il est donc important d'être à même de mesurer cette dernière. Or, il n'existe pas, pour les PAC air/air, de méthode fiable et simple permettant de mesurer la performance chez le client pendant une saison.Dans ce contexte, la thèse propose deux méthodes in situ qui répondent à ce besoin. La première est basée sur des mesures non-intrusives des propriétés du fluide frigorigène. Elle utilise le bilan énergétique du compresseur pour déterminer le débit du fluide. La deuxième, fondée sur les mesures côté air, utilise un ensemble de capteurs à fil chaud afin de mesurer le débit et les températures d'air.La thèse développe également une méthode de mesure intrusive du fluide frigorigène, qui n'est pas adaptée aux conditions in situ mais sert de référence pour valider les deux méthodes in situ. Les résultats expérimentaux montrent que la méthode de référence est précise non seulement en conditions stabilisées mais également en fonctionnement dynamique (y compris lors des dégivrages).La validation des deux méthodes in situ a été réalisée par une campagne d'essais spécifique en laboratoire. Une suite intéressante de la thèse consistera à intégrer la méthode non intrusive côté frigorigène directement dans l'équipement de mesure et d'affichage de la PAC. / Today, heat pumps (HP) are widely used as heating systems in building thanks to their high energy efficiency. They are even considered as a source of renewable energy and, according to the EU Directive 2009/28/EC, the amount of renewable energy has to be calculated from the annual performance. Therefore, it is important to be able to measure the annual performance. However, concerning the air-to-air HP there is no reliable and simple method which allows measuring the performance in situ during at least a season.In this context, the thesis proposes two in situ methods that could fill this gap. The first one is based on non-intrusive measurements on refrigerant side. It uses a compressor energy balance to determine the flow rate. The second one, based on air measurements, uses a distribution of hot-wire sensors to determine the air flow rate and temperatures.The thesis also develops an intrusive refrigerant method, which is not necessarily adapted for in situ conditions but can be used as a reference to validate the in situ methods. The experimental results show that the reference method is accurate both in stationary conditions and in dynamic operations (including during defrosting period).The validation of the in situ methods was performed by a specific test campaign in laboratory. As a perspective, the thesis makes it possible to develop on-board measurement methods using non-intrusive refrigerant sensors, providing an opportunity for manufacturers to display the in situ performance in real time.

In this paper a new equivalent circuit is presented which describes the dynamics of a prototype micro-gyro sensor. The concept takes advantage of the principles employed in vibratory gyro sensors and the ductile attributes of GalFeNOL to target high sensitivity and shock tolerance. The sensor is designed as a tuning fork structure. A GalFeNOL patch attached to the y-z surface of the drive prong causes both prongs to bending the x-z plane (about the y axis) and a patch attached to the x-z surface of the sensing prong detects Coriolis-force induced bending in the y-z plane (about the x axis). A permanent magnet is bonded on top of each prong to give bias magnetic fields. A solenoid coil surrounding the drive prong is used to produce bending in the x-z plane of both prongs. The sensing prong is surrounded by a solenoid coil with N turns in which a voltage proportional to the time rate of change of magnetic flux is induced. The equivalent circuit enables the efficient modeling of a gyro sensor and an electromechanical behavioral simulation using the circuit simulator SPICE. The prongs are modeled as wave guiding bending beams which are coupled to the electromagnetic solenoid coil transducer. In contrast to known network approaches, the proposed equivalent circuit is the first tuning fork model, which takes full account of the fictitious force in a constant rotating frame of reference. The Coriolis force as well as the centrifugal force on a concentrated mass are considered.

Cette thèse porte sur l'étude des mécanismes physiques mis en jeu lors de l'interaction d'un milieu granulaire avec une paroi en rotation. Cette situation s'inspire du procédé d'épandage centrifuge de particules d'engrais en agroenvironnement dont la maîtrise est encore mal assurée dans la pratique. Dans la première partie de cette thèse, un flux dilué de particules a été considéré. On étudie expérimentalement et théoriquemement la nature des trajectoires impliquant frottement, roulement, choc, pour trois types de particules de formes bien caractérisées et une modélisation de ces trajectoires est proposée en introduisant un frottement de roulement à partir des expériences. Dans la seconde partie de cette thèse, on étudie par la méthode des éléments discrets, le cas d'un écoulement dense le long de la paroi en rotation. L'écoulement consiste en une première phase de choc suivie d'une élongation sous l'action combinée des forces d'inertie (centrifuge, Coriolis) et enfin d'un mouvement de particules indépendantes. On montre que le flux de particules est soumis à une sollicitation complexe qui associe des taux de déformation essentiellement de type traction, compression et dans une moindre mesure de cisaillement. On détermine par la modélisation un coefficient de frottement effectif de l'écoulement granulaire le long de la paroi en fonction du degré de liberté de rotation des particules de l'écoulement ainsi que de leurs propriétés mécaniques. On termine en précisant les questions qui restent en suspens concernant la tribologie de contact entre particules en vue d'une caractérisation quantitative de ces écoulements pour différents types de granulés.

Symptoms after surgery and anaesthesia influence the patient´s ability to resume daily activities. If postoperative symptoms are controlled rehabilitation may be accelerated. The aims of this dissertation were to identify disturbing symptoms reported by patients after gynaecological surgery, to investigate what effect prohylactic treatment with antiemetics has on these symptoms and whether or not sensory simulation of the P6-acupressure has an effect on postoperative nausea and vomiting (PONV) and motion sickness. Methods: Total 1138 women participated in three clinical trials (Studies I, II, III) and one experimental study (Study IV). A questionnaire investigating postoperative symptoms was constructed and validated. The questionnaire was used in a prospective, consecutive, doubleblind, randomised, multicentre, and controlled study to identify incidence, and intensity of postoperative symptoms and the effect of common antiemetics (droperidol and granisetron) (Study III). The patients were followed for 24 h. In two studies (I, II) P6-acupressure was compared (prospective, double-blind, ransomised, controlled) with placebo acupressure and a reference group where the effect on PONV was followed over 24 h. The effect of P6-acupressure and placebo acupressure on motion sickness induced by a nauseogenic motion challenge was studied (Study III). Results: A high incidence and severity of postoperative symptoms were found after gynaecological surgery in a group with a high risk (>30%) for PONV. Sixty-four per cent (107/165) of the patients experienced disturbing symptoms after surgery and 46 % (76/165) scored their symptoms as moderate to very severe. Fourty-eight per cent (79/165) had two or more symptoms. A higher incidence of symptoms were reported in the groups with prophylactic treatment, granisetron 74% (123/165) and droperidol 80% (133/165) compared to the control group 41% (69/165) (P <0.05). The relative risk reduction for PONV with granisetron or droperidol prophylaxis is 27% respective 22%. The relative risk increase for headache is 63% after granisetron, and 44% for difficulty with accommodation after droperidol. Less PONV was seen after P6-acupressure, 33% (44/135) compared to reference group 46% (63/136) (p = 0.019), number needed to treat (NNT) was 7 [95% confidence interval (CI) 4- 6]. When comparing laparoscopic and vaginal surgery (subgroup analysis) the main effect was in the vaginal group (day-case surgery), 36% (27/75) in the reference group to 27% (23/86) in the placebo group and to 20% (17/84) in the P6-acupressure group, (P = 0.017), NNT for the vaginal group was 6 [95% CI 3-18]. P6-acupressure increased time to nausea after a laboratory motion challenge and reduced the total number of symptoms reported (p <0.009). Conclusions: There is no clinical efficacy in the form of reduced postoperative symptoms after prophylactic antiemetics (droperidol and granisetron) in females with a high risk (>30%) for PONV undergoing gynaecological surgery. P6-acupressure reduces the incidence of PONV after gynaecological surgery in females with a high (>30%) risk for PONV. The effect seems to be most prominent after vaginal surgery. P6-acupressure increased tolerance to experimental nausogenic stimuli and reduced the total number of symptoms reported in females with a history of motion sickness. / On the day of the public defence the status of article IV was: Submitted.

Les travaux présentés ont pour objectif l'optimisation et la réalisation d'un gyromètre micro-usiné à poutre vibrante sur substrat silicium. Ces travaux s'inscrivent dans la continuité de thèses précédemment effectuées à FEMTO-ST et consacrées au développement d'une structure de gyromètre en étoile. Cette configuration est appropriée à la réalisation de mesures de vitesse angulaire dans le plan du substrat. Le contexte de la thèse est constitué par un projet de recherche proposant une évolution du gyromètre silicium avec passage d'une détection capacitive à une détection optique. C'est pourquoi le mémoire propose naturellement un redimensionnement en profondeur du capteur. Ainsi, un nombre important d'études par éléments finis ont été réalisées pour optimiser la structure vibrante. Cette optimisation nous a permis de respecter le cahier des charges vis-à-vis des fréquences d'excitation et de détections, tout en rejetant les modes parasites. Des études électromécaniques complémentaires ont permis de comprendre en détail les spécificités résultant du choix de l'excitation capacitive. Ces travaux ont conduit à l'élaboration d'une structure optimisée, associée à une redéfinition des procédés de fabrication en salle blanche. Plusieurs séries de capteurs micro-usinés ont ainsi pu être réalisées, donnant lieu à des structures exploitables, validant le nouveau design avec son process associé. Le recours à une sonde hétérodyne a ensuite permis de mesurer les déplacements hors-plan en fonction du signal d'excitation, validant ainsi le comportement dynamique primaire des structures.

Aujourd'hui, la pompe à chaleur (PAC) est largement utilisée pour les applications de chauffage du bâtiment en raison de ses bonnes performances énergétiques. Elle est même considérée comme une source d'énergie renouvelable et, selon la Directive Européenne 2009/28/CE, la part "renouvelable" de l'énergie produite doit être calculée à partir de la performance annuelle. Il est donc important d'être à même de mesurer cette dernière. Or, il n'existe pas, pour les PAC air/air, de méthode fiable et simple permettant de mesurer la performance chez le client pendant une saison.Dans ce contexte, la thèse propose deux méthodes in situ qui répondent à ce besoin. La première est basée sur des mesures non-intrusives des propriétés du fluide frigorigène. Elle utilise le bilan énergétique du compresseur pour déterminer le débit du fluide. La deuxième, fondée sur les mesures côté air, utilise un ensemble de capteurs à fil chaud afin de mesurer le débit et les températures d'air.La thèse développe également une méthode de mesure intrusive du fluide frigorigène, qui n'est pas adaptée aux conditions in situ mais sert de référence pour valider les deux méthodes in situ. Les résultats expérimentaux montrent que la méthode de référence est précise non seulement en conditions stabilisées mais également en fonctionnement dynamique (y compris lors des dégivrages).La validation des deux méthodes in situ a été réalisée par une campagne d'essais spécifique en laboratoire. Une suite intéressante de la thèse consistera à intégrer la méthode non intrusive côté frigorigène directement dans l'équipement de mesure et d'affichage de la PAC.