Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Ce mémoire de maitrise présente l'étude expérimentale, dans le cadre du projet Tr-Francis, de l'écoulement dans une turbine Francis de moyenne chute. Plus spécifiquement, les conditions d'opération hors design, allant de la charge partielle à la courbe de fonctionnement sans charge, sont étudiées lors d'une campagne d'essai visant à établir une cartographie préliminaire des phénomènes présents dans la turbine. L'identification de ces phénomènes repose sur la visualisation de la cavitation dans l'écoulement et l'analyse de signaux de pression. Un cône d'aspiration en acrylique permet la visualisation de l'écoulement depuis la sortie de la roue, tandis que l'accès optique à l'aval de la roue est assuré par un endoscope inséré dans une directrice spécialement conçue à cet effet. Des caméras haute vitesse sont utilisées pour visualiser l'écoulement dans les régions d'intérêt, dont l'éclairage est optimisé pour chaque configuration. Les images, acquises en synchronisation avec la position de la roue, sont par la suite analysées numériquement pour déterminer la position et l'intensité moyennes des phénomènes. Les signaux de pression, issus de capteurs dans le cône et dans l'entrefer, sont quant à eux traités dans les domaines temporel et fréquentiel pour identifier les structures présentes. Les données obtenues montrent que les phénomènes hydrauliques dépendent essentiellement du coefficient de débit. À charge partielle, la torche est présente dans le cône d'aspiration et engendre des fluctuations de pression à la fréquence de précession du phénomène. Différents types de tourbillons inter-aubes sont observés pour les régimes de fonctionnement à très faible charge, et notamment des tourbillons accrochés à la couronne de la roue au centre du canal inter-aubes et des tourbillons présents proche du bord d'attaque des aubes et qui se prolongent dans la roue proche de la ceinture. Au point de SNL, un refoulement de l'écoulement au bord de fuite des aubes de la roue provoque le blocage partiel du canal inter-aubes. L'intensité de cette zone cavitante dépend des conditions d'opération sur la courbe de fonctionnement sans charge. / This master's thesis presents the experimental investigation of the flow inside a medium head Francis turbine as part of the Tr-Francis project. Focus is put on off design operating conditions, from part load to the no-load curve, with the aim of providing a preliminary mapping of flow phenomena inside the turbine. Identification of these phenomena is based on high-speed flow visualization of cavitation and the analysis of pressure signals. An acrylic draft tube allows to see through and visualize the flow at the exit of the runner, while optical access from upstream of the runner is provided by a borescope inserted inside a custom-made guide vane. LED panels illuminate the region of interest. Flow visualizations, acquired in sync with the runner position, are then numerically analyzed to determine the mean position and intensity of these phenomena. Pressure signals, in the draft tube and the vaneless space, are processed in time and frequency domains to identify the structures in the flow. Data collected shows that flow phenomena are essentially dependent on discharge coefficient. At part load, a vortex rope is present in the draft tube and induces pressure fluctuations at the precession frequency of the phenomenon. Different types of inter-blade vortices are observed at deep part load operating conditions, and more specifically reverse flow vortices and incidence vortices. At SNL operating condition, a backflow at the trailing edge of the runner blades creates a blockage of the upper part of the inter-blade channel. Intensity of this cavitating zone depends on operating conditions along the no-load curve.

La caractérisation du comportement des sols d’infrastructure est très importante pour le dimensionnement et la longévité d’une structure de chaussée. Certaines propriétés mécaniques des sols d’infrastructure, comme la déformation et le module réversible, sont obtenues en effectuant des essais triaxiaux de laboratoire. Ces essais, bien que plus précis, sont longs et coûteux à réaliser. Une des alternatives à ces essais est l’utilisation d’équipements portatifs, utilisables sur le terrain. L’un de ces équipements est le déflectomètre portable. C’est un appareil de mesure in situ de la déflexion, qui permet également de mesurer un module de déformation dit « élastique ». En se servant des historiques de charge et de déflexion également obtenus durant les essais, certains paramètres permettant d’évaluer la viscoélasticité des sols peuvent être déterminées. Le but de ce projet est donc de caractériser le comportement des sols d’infrastructure de chaussée en se basant sur l’hypothèse d’un comportement viscoélastique. Les essais de déflexion ont été effectués sur trois sols typiques du Québec, à différents états de saturation et de contraintes. À partir des résultats obtenus, un modèle de prédiction du module de déformation du déflectomètre a été mis en place. La réponse du matériau en fonction de la fréquence de chargement a également été évaluée. Pour cela, des essais triaxiaux de mesure de la déformation en fonction de la fréquence ont été effectués sur les mêmes sols et dans les conditions physiques les plus proches possibles de celles des essais de déflexion. En combinant les résultats des essais de déflexion avec ceux des essais triaxiaux, le modèle de Burger a été utilisée, dans les cas applicables, pour modéliser la réponse des matériaux en fonction du temps d’application de charge. / The characterization of subgrade soils’ behaviour is very important for the design and longevity of a pavement structure. Some mechanical properties of subgrade soils, such as their resilient modulus and sensitivity to deformation, are obtained by performing triaxial laboratory tests. Those tests are more precise but long and expensive to perform. One of the alternative solutions to those tests is the determination of these parameters by means of portable equipment, usable in the field. One of those equipment is the Light Weight Deflectometer (LWD), an in-situ deflection measuring device, which also measures an «elastic » modulus. Using the load and deflection histories, also measured during the tests,viscoelastic parameters can be determined. The purpose of this project is to characterize the behaviour of the subgrade soils, with the assumption of viscoelasticity. Deflection tests were performed on three typical soils from the Quebec province, with different saturation and stress levels. From the results, a prediction model of the modulus was established. The material response, depending on the load frequency, was also evaluated. To do so, triaxial tests were performed on the same soils and in the closest physical conditions to the deflection tests. By combining the results from both tests, Burger’s model was used, where applicable,to model the time dependant response of the material.

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 août 2023) / Le grand rapport surface/volume et la morphologie spéciale des nanofibres leur confèrent d'excellentes propriétés mécaniques, une capacité de transfert de chaleur et des caractéristiques électriques. Bien qu'il existe diverses techniques de fabrication conventionnelles pour produire des nanofibres, celles-ci souffrent généralement de plusieurs inconvénients, tels que de faibles taux de production, des restrictions sur les matériaux, des complexités de processus et des coûts de production élevés limitant la production de masse de nanofibres. La demande croissante de nanofibres, d'autre part, motive les efforts pour éliminer ces barrières, car ces matériaux trouvent de plus en plus d'applications dans les secteurs de l'énergie et de la santé, par exemple pour produire des nano-filtres à air et à eau, des capteurs, des batteries et des masques chirurgicaux de protection. La technique de filage centrifuge (CS) a récemment permis la fabrication de nanofibres, avec beaucoup moins de limitations. Dans le procédé CS, une solution / fusion de polymère est placée dans un réservoir à rotation rapide (également appelé lière) avec plusieurs buses, extrudant le polymère en fibres incurvées très fines et longues (ou jets incurvés) sous la force centrifuge ; ces jets fortement courbés se prolongent alors dans l'espace jusqu'à atterrir sur des collecteurs placés à l'écart du centre de rotation. En conséquence, de grands volumes de fibres polymères avec des diamètres moyens de quelques centaines de nanomètres sont produits. Le procédé CS est une technique alternative très prometteuse pour produire des nanofibres. Cependant, la compréhension, l'amélioration et l'optimisation du processus CS ont été limitées, principalement en raison de la présence de nombreux paramètres affectant la dynamique d'écoulement complexe du jet courbe, par exemple les forces de rotation (centrifuge et de Coriolis), inertielles, visqueuses, rhéofluifidiantes, élastiques, de tension superficielle et gravitationnelles, ainsi que les effets de diffusion de masse, de diffusion thermique, d'aérodynamique et de rapport de viscosité. Pour avoir un compréhension fondamental du processus CS, dans ce thèse de doctorat, nous considérons mathématiquement et expérimentalement les effets des paramètres susmentionnés sur la dynamique du jet courbe. Pour généraliser nos résultats, nous les présentons en termes de nombres adimensionals, y compris les nombres de Rossby (Rb), de Reynolds (Re), de Weber (We), de Froude (Fr), de Weissenberg ( Wi), de Péclet de polymère (Pe), de Péclet l'air (Pe*), et de Reynolds de l'air (Re*), ainsi que l'indice de loi de puissance (m), le rapport de viscosité (δₛ) et la position radiale du collecteur (R). Dans le Chapitre 1, nous développons un modèle général régularisé de fibres minces (string) pour prédire les effets des forces centrifuges, de Coriolis, d'inertie, visqueuses, de fluidification par cisaillement, de tension superficielle et gravitationnelles sur la trajectoire en régime permanent et l'amincissement du rayon de la fibre. Nous montrons que pour de grandes vitesses de rotation (petit Rb), le rayon de la fibre diminue rapidement sur de petites longueurs d'arc, ce qui devient plus prononcé lorsque Re et We augmentent ou que m diminue. En fin, nous constatons que la force gravitationnelle (quantifiée via Fr) n'affecte l'angle vertical de la fibre qu'aux petites longueurs d'arc. Dans le Chapitre 2, motivés par nos observations expérimentales, nous développons un modèle mathématique complet pour la formation de nanofibres dans le processus CS, mais pour les fluides newtoniens. Par rapport au chapitre précédent, notre modèle inclut des paramètres supplémentaires, tels que la diffusion de masse dans le jet, la diffusion de masse dans l'air et les effets aérodynamiques. Nos résultats, y compris la comparaison avec les expériences, révèlent que les effets aérodynamiques doivent être pris en compte pour permettre une prédiction correcte de la trajectoire et du rayon du jet. Augmenter Re*, Re et R conduit à un jet plus long. La diminution de We force le jet à s'enrouler plus étroitement autour de la filière, mais cela montre des effets insignifiants sur l'évaporation du solvant. Les changements de Pe et Pe* n'affectent pas de manière significative la trajectoire du jet. Dans le Chapitre 3, nous étendons notre travail pour développer un modèle mathématique intégré supérieur, qui peut également tenir compte de la dynamique transitoire de la fibre. Notre modèle nous permet d'analyser les paramètres d'écoulement critiques couvrant une large gamme, en incorporant les équations de moment cinétique, le modèle constitutif viscoélastique de Giesekus, les effets de traînée air-fibre et l'équation d'énergie dans les équations du modèle. En utilisant le modèle, nous pouvons analyser le comportement dynamique des jets de polymère fondu/solution. Nous constatons que la rhéologie non linéaire affecte remarquablement la trajectoire, le rayon et les contraintes normales des fibres. L'augmentation de Wi conduit à une fibre plus épaisse, tandis que l'augmentation de δₛ montre une tendance opposée. De plus, en augmentant Wi, la courbure de la fibre est améliorée, amenant la fibre à se rapprocher du centre de rotation. Le Chapitre 4 combine en outre expériences et modélisation. Dans nos expériences, nous obtenons les données expérimentales à l'aide d'une combinaison unique d'outils : ceux-ci incluent notre dispositif CS interne, des caractérisations de rhéométrie et des tests au microscope électronique à balayage. Nos expériences sont couplées et apportent des validations à un puissant modèle mathématique, développé sur la base des équations constitutives viscoélastiques du modèle de Maxwell convecté supérieur. Cela nous permet d'examiner le processus CS en fonction des paramètres qui sont généralement importants dans les expériences à l'échelle du laboratoire, notamment la concentration en polymère, la vitesse de rotation, le diamètre de la buse, le rayon de la filière et l'angle de la buse.

Il y a de nombreuses manières d’aborder l’étude des systèmes dynamiques. De manière générale, on munit un espace initial de structures adaptées et on s’intéresse au comportement moyen des itérés d’une application qui préserve les structures initiales. Les propriétés intéressantes peuvent être par exemple, d’origine topologique, mesurable, algébrique ou encore différentiable. La théorie ergodique est principalement concentrée sur les systèmes dynamiques mesurés. D’autre part, une autre branche de la théorie ergodique s’intéresse à des questions dites de représentation des systèmes dynamiques mesurés.Un des aspects de cette théorie est de lier les systèmes dynamiques mesurés aux systèmes dynamiques topologiques. On s’intéressera plus particulièrement au lien entre les systèmes dynamiques topologiques,mesurés et algébriques. Les nilsystèmes ont pris ces dernières années une nouvelle dimension en théorie ergodique. Ils généralisent très naturellement les translations sur des groupes abéliens compacts, et en particulier, les rotations du cercle. On fera un lien partiel entre les propriétés algébriques et symboliques d’une famille bien choisie de nilsystèmes. On s’intéressera notamment à la notion d’induction pour de tels systèmes / There are many ways to approach the study of dynamical systems. In general, one equips the originalspace with an appropriate structure, and is interested in the average behavior of a map which preservesthis structure. For example, the interesting properties could be of topological, measurable, algebraicor differentiable origin. Ergodic theory is mainly concerned with dynamical systems with an invariantmeasure (measured dynamical system). Another branch of ergodic theory studies questions about therepresentation of measured dynamical systems. One aspect of this theory is to connect measured dynamicalsystems with topological dynamical systems. More specifically, we will be interested in theconnection between topological, measured and algebraic dynamical systems.Recently nilsystems have become important in ergodic theory. They naturally generalize translations ofcompact abelian groups, and in particular circle rotations. We will give a partial connection betweenalgebraic and symbolic properties of a well chosen family of nilsystems. We are particularly interestedin induction of such systems.

On réfléchit à une façon de déterminer une fraction rationnelle postcritiquement finie à conjugaison par une transformation de Möbius près, à l'aide de graphes planaires finis munis de la dynamique de l'application. Étant donné une telle fraction rationnelle f, on définit un ensemble G(f) de classes d'équivalences de graphes admissibles (des graphes planaires finis invariants, connexes, qui contiennent l'ensemble postcritique de f). On montre que si G(f) est non vide, alors f et g sont conjuguées par une transformation de Möbius si et seulement si l'intersection entre G(f) et G(g) est non vide. Cela nous amène à réfléchir à la construction de graphes admissibles pour une fraction rationnelle postcritiquement finie. On montre qu'une intersection non vide entre les bords de deux composantes de Fatou périodiques contient au moins un point périodique. On construit des graphes admissibles pour certains éléments de la famille des fractions rationnelles quadratiques dont l'un des deux points critiques est l'image de l'autre, avec des techniques utilisables dans de nombreuses autres familles. / We think of a way to determine a postcritically finite rational map up to Möbius conjugacy, using planar finite graphs fitted with the dynamics of themap. Givensuch a rational map f, we define a set G(f)of equivalence classes of admissible graphs (invariant, connected planar finite graphs containing the postcritical set). We show that if G(f) is non-empty, then f and g are Möbius conjugate if and only if G(f)nG(g) unequal Ø. This leads us to think about the construction of admissible graphs for a postcritically finite rational map. We show that a non-empty intersection between the boundaries of two periodic Fatou components contains at least one periodic point. We construct admissible graphs for some elements of the family of quadratic rational maps whose one of the two critical points is the image of the other, with technics usable in a lot of other families.

Nos travaux de thèse se situent dans le domaine des Systèmes d'Aide à la Décision (SAD) pour les situations dynamiques fondées sur les expériences passées. Plusieurs approches telles que les Réseaux de Neurones, Réseau de Petri et les Modèles de Markov Cachés ont été utilisées dans ce contexte mais elles souffrent de limites dans la gestion automatique et en temps réel des paramètres dynamiques. Nous proposons une architecture multi-agent multicouche fondée sur le raisonnement à partir de cas dynamique et incrémentale (RàPCDI) capable d’étudier les situations dynamiques (reconnaissance, prédiction, et apprentissage de situations). Nous proposons une approche générique qui acquiert elle-même les connaissances du système dynamique étudié. En outre, les systèmes de RàPC statiques souffrent de limites dans la gestion des paramètres dynamiques et ils sont incapables de détecter automatiquement l’évolution de ses paramètres ainsi que de s’adapter aux changements de la situation en cours d’évolution. En se basant sur le raisonnement à partir de cas et sur le paradigme multi-agent, nous proposons une modification du cycle statique de RàPC dans le but d’introduire un processus dynamique de raisonnement à partir de cas fondé sur une mesure de similarité dynamique, capable d'évaluer en temps réel la similarité entre une situation dynamique en cours de progression (cas cible) et des expériences passées stockées dans la mémoire du système (des cas sources) afin de prédire la suite de la situation cible. Nous validons l’approche proposée par la mise en œuvre d'un prototype de Tuteur Intelligent. Dans notre approche Incremental Dynamic Case Based Reasoning-Multi-Agent System (IDCBR-MAS), les expériences passées sont modélisées sous la forme des traces. Elles comprennent les productions et les actions résultantes de l’interaction de l'apprenant avec la plateforme d'apprentissage. IDCBR-MAS a été modélisé suivant la méthodologie AUML. Ses agents ont été développés en se basant sur JAVA et la plateforme SMA/JADE. / AOur thesis works are related in the field of Decision Support System (DSS) for dynamic situations based on past experiences. Several approaches have been used in this area such as neural networks, Petri Nets and Hidden Markov Model but they suffer from some limitations in automated real-time management dynamic parameters. We propose a multi-agent multi-layer architecture based on Incremental Dynamic Case-Based Reasoning (IDCBR) able to study dynamic situations (recognition, prediction, and learning situations). We propose a generic approach able to learn automatically from their experiences in order to acquire the knowledge automatically. In addition, the static CBR systems suffer from some limitations such as the problem of the static management for dynamic parameters of the situation and they are unable to detect automatically the changes in its parameters in order to adapt the situation during their evolution. Based on the Case-Based Reasoning and multi-agent paradigm, we propose a modification of the static CBR cycle in order to introduce a dynamic process of Case-Based Reasoning based on a dynamic similarity measure able to evaluate in real time the similarity between a dynamic situation in current progress (target case) and past experiences stored in the memory (sources case) in order to predict the target case in the future. We validate the approach proposed by the implementation of an intelligent tutoring system prototype. In our approach Incremental Dynamic Case-Based Reasoning-Multi-Agent System (IDCBR-MAS), the past experiences are structured and modeled as traces. They include the interaction of the learner with the platform, which include history, chronology of interactions and productions left by the learner during his/her learning process. IDCBR-MAS designed and modeled with AUML language. Its agents have been implemented with JAVA and SMA / JADE platform.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.