Reproduction de : Thèse de doctorat : Mathématiques : Faculté des sciences de Paris : 1874. / Titre provenant de la page de titre du document numérisé.

Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1907. N°: 1280. / Date reprise sur l'année de la deuxième thèse. Notes bibliogr.

Ce travail de thèse rentre dans le cadre du développement de modèles multi‐échelles de simulation de colonne d’absorption gaz‐liquide pour des applications de captage de CO2 en vue d’optimiser leur design. Il est le fruit d’une collaboration entre IFP Énergies nouvelles et l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Les colonnes à garnissages représentent une technologie essentielle aux applications d’absorption gaz‐liquide. Dans les procédés de captage de CO2 aux amines, le solvant liquide s’écoule sur les parois du garnissage, idéalement sous forme de film ruisselant mouillant toute la surface disponible, le gaz, en régime turbulent, venant le cisailler à contre‐courant de manière à promouvoir un transfert de CO2 de la phase gaz vers la phase liquide. Un écoulement le plus homogène possible permet d’avoir les meilleures performances de transfert. Toutefois, l’expérience montre que des maldistributions, notamment de la phase liquide, peuvent apparaître même en cas de bonnes distributions en entrée de colonne. La distribution du liquide est régie par un phénomène de « dispersion » dont l’étude et la modélisation représentent le principal objet de cette thèse. Pour ce faire, ce travail de thèse s’appuie sur des travaux expérimentaux, réalisés sur une installation d’IFPEN à Lyon, et sur des travaux numériques réalisés dans l’équipe Interface de l’IMFT. Le premier axe de l’étude abordé a ainsi consisté en l’acquisition de données originales de distribution de liquide en partant d’une configuration d’alimentation sous forme d’un jet central en tête de colonne et ce pour deux types de garnissages métalliques : un garnissage structuré, le Mellapak 250.X et un garnissage vrac, l’IMTP‐40. La méthode de tomographie gamma a été mise en œuvre afin de mesurer l’atténuation d’un flux photonique par le liquide en mouvement ce qui permet d’établir des cartes de rétention locale de liquide sur une section de colonne. Les profils de rétention résultants ont été ensuite exploités afin de caractériser la dispersion de liquide dans le système pour des régimes d’écoulement allant des plus faibles aux plus fortes interactions gaz‐liquide. Ces résultats ont permis de développer un modèle simple d’advection diffusion faisant appel à un paramètre hydrodynamique clé qui est le « coefficient de dispersion », qui reproduit bien l’étalement du jet de liquide. Dans le cas du garnissage Mellapak 250.X nous avons pu mettre en évidence une dispersion qui est régie essentiellement par la géométrie du milieu. Le cas du garnissage IMTP‐40 montre, lui, que la dispersion s’opère par des mécanismes plus complexes dus à la coexistence de plusieurs modes d’écoulement incluant des filets de liquide et des gouttes avec une forte sensibilité aux débits de liquide et de gaz. Le deuxième axe de l’étude a consisté à proposer et valider un modèle de simulation numérique de l’écoulement gaz‐liquide à contre‐courant permettant de retrouver ces phénomènes de dispersion. Un modèle Euler‐Euler offrant la possibilité de modéliser le système à une macroéchelle associé à une description du garnissage par un milieu poreux équivalent a été retenu. Les bases théoriques du modèle en question ont été investiguées et discutées et les différents termes à modéliser mis en évidence. Nous avons par la suite, en s’appuyant également sur des travaux antérieurs, identifié et discuté les principales propositions de modèles de fermeture du système d’équation de Navier‐stokes dans chacune des phases. Des simulations ont été effectuées sur la base de ce modèle en utilisant le code Fluent pour le cas particulier du garnissage structuré. Des résultats en bon accord avec l’expérience sont obtenus tant en termes de perte de charge que de rétentions locales. Les écarts en termes d’étalement du jet de liquide nous ont permis, pour leur part, de discuter le modèle de dispersion adopté, d’en dégager les limites et de proposer des améliorations à mettre en œuvre pour les travaux postérieurs. Enfin, et de manière indépendante, nous avons proposé une extension du modèle de frottement interfacial proposé par Iliuta et al. (2004) pour des régimes de fortes interactions entre phases permettant de mieux représenter l’écoulement et notamment de reproduire les courbes de perte de charge au‐delà du point de charge.

La croissance et le détachement des bulles formées sur une paroi par injection ou ébullition sont présents dans de nombreuses situationsindustrielles (les contacteurs gaz/liquide, les évaporateurs ou des dispositifs d’impression à jet d’encre). Dans la plupart des applications, les bulles grossissent dans un écoulement cisaillé ou au repos et la plupart des études visent à prévoir le rayon de détachement par une analyse de l’équilibre des forces. Ainsi, une bonne modélisation des forces capillaires et hydrodynamiques est nécessaire pour prédire correctement le rayonau détachement. Dans un premier temps, la croissance quasi-statique d’une bulle d’air formée sur la paroi d’une cuve et d’un canal rectangulaire est étudiée. Trois substrats différents sont utilisés pour observer l’influence des conditions de mouillage. La dynamique de la croissance de la bulle et le détachement sont alors enregistrés différentes configurations : canal horizontal, canal incliné, avec et sans écoulement liquide. Ensuite,le comportement des bulles de vapeurs en croissance sur une paroi en ébullition en vase et convective est étudié. Les expériences sonteffectuées en gravité terrestre et en microgravité dans un liquide sous-refroidi (HFE 7000) à basse pression (1-2bars). Des bulles de vapeurssont nuclées sur la paroi par l’intermédiaire d’un générateur de bulles. Ce dernier chauffe le liquide environnant au-dessus de sa température de saturation. Les bulles croient sur le site de nucléation dans un écoulement cisaillé et se détachent soit directement soit en glissant le long de la paroi. Une copie de la cellule d’essai appelée RUBI développée par l’ESA est implémentée dans le dispositif expérimental pour effectuer lespremières expériences en microgravité avant son lancement dans la station spatiale ISS. Toutes les acquisitions sont filmées à l’aide d’une caméra rapide et l’extraction du contour de la bulle est réalisée par traitement d’images. Différentes forces agissant sur une bulle sont calculées à partir des paramètres géométriques de la bulle. Un modèle prédictif de détachement de bulles est proposé. Enfin, un bilan thermique diphasique est effectué.

Le contexte environnemental et énergétique actuel impose la mise en place de diverses politiques de maîtrise de l'énergie dont l'objectif finale consiste en une utilisation optimale des ressources énergétiques disponibles. Particulièrement en France, le secteur du bâtiment est le plus énergivore et aussi le plus gros gisement d'économie d'énergie et sans doute l'un des plus importants de réduction d'émission des gaz à effet de serre. Face à ce sujet majeur, la cogénération représente une solution de choix pour satisfaire aux besoins énergétiques de ce secteur. C'est dans ce cadre que nous développons, en association avec la société ENS2R, un simulateur numérique de comportement énergétique de système de cogénération couplé à un bâtiment. D'une part, des modèles numériques des différents composants de la plateforme de simulation ont été développés et validés et d'autre part des règles de contrôle-commande ont été élaborées et testées puis l'ensemble a été intégré dans l'environnement Simulink. A l'aide de cet outil d'aide au choix, les simulations dynamiques effectuées ont permis dans un premier temps d'évaluer les performances d'une configuration du système BATIMAC couplé à un bâtiment donné et d'en juger de la satisfaction des occupants par rapport à la stratégie de fonctionnement adoptée, puis des études paramétriques ont conduit à une configuration optimisée de l'installation selon différents régimes de fonctionnement. / The current environmental and energy context requires various policies of energy management whose final objective is a best use of available energy resources. Particularly in France, the building sector is the most energy-consuming and also the largest energy saving deposit and probably one of the largest emission reduction of greenhouse gasses. Deal with this major issue, combined heat and power plant is an excellent solution to meet the energy needs of this sector. It is in this framework that we develop, in association with the ENS2R Company, a numerical simulator of energy behavior CHP plant coupled with a building. First, the numerical models of various components have been developed and validated and secondly control rules have been developed and tested and all were integrated in the Simulink environment. Using this decision support tool, dynamics simulations were performed in a first step to evaluate the performance of one configuration of BATIMAC plant coupled to a building and to judge it the satisfaction of the occupants with regard to the operating strategy adopted then parametric studies led to an optimized configuration of this plant according to different operating modes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux critères d'existence et à la construction effective de fractions rationnelles à dynamique prescrite. Nous commençons par étudier le même problème pour certains revêtements ramifiés post-critiquement finis et nous donnons une méthode de construction à partir de dynamiques d'arbres. Puis nous présentons un théorème de Thurston qui fournit une caractérisation combinatoire pour passer du cadre topologique au cadre analytique. En particulier, nous généralisons aux applications non post-critiquement finies un résultat de Levy qui simplifie le critère de Thurston dans le cas polynomial. Nous illustrons cette généralisation par une condition suffisante d'existence de polynômes ayant un disque de Siegel fixe de type borné. Ensuite nous détaillons la construction par chirurgie quasiconforme d'un exemple de fraction rationnelle non post-critiquement finie dont la dynamique est décrite par un arbre. Plus généralement, nous montrons qu'un résultat de Cui Guizhen et Tan Lei permet de construire une famille de fractions rationnelles à ensemble de Julia disconnexe à partir de certains arbres de Hubbard pondérés.

L'objet de cette thèse est l'étude de la formation et des propriétés des systèmes auto-gravitants isolés et non isolés à l'aide de simulations numériques d'effondrements gravitationnels de systèmes à N corps. Dans une première partie, nous synthétisons les principaux résultats analytiques concernant le système d'équations couplées Boltzmann sans collisions - Poisson, qui modélise les systèmes auto-gravitants non collisionnels, et leur extension en présence d'un champ extérieur, ainsi que certaines solutions analytiques. Dans une seconde partie, nous présentons les codes que nous avons utilisés et nous introduisons des notions de calcul parallèle et réparti, certains éléments ayant été parallélisés à l'aide de la bibliothèque d'échange de messages M.P.I. Enfin, dans une dernière partie, nous exposons les différents résultats de nos simulations et leurs analyses. La première partie d'entre eux concerne l'approfondissement de l'étude des conditions initiales nécessaires au déclenchement des instabilités d'Antonov, ainsi que l'étude de la dynamique interne des systèmes auto-gravitants isolés. La seconde partie concerne l'étude de ces systèmes mis en orbites dans un potentiel extérieur, visant à étudier son influence sur le processus de formation des systèmes auto-gravitants par effondrement gravitationnels.

Mon travail de thèse a porté sur deux sujets distincts : (i) l’application de la DNP-RMN pour les matériaux hybrides et inorganiques et (ii) le développement de méthodes RMN avancées pour sonder la structure des solides à l’échelle atomique. Dans le domaine de la DNP RMN, nous avons cherché à démontrer comment le gain en sensibilité DNP peut fournir des informations nouvelles sur la structure des matériaux. Nous avons notamment proposé un protocole DNP sans solvant. Nous avons aussi montré que la DNP est faisable pour des nanoparticules dispersées dans une solution gelée contenant des radicaux exogènes. Nous avons mis en évidence la complémentarité entre la DNP avec polarisation croisée ou polarisation directe. En outre, nous avons démontré que le gain en sensibilité DNP permet de sonder (i) les proximités 27Al-27Al au voisinage de la surface de l’alumine mésoporeuse et (ii) les proximitiés 27Al-13C dans un solide hybride microporeux, le MIL-100(Al). Nous avons aussi établi que la DNP-RMN permet d’augmenter les signaux RMN des sites 13C et 29Si de silices mésoporeuses remplies de surfactants, bien que ces sites soient situés à plusieurs centaines de nanomètres des agents polarisants. Pour ces systèmes, nous avons analysé les différentes contributions au gain en sensibilité pour des expériences CP-MAS 13C et 29Si. Mon travail de thèse a aussi conduit au développement de nouvelles méthodes RMN conventionnelles, telles que (i) un découplage dipolaire ajustable permettant d’obtenir des spectres RMN 1H haute-résolution à différentes fréquences MAS et (ii) des nouvelles séquences de polarisation croisée permettant se sonder les proximités entre noyaux quadripolaires. / My PhD work focused on two topics: (i) the extension of Dynamic Nuclear Polarization (DNP) to inorganic and hybrid materials and (ii) the development of advanced NMR methods to probe the atomic-level structure of solids. In the field of DNP NMR, we aim at demonstrating how the DNP sensitivity enhancement can provide new insights into the structure of inorganic and hybrid materials. We have introduced a solvent-free DNP alternative to post-synthesis impregnation which permits fast polarization build-up. We have also shown that DNP is feasible for nanoparticles dispersed in a frozen solution containing exogenous radicals. The complementarity of DNP cross-polarization (CP) and direct polarization (DP) has been demonstrated. Furthermore, we have demonstrated that the DNP sensitivity enhancement allows probing 27Al-27Al proximities near the surface of mesoporous alumina and 27Al-13C proximities in the microporous metal organic framework MIL-100(Al). It was also shown that in the case of functionalized mesoporous silica nanoparticles loaded with surfactants, the DNP CP-MAS can be used to enhance NMR signals of 13C and 29Si nuclei located at several hundred nanometers from the polarizing agent. In addition, we have analyzed the different contributions to the sensitivity enhancement in 13C and 29Si CP-MAS experiments of functionalized mesoporous silica nanoparticles. My PhD has also led to the development of conventional NMR methods, including (i) tunable homonuclear dipolar decoupling for 1H high-resolution NMR and (ii) novel cross polarization (CP) pulse sequence to probe proximities between half-integer quadrupolar isotopes.

L’intérêt pour la modélisation et la commande des engins volants s’est accru de manière significative au cours de ces dernières années. La complexité et les possibilités des engins volants s’accroissent rapidement et la gamme des missions qu’elles doivent réaliser se développe. Cependant afin que les drones puissent atteindre ce potentiel, certains défis techniques doivent être surmontés, notamment l’étude et l’intégration de la flexibilité structurelle, la prise en compte des phénomènes aérodynamiques, et l’élaboration de stratégies de commandes adaptées. Le travail présenté s’inscrit dans ce cadre et porte spécifiquement sur deux types de drones : -Les plus légers que l’air : Application à la modélisation et commande d’un dirigeable souple. -Les plus lourds que l’air : Application à la modélisation et commande d’un quadrirotor flexible : le XSF. Nous présentons dans un premier temps un modèle global d’engins volants flexibles autonomes. On admet que ces objets volants subissent de grands déplacements et de petites déformations élastiques. Le formalisme utilisé est basé sur l’approche de Newton-Euler, approche souvent utilisée dans le cas d’objets volants rigides. Dans cette étude nous généralisons le formalisme de corps rigides existant en y incluant l’effet de la flexibilité, sans pour autant détruire la méthodologie globale, et ce au moyen d’une technique hybride lagrangienne-eulerienne. La flexibilité apparaît dans le système dynamique global par le moyen d’un nombre réduit de degrés de liberté supplémentaires issus d’une synthèse modale. Cette technique permet de faciliter par la suite l’élaboration d’algorithmes de commande et de stabilisation. Le phénomène des masses ajoutées est également pris en considération. Une méthode originale de traitement analytique de ce phénomène a été établie pour un corps flexible en grands mouvements. Elle est basée sur la notion de potentiel flexible, et sur le développement de l’énergie cinétique du fluide sous l’effet d’un mouvement global du corps flexible. Cette méthode a permis de mettre en évidence le couplage rigide-flexible dans la matrice des masses ajoutées pour un traitement global d’un dirigeable flexible. On présente aussi le modèle dynamique et aérodynamique du quadrirotor flexible XSF conçu au laboratoire IBISC et destiné à un concours interuniversitaire sur les microdrones. Une technique robuste " Backstepping " est réalisée pour la stabilisation du dirigeable flexible au voisinage d’un point cible. Et une stratégie de contrôle de PID a été proposée pour la stabilisation de l’XSF. La stratégie de commande est contrainte par l’impératif d’optimisation du rapport précision/portabilité, pour que les algorithmes développés puissent être intégrés dans l’informatique embarquée de ces engins volants. Une validation numérique est présentée à la fin du rapport. / The interest of dynamic modeling and control of the autonomous flying objects increased significantly during these last years. Complexity and capability of these flying objects are expanding rapidly now, and the range of missions their designed to support is growing. In order to fulfil this requirement, it is necessary, in one hand, to introduce the effect of the structural flexibility and the aerodynamic phenomenon in the dynamic model, and in the other hand, to build a suitable strategy of command and stabilization for these flying objects. The work is registered within this framework, and relates two types of engines: - Lighter than air vehicle: Application on the modelling and control of flexible airship. - Heavier than air vehicle: Application on the modelling and control of flexible micro-drone. We present a general model of autonomous flexible flying engine undergoing great overall motion and small elastic displacements. The formalism used is based on the Newton- Euler approach, which is frequently used for rigid flying objects. In this study we generalize the existing formalisms for rigid bodies, by including the effect of flexibility without destroying the total methodology. A modal synthesis is used. A hybrid method based on the energetic principles and Lagrange equations is presented. The phenomenon of the added masses is also taken into account. In order to integrate the fluid-structure interaction of a flexible airship, we develop an original analytical formulation of the problem using both the new notion of flexible flow potential, and the development of the kinetic energy of the air constrained by the motion and the vibration of the airship. This method allows to put in an obvious place the coupling "overall motion - flexibility" in the added mass matrix. We also present the dynamic and aerodynamic model of a flexible quadrirotor called XSF, designed in the IBISC laboratory and intended for an interuniversity competition for microdrones. A robust methodology based on the " Backstepping " control is realized to stabilize the airship around a desired position, and a PID controller is proposed to stabilise the XSF. The strategy of command is compelled by imperative to optimize the ratio precision/portability, to allow an easy insertion of the developed algorithms in the embedded electronics. A numerical validation is presented in the end of this report.