L'optimisation du rendement des turboréacteurs impose de limiter les fuites inter-étages et de réduire les jeux de fonctionnement entre le rotor et le stator. Cependant, l'adoption de jeux réduit conduit à des contacts rotor/stator qui peuvent avoir des conséquences désastreuses. Afin de prévenir les effets destructeurs de ces interactions, des revêtements "abradables" sont déposés sur le stator. La compréhension et la modélisation de ces interactions sont primordiales pour permettre la conception de nouveaux moteurs plus efficients et plus surs. Toutefois, la modélisation précise de ces phénomènes réclame des données expérimentales difficiles à obtenir du fait de la complexité de l'interaction, des matériaux mis en jeu et de leurs conditions extrêmes d'utilisation (500 m/s et 300 °C). L'objectif de ces travaux est donc de fournir de nouvelles données expérimentales relatives aux efforts générés lors d'un contact aube/abradable. Une nouvelle technique expérimentale a donc été développée. Elle permet de générer une interaction à très grande vitesse entre un outil représentant l'aube et une éprouvette de matériau abradable et de mesurer les efforts d'interaction. Du fait des très hautes vitesses d'interaction, le dispositif de mesure d'effort est associé à une méthode de correction des signaux. Ce protocole expérimental est appliqué à la caractérisation d'un matériau abradable Metco M601, employé à l'étage basse pression du compresseur dans les turboréacteurs d'avions civils. L'influence sur les efforts d'interaction de la vitesse tangentielle, la profondeur d'incursion ainsi que des caractéristiques géométriques de l'extrémité de l'aube est étudiée / Increasing efficiency of aircraft engines require optimization of the clearance between the rotor and the stator. However, the important thermo-mechanical solicitations undergone by the engines lead to unavoidable high speed interactions between the moving parts and the casing. To achieve reduced clearance without endangering the blading, abradable seals are deposited inside the casing. This coating is designed to wear out in case of contact with the blade tip. Characterization and understanding of the different phenomena which take place during interactions are essential to prevent premature failure and to design safer aircraft engines but accurate modeling of these phenomena requires experimental data which are difficult to obtain because of the extreme conditions in which contacts occur (500 m/s, 300 °C) and of the complexity of the involved materials. The purpose of this work is to provide new experimental data relating to the forces generated during blade-casing contacts. Thus, a new experimental technique has been developed in order to generate high speed interactions between a tool impersonating a blade tip and a sample of abradable material and to measure the interaction forces. Because of the high interaction velocities reached up, a signal correction method has been implemented. Finally, this new experimental technique has been applied on the characterization of the abradable material Metco M601 used in low-pressure compressor of commercial aircraft engines. The influence on the interaction forces of the blade velocity, the incursion depth and the mechanical and geometrical characteristics of the blade tip has been studied

La problématique centrale de la thèse est l'évaluation de l'impact de démarches utilisant la formulation de scénarios et de personnages sur les phases d'expression des besoins en conception innovante. La méthodologie de recherche mise en œuvre est une démarche empirique qui s'appuie sur l'analyse de situations de conception. Au cours du doctorat, un protocole expérimental mis en œuvre a été dupliqué trois fois dans des laboratoires partenaires. Cette recherche aboutit à un mémoire de thèse qui présente plusieurs contributions : La première contribution se situe autour de la méthodologie de recherche proposée. Le protocole d'étude empirique mis en place est original, il s'appuie sur l'état de l'art des réflexions de la communauté et sur ces démarches de recherche, et proposes des éléments nouveaux à cette réflexion en conciliant approches quantitatives et qualitatives. La seconde contribution porte sur la caractérisation de l'impact des méthodologies étudiées sur la construction d'une représentation partagée du problème de conception et de la formalisation des exigences de conception. Enfin la troisième contribution porte sur l'analyse des interactions dans les activités de conception étudiées. Les analyses identifient et qualifient les impacts des méthodes étudiées sur le contenu des interactions dans les phases amont de la conception.

La problématique centrale de la thèse est l'évaluation de l'impact de démarches utilisant la formulation de scénarios et de personnages sur les phases d'expression des besoins en conception innovante. La méthodologie de recherche mise en œuvre est une démarche empirique qui s'appuie sur l'analyse de situations de conception. Au cours du doctorat, un protocole expérimental mis en œuvre a été dupliqué trois fois dans des laboratoires partenaires. Cette recherche aboutit à un mémoire de thèse qui présente plusieurs contributions : La première contribution se situe autour de la méthodologie de recherche proposée. Le protocole d'étude empirique mis en place est original, il s'appuie sur l'état de l'art des réflexions de la communauté et sur ces démarches de recherche, et proposes des éléments nouveaux à cette réflexion en conciliant approches quantitatives et qualitatives. La seconde contribution porte sur la caractérisation de l'impact des méthodologies étudiées sur la construction d'une représentation partagée du problème de conception et de la formalisation des exigences de conception. Enfin la troisième contribution porte sur l'analyse des interactions dans les activités de conception étudiées. Les analyses identifient et qualifient les impacts des méthodes étudiées sur le contenu des interactions dans les phases amont de la conception. / In this study, we are more concerned with the early stages of the new product design: the product definition phase. The fundamental purpose of this phase is to gather right kind of information in a way that allows the formalization of stakeholder needs into a set of requirements. Literature review on this phase shows the difficulty to elicit needs of so called intended users and have a shared understanding of their requirements between design actors. To overcome these obstacles, support methods can be used. However, the appropriateness and effectiveness of the various methods is unknown. Our assumption in this research project is that scenarios and personas can be used as support methods to handle above-mentioned obstacles. An experiment is designed and conducted in a laboratory environment in order to test this assumption. The question of whether they have an impact on the creation of shared understanding between design actors is discussed under two sub-categories: perspective clarification and convergence to a common perspective. On the other hand, their impact on the elicitation of the intended user requirements is observed under three sub-categories: requirement elicitation, capture of the design rationale and creation of the empathy. Some qualitative and quantitative indicators are proposed to evaluate these impacts. Based on the analysis of seven observed collaborative design sessions, the findings of research study are discussed. The results points out that the major impact of these methods is that they evoke empathy for the intended users. In the groups that these methods are used the discussions are also richer regarding to the number of different needs are addressed. Moreover, these methods are also promising to keep the trace of design rationale. However design actors have tendency to accept them just as communication support, rather than documentation one. As a communication support they help design actors to clarify their arguments, to negotiate and to take decisions. However, the findings were not adequate to conclude that they have a significant impact on the perspective clarification and convergence. Hence, the main contribution of this research lies from one part in the evaluation of the impacts of these methods in requirement elicitation activity. And, in other part description of a research approach, which guides the experimental study in engineering design.

Le tournage de superfinition est très spécifique avec une profondeur de passe de l’ordre de 0.05mm et une avance de 0.05mm/tour et permet d’obtenir des surfaces dont la précision et la rugosité sont équivalents à ce que l’on pourrait obtenir par rectification. Cependant, ce procédé est fortement influencé par les caractéristiques dynamiques du système usinant. Le but de nos travaux est de comprendre comment les caractéristiques dynamiques du système Pièce / Outil / Machine (P.O.M.) influencent la qualité de surface obtenue en superfinition à l’outil coupant. Dans un premier temps, nous avons défini, en nous appuyant sur la méthode normalisée du Couple Outil Matière (C.O.M.), des conditions de coupe acceptables et stables. Ensuite, une analyse fréquentielle nous a permis d’identifier trois éléments du système P.O.M. comme sources de vibrations remarquables, à savoir la machine elle-même, la fréquence de rotation de la broche et l’outil utilisé. Puis, nous avons mis en place une démarche expérimentale lourde afin d’évaluer l’influence des sources identifiées sur des critères d’état de surface et sur les vibrations mesurées au niveau de l’outil coupant. Enfin nous avons abordé l’étude des corrélations existantes entre les vibrations et l’état de surface généré en tournage de superfinition / The superfinishing in turning is very specific, depth of cut about 0.05mm and feed in the order of 0.05mm/rev and allows to produce surfaces with precision and roughness equivalent to grinding process. However, this process is strongly influenced by the dynamic characteristics of the machining system. The aim of our work is to understand how dynamic characteristics of the Part/Tool/Machine (P.T.M.) system influence the surface quality obtained in superfinishing with cutting tool. Initially, we defined acceptable and stable cutting conditions by using the standardized method of the Couple tool-matterial. Then, a frequential analysis enabled us to identify three remarkable sources of vibrations in the P.T.M. system that are the machine tool, the spindle frequency and the tool. Then, we set up an experimental study in order to evaluate the influence of the identified sources of vibrations on surface quality and on the vibrations measured on the cutting tool. Finally we studied the correlations between the vibrations and the surface quality obtained by superfinishing turning

Cette thèse a pour objectif l’étude et la mise au point d’un procédé de fabrication, par cristallisation, de sel thermal enrichi en magnésium, à partir d’eaux minérales naturelles chlorurées sodiques fortes. Un modèle dynamique a d’abord été développé pour la simulation du procédé. Ce modèle est basé sur la description des phénomènes physico-chimiques intervenant dans les équilibres thermodynamiques multiphasiques (liquide, vapeur, solides). Puis, un pilote de laboratoire a été mis en place pour vérifier la faisabilité du procédé et valider le modèle développé. Le pilote proposé est constitué de deux réacteurs en série entre lesquels est placé un système de filtration. Une étude expérimentale et par modélisation du procédé avec l’eau thermale de Salies-de-Béarn a ensuite été réalisée. Cette étude montre qu’il est possible de produire un sel thermal ou une eau-mère naturellement enrichis en magnésium. / The aim of this thesis is the study and the development of a production process, by cristallization, of thermal salt enriched in magnesium, from highly chlorinated natural waters. At first, a dynamic model was developed for the process simulation. This model is based on the description of physical-chemical phenomena occurring in multiphase thermodynamic equilibrium (liquid, vapor, solids). Then, a laboratory pilot was set up to check the process feasibility and to validate the developed model. The proposed pilot is a series of two reactors between which is placed a filtration system. Finally, an experimental and modeling study of the process has been realized with thermal water of Salies-de-Béarn as raw-material. This study shows that it is possible to produce a thermal salt or mother liquor naturally enriched in magnesium.

Dans le contexte du développement durable, et dans un objectif de limitation de l’impact environnemental, le recours à des sols fins prend une place croissante dans la construction d’ouvrages en terre. Mais la maîtrise de ces matériaux amène au cours de l’exécution des difficultés lors du compactage, telles que le feuilletage et le matelassage. Au sein du projet ANR TerreDurable, cette thèse vise à l’étude du compactage, plus particulièrement pour les marnes proches de la saturation. Le programme d’essais se base principalement sur les observations apportées par les praticiens (Vinci Construction Terrassement, Valerian, Egis Géotechnique), pour parvenir à des essais mettant en évidence difficultés et mauvais usages rencontrés. Après une discussion sur l’effet des méthodes de contrôle de succion sur la nucléation dans les sols fins, l’étude porte sur une planche de compactage in situ. Elle s’articule autour de 4 paramètres : teneur en eau, mouture, type de compacteur et énergie de compactage. Ces variations mènent à la réalisation de 24 plots sortants parfois du cadre règlementaire, incarné en France par le Guide des Terrassements Routiers (GTR). Une fois terminés, et après des observations visuelles, les plots subissent carottages et pénétromètres dynamiques pour évaluer l’état et la réponse hydromécanique du matériau. Les mesures recueillies permettent de fournir des informations quant aux bonnes pratiques de compactage, mais aussi vis-à-vis des variables d’état du sol selon le jeu de paramètre. Dans un deuxième temps, l'effet de la préparation du matériau est étudié dans la cadre d'essais Proctor et IPI. Le matériau de chaque essai est alors exploité pour la réalisation de courbes de retentions dans le domaine quasi saturé. Toutes ces mesures sont alors comparées à la planche, de manière à cadrer les essais de cette dernière et confirmer les observations faites en première instance. Pour finir, une cellule triaxiale de révolution est développée dans l'objectif d’étudier l’évolution des variables d’état du sol au cours du compactage. Elle présente un tensiomètre à sa base, mais aussi des fenêtres planes en plexiglas pour permettre l’utilisation de la corrélation d’images pour l’estimation des changements de volume. Ces fenêtres ont pour objectif de limiter les déformations optiques et faciliter la mesure. La conception et la calibration de la cellule sont présentées, tout en mettant en avant sa précision. Sont alors réalisés les premiers essais de reproduction du compactage, basés sur des références in situ. Malgré les difficultés rencontrées pour simuler les passes d’un compacteur au sein de la cellule, les essais apportent des éléments de réflexion quant à l’effet de ce dernier sur le sol. / In the context of sustainable development, and to limit environmental impact, usage of fine-grained soils takes an expending place in earthworks. Sadly, the control of such materials through construction leads to difficulties during compaction, such as lamination and wave effect. As part of the French ANR project TerreDurable, this thesis aims to research compaction, mostly marls close to saturation. Observations carried out by practitioners serves as base for the experimental programme (Vinci Construction Terrassement, Valerian, Egis Géotechnique), to achieve surveys showing the main known difficulties and poor usages. After a discussion on the effect of measurement methods on nucleation in fine-grained soils, the study follows a full-scale in situ compaction test, articulated around four parameters: water content, grinding, compactor type and compaction energy. These variations lead 24 parcels sometimes out of the French legal frame (Guide des Terrassement Routiers). After realisation and visual observations, each of the parcels undergoes samplings and dynamic penetrometers to evaluate their state and hydro mechanical response. These analyses give data regarding good compaction practice, but also soil state variables after compaction. Then, proctor and CBR tests first show the effect of soil preparation on their outcomes. Afterwards, retention curves in the quasi-saturated domain are conducted from the Proctors. These measures compared to the full scale in situ compaction test, provide a frame to its results and confirm initial observations. Finally, aiming to study state variables evolution during compaction, a triaxial cell is developed. Equipped with a tensiometer at its base, flat Plexiglas windows are created enabling digital image correlation (DIC) for volume changes assessments. These windows allow for limited optical deformations and measurement facilitation. The conception and the calibration of the cell are presented to evaluate its precision. Then, the first tests to reproduce compaction, based on in-situ references, are carried out. Despite difficulties to simulate compactor passes in the cell, it provided elements of reflexion regarding the effect of compaction.

À l'heure où les préoccupations climatiques sont plus que jamais d'actualité, les problématiques du contrôle, de la gestion et de l'économie de l'énergie prennent une importance considérable dans notre société. Dans le secteur avionique, cela peut se traduire par une nécessité de réduction du poids des aéronefs afin d'économiser le kérosène consommé durant le vol, résultant au final à une réduction drastique d'émission de CO². En adéquation avec les problématiques d'économie d'énergie l'avion plus électrique crée depuis quelques années un nouvel engouement dans le monde aéronautique pour l'actionnement tout électrique. La refonte des systèmes actuels (hydrauliques, mécaniques, pneumatiques) vers des systèmes plus électriques permet de plus de diminuer les coûts de maintenance des équipements et d'augmenter la fiabilité globale des systèmes, en s'affranchissant par exemple des problèmes fluidiques liés à l'hydraulique. Plusieurs projets ont été fédérés autour de ce nouvel élan dont le projet ModErNe dans le cadre duquel les travaux présentés tout au long de ce mémoire de thèse ont été réalisés. La mise en place dans un aéronef de nouveaux dispositifs électroniques de puissance nécessite une parfaite connaissance du comportement des composants notamment sous environnement thermique extrême. Cela permet de dimensionner des systèmes haute puissance et haute température optimisés et sécurisés. La technologie SiC n'étant pas suffisamment mature au lancement du projet ModErNe, celui-ci a eu pour postulat l'utilisation de composants IGBT silicium. L'un des objectifs principaux de ces travaux est alors l'étude par la caractérisation du comportement des IGBT dans une gamme de température allant au-delà de celle établie par les fondeurs (-55°C à +175°C). Ces travaux décrivent ainsi la conception, la réalisation et la mise en place d'un banc de caractérisation électrique en température, de véhicules de test et la procédure de tests utilisée. Un second objectif essentiel de ces travaux se situe au niveau du prototypage virtuel. La modélisation et l'analyse des systèmes sont aujourd'hui incontournables afin d'éviter au maximum les défaillances qui peuvent mettre en danger des fonctions élaborées comme celles liées à la sécurité. Dans ces travaux de thèse nous modélisons le dispositif choisi afin de déterminer par simulation son comportement électrique sous l'influence de conditions de fonctionnement environnementales thermiques sévères. À l'aide d'une analogie électrique l'Équation de Diffusion Ambipolaire est résolu analytiquement pour fournir un modèle (1D) précis et complet de composants de puissance. Une confrontation simulation/ données constructeurs/ mesures expérimentales ouvre une discussion sur l'identification de l'Injection Enhanced effect : un phénomène physique permettant d'améliorer considérablement les performances statiques des composants IGBT, et présent dans certains IGBT selon une configuration structurelle particulière.

Différentes séries de verres fluorés à base de ZrF4 ont été étudiées par Résonance magnétique nucléaire et spectroscopie d'impedance. La validité du modèle structural du verre BaF2-2 ZrF4 base sur la structure de la phase cristallisée BaZr2F10 beta est confirmée. Les propriétés électriques a longue distance sont correlées aux propriétés de diffusion des ions fluorure a l'échelle de la R.M.N.: la mobilité des anions augmente avec le taux de BaF2. L'influence d'ajouts LiF ou NaF sur les propriétés de transport a été déterminée. Un minimum de conductivite pour x(LiF) = 0,20 est mis en évidence: il correspond au passage d'une conductivité due préférentiellement aux ions fluorure a une conductivité due préférentiellement aux ions lithium quand x(LiF) augmente. En revanche, les propriétés électriques des séries des verres contenant des ions sodium sont dues uniquement aux ions fluorure, la non-participation des ions sodium comme porteurs de charge est mise en evidence.

Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d'azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en œuvre d'une de ces solutions par l'utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d'échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l'influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d'azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L'optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l'amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d'une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d'azote. différentes sources de tension ont été testées. L'analyse des décharges s'appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d'azote dans du diazote est proche de 80 %.

Des événements géologiques passés ont montré que les glissements de terrain, près des côtes, impliquant des volumes de quelques milliers de mètre cube à plusieurs centaines de kilomètres cube, peuvent provoquer des vagues de tsunami d’une amplitude considérable. La vague générée et l’effondrement représentent tous deux un danger important pour la population et les infrastructures situées sur ou proche des côtes. Une modélisation réaliste nécessite de tenir compte de la nature granulaire du glissement de terrain. Nous avons développé dans ce travail de thèse, une série d’expériences de laboratoire à petite échelle, pour étudier en détail le processus de génération de vague par l’effondrement d’une colonne granulaire, initialement sèche, dans l’eau. Tout un ensemble de paramètres est testé : (1) la masse granulaire impliquée (hauteur, volume, rapport d’aspect, granulométrie et densité), (2) la hauteur d’eau et (3) la configuration géométrique (plan horizontal ou plan incliné). Des expériences quasi-bidimensionnelle en canal rectangulaire, permettent d’enregistrer à la fois l’évolution temporelle de l’effondrement granulaire et celle de la surface libre de l’eau. Nous montrons que le processus de génération des vagues est piloté par la dynamique collective de l’effondrement des grains à la surface de l’eau. Nous identifions une dépendance linéaire claire entre l’amplitude relative de la vague principale et un nombre de Froude défini comme le rapport des vitesses d’avancée du front granulaire et de la vague solitaire. En particulier, l’amplitude de la vague atteint sa valeur maximale pour une profondeur d’eau intermédiaire. Le transfert d’énergie global a montré que seulement quelques pourcents de l’énergie potentielle initiale de la colonne sont transférés à la vague, issus notamment d’une perte d’énergie considérable dans l’effondrement granulaire lui-même. Enfin, nous soulignons la faible influence du diamètre et de la masse volumique des grains dans la génération de la vague. Cela suggère que la masse de l’effondrement est de faible importance par rapport à son volume. Un autre résultat intéressant est la dépendance linéaire de l’amplitude relative de la vague avec le volume immergé du dépôt final. Cette loi nous permet d’estimer l’amplitude de la vague pour des événements passés et potentiels. Malgré les échelles, géométries diverses et variées de ces événements, et l’incertitude des données, cette loi empirique provenant de notre expérience à petite échelle prédit des vagues similaires à d’autres modèles numériques ou expérimentaux. / Various past geological events have shown that landslides near coastlines, involving volumes from a few thousand cubic meters to several cubic kilometers, can lead to tsunami waves with significant amplitude. The generated wave and the collapse both represent an important hazard for the population and infrastructure located on or near the coast. Realistic modeling requires considering the granular nature of landslides. Here, we developed a new set of small-scale laboratory experiments to investigate in detail the wave generated by the collapse of an aerial granular column into water. An entire set of parameters are tested: (1) the falling granular mass (height, volume, aspect ratio, grain size and density), (2) the water layer height and (3) the geometrical configuration (horizontal or inclined plane). From quasi-bidimensional experiments in a rectangular channel we record both the time evolution of the granular collapse and of the generated wave. We show that the wave generation process is driven by the collective dynamics of the granular collapse at the water free surface. We identify a clear linear dependence between the relative wave amplitude and a Froude number defined as the ratio of the granular front velocity and the solitary wave velocity. The wave amplitude reaches its maximum value at an intermediate water depth. The total energy transfer shows that only a few percent of the initial potential energy of the column is transferred to the wave, suggesting a considerable energy loss in the granular collapse itself. Finally, we highlight the low influence diameter and density of the falling grain in the generation of the wave. This suggests that the mass of the collapse is of low importance compared to its volume. Another interesting result is the linear dependence of the relative wave amplitude with the relative immersed volume of the final deposit. This allows us to estimate the wave amplitude generated by past or potential events in Nature. Despite the various scales and geometries of these natural events, and the uncertainty of the data, our empirical law, from our small-scale experiment, predicts waves similar to other numerical or experimental models.