Cette thèse a pour but de proposer des lois de commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone. Chaque loi de commande élaborée a été validée expérimentalement sur un benchmark industriel, prenant en compte les problèmes de la machine asynchrone à très basse vitesse. L'étude de l'observabilité montre que la machine asynchrone est inobservable à très basse vitesse lorsque la mesure de la vitesse n'est disponible. La synthèse d'observateurs pour la machine asynchrone sans capteur mécanique a été une des contributions principales de nos travaux. Dans un premier temps, un observateur interconnecté à grand gain a été conçu pour reconstruire les variables mécaniques (vitesse, couple de charge) et les variables magnétiques (flux). Dans un second temps un observateur adaptatif interconnecté a été synthétisé pour estimer en plus des variables mécaniques et magnétiques, la résistance statorique paramètre crucial à très basse vitesse. Les résultats sur le benchmark "Observateur sans capteur mécanique" ont montré une amélioration sensible des performances robustes. La conception de commandes non linéaires sans capteur mécanique pour la machine asynchrone constitue la contribution majeure de nos travaux en démontrant la stabilité globale de l'ensemble "Commande+Observateur" et avec validation expérimentale sur le benchmark "Commande sans capteur mécanique". Plusieurs lois de commande ont été conçues et comparées : type PI avec termes non linéaires, type modes glissants d'ordre un, puis d'ordre supérieur et enfin une loi de type backstepping. Ces deux dernières ont de bonnes performances tant en basse vitesse qu'en haute vitesse. Les résultats ont été comparés positivement à ceux d'un variateur industriel sur le benchmark "Commande sans capteur mécanique" : dans la zone inobservable, il est instable contrairement aux lois de commande que nous avons conçues

Les matériaux composites sont des matériaux nouveaux qui possèdent une grande déformabilité et une grande raideur. Les structures de bâtiment qui requièrent ces deux propriétés sont peu nombreuses et les gridshells en sont un bon exemple. En effet, ces structures à double courbure sont obtenues par déformation élastique puis rigidification d'une grille plane sans raideur en cisaillement. Les grands déplacements et les grandes rotations qui surviennent durant la phase de montage de ces structures élancées précontraintes nécessitent la prise en compte de non-linéarités géométriques importantes. Un outil numérique spécifique reposant sur la méthode de la relaxation dynamique est donc développé et validé. Il permet une nouvelle approche de la forme des gridshells et la mise au point d'une méthode de recherche de forme originale. Il est également utilisé pour l'étude géométrique et l'analyse structurelle de prototypes de gridshells en matériaux composites construits sur le site de l'École Nationale des Ponts et Chaussées.

Les conditions indispensables à l'émergence de la vie terrestre ont surement été réunies sur Mars au début de son histoire. Une forme de vie martienne aurait alors pu apparaître et des indices de cette dernière auraient pu perdurer. Dans le cadre de la recherche de ces indices sur Mars, nos travaux s'articulent autour de deux cibles d'intérêt exobiologique : les biominéraux carbonatés et la matière organique. Dans la première partie, nous avons fait l'hypothèse que les températures de résistance thermique de carbonates biogéniques et abiotiques diffèrent du fait de leurs particularités intrinsèques. Nous les avons comparées via des analyses thermiques TG-ATD et nous avons constaté qu'un écart de 15°C sépare les domaines biologiques et abiotiques. Par conséquent nous avons ainsi accès à une signature biologique non ambiguë. Dans la seconde partie, nous avons testé la photostabilité et l'évolution d'acides carboxyliques et d'un biomarqueur bactérien, soumis au rayonnement ultraviolet simulé du soleil à la surface de Mars. Pour cela, nous avons développé une expérience de simulation en laboratoire : M.O.M.I.E. (Martian Organic Molecules Irradiation and Evolution). Nous avons observé que la plupart des molécules organiques sont détruites. Une seule, l'acide mélitique, produit un ou des composés organiques résistants. Nous avons ainsi accès aux taux de matière organique potentiellement présent à la surface/sous-surface de Mars. Les deux axes de recherche que nous avons suivis sont donc d'un grand intérêt exobiologique, car ils nous permettent de définir les stratégies expérimentales à mettre en oeuvre pour tenter de détecter in situ une activité biologique martienne.

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

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

Le dimensionnement des digues paravalanches s’appuie sur la connaissance des processus physiques liés au ressaut, qui se forme lorsqu’un écoulement fin et rapide rencontre un obstacle suffisamment haut pour ralentir et épaissir l’écoulement incident. La hauteur du ressaut est aujourd’hui calculée à partir d’équations strictement valides pour des écoulements de matériaux non frictionnels et non compressibles tels que l’eau, sur fond plat et lisse. Or, les avalanches de neige dense sont des écoulements compressibles qui ne peuvent avoir lieu qu’en pente, et au sein desquels se produit de la dissipation d’énergie par friction et collisions entre les grains. Il est donc essentiel de mieux connaître le comportement des ressauts dans les écoulements granulaires en pente. Pour cela, la thèse s’appuie sur plusieurs approches. Les ressauts granulaires stationnaires sont d’abord étudiés de manière purement théorique, à l’aide des équations de conservation de la masse et de la quantité de mouvement moyennées dans l’épaisseur, afin de trouver une relation générale pour prédire la hauteur des ressauts quelques soient les conditions d’entrée. Nous simulons ensuite numériquement un grand nombre de ressauts granulaires en faisant varier plusieurs paramètres (la pente du plan incliné, le débit, le diamètre des grains, la friction entre les grains) à l’aide de la méthode aux éléments discrets. Cette méthode permet d’accéder à la structure interne des ressauts, et notamment à la mesure des champs de vitesse, de fraction volumique, ou encore de la dissipation d’énergie. Les simulations sont réalisées en deux dimensions. Enfin, un dispositif de mesure innovant, qui utilise la radiographie à rayons X dynamique, a été adapté à une expérience de laboratoire existante pour créer des ressauts granulaires stationnaires. Cette technique de mesure permet, en particulier, de mesurer la distribution spatiale moyennée dans la largeur de l’écoulement de la fraction volumique avant, à l’intérieur et après le ressaut granulaire. La comparaison du nouveau cadre théorique proposé avec les résultats expérimentaux et numériques nous permet de mettre en évidence une grande diversité des types de ressauts granulaires en fonction des conditions initiales. Pour chaque type de ressaut, les lacunes du cadre théorique classique, qui ne tient pas compte des forces mises en jeu dans le ressaut ni de la compressibilité, sont clairement établies. / The design of avalanche protection dams relies on the understanding and modelling of physical processes related to the formation of jumps that form when a thin and fast flow meets an obstacle high enough to slow down and thicken the incoming flow. The jump height is nowadays calculated through equations that are strictly valid for non-frictional incompressible flows on a horizontal and smooth bottom. However, dense-snow avalanches are compressible granular flows taking place on a slope, and inside which energy is dissipated through enduring frictional contacts and collisions between grains. It is then essential to decipher the behaviour of jumps formed during granular flows down inclines. To this extent, the thesis relies on several approaches. Standing granular jumps are first studied in a purely theoretical way, with the help of depth-averaged mass and momentum conservation equations, in order to find a relation to predict the height of the jumps regardless of the input conditions. A great number of granular jumps are then simulated by varying several parameters (the slope angle of the incline, the discharge, the grain diameter, the grain-grain friction) thanks to the discrete element method. This method allows us to access to the internal structure of the jumps, and in particular to the spatial distributions of velocity, volume fraction and energy dissipation. Those simulations are done in two dimensions. Finally, an innovative measurement technique using dynamic X-ray radiography was adapted to an existing small-scale laboratory device to produce standing granular jumps. This technique allows in particular the measurement of the width-averaged spatial distribution of volume fraction before, inside and after the granular jumps. The comparison between the new theoretical framework proposed and both the experimental and numerical data, allows us to evidence a rich variety of granular jump patterns as a function of the input conditions. For each type of jump pattern, the shortcomings of the classical theoretical framework, which does not account for the forces at stake within the jump volume nor the compressibility, are well established.

Ce travail s’inscrit dans la problématique de réduction de masse, de sécurité inhérent au domaine aéronautique, il concerne plus spécifiquement les sièges de pilotes d’avion de ligne. Un nouveau concept d’assise composite sandwich multifonctionnel est proposé. Il est composé d’une peau carbone, d’une âme nid d’abeille Nomex et d’une peau hybride Kevlar/lin. L’assemblage de plusieurs matériaux engendre des comportements parfois complexes et rend difficile la prédiction de la ruine de la structure. Une démarche expérimental/numérique est mise en place pour appréhender l’endommagement de l’assise et ainsi permettre un pré-dimensionnement via un outil numérique.Tout d’abord, des essais de caractérisation permettent d’élaborer les lois de comportement des différents matériaux constituant le sandwich. Le composite hybride présente un comportement élasto-plastique-endommageable-anisotrope. Le nida Nomex est représenté par un réseau de ressort et une loi couplant le comportement en compression et en cisaillement qui est implémentée dans ABAQUS. Des essais d’impacts permettent d’évaluer les modes de rupture et l’énergie dissipée par les concepts d’assises réalisés. Des simulations numériques intégrant les comportements matériaux identifiés sont mises en places pour corréler l’essai d’impact. L’analyse couplée des résultats expérimentaux et numériques permet d’identifier les couplages entre les différents mécanismes. Enfin, le modèle est utilisé pour dimensionner une assise composite qui s’avère sans optimisation fine, comparable à une assise existante en aluminium de l’A350. / This work is part of the problem of mass reduction, safety inherent in the aeronautical field, it concerns more specifically the seats of pilots of airliner. A new multi-functional sandwich composite seat pan is proposed, composed by a carbon skin, a Nomex honeycomb core and a Kevlar/flax hybrid skin. The assembly of several materials generates complex behaviors and makes the ruin of the structure difficult to predict. An experimental/numerical approach is used to understand the damage mechanism of the seat and to create a pre-dimensioning numerical tool.Firstly, characterization tests allow identifying the mechanical behaviors of each material and constituting a database for the creation of material laws. The hybrid composite shows an elastoplastic-damaging-anisotropic behavior. The honeycomb is represented by a spring network and a law coupling the compression and shear behavior is implemented. Impact tests are used to evaluate the failure modes and the energy dissipated by the different concepts. The impact tests are correlates by numerical simulation using the identified material behaviors. The analysis of the experimental and numerical results makes it possible to identify the coupling between the different mechanisms. Finally, the model is used to design a new composite seat pan. This one is comparable to the existing aluminum seat pan without optimization phase.

L'un des objectifs de l'industrie éolienne est de produire de grandes pièces de structure à moindre coût. Dans ce contexte, la fabrication de pièces composites à partir de renforts quasi unidirectionnels(quasi-UD NCF) avec le procédé d’infusion est compétitive tant sur le plan mécanique que financier. Le procédé d'infusion engendre un phénomène de décompaction dû à la flexibilité de la bâche à vide. De plus les NCF présentent un écoulement à double échelle pendant leur imprégnation. La modélisation des deux phénomènes est souvent réalisée en supposant que la préforme fibreuse est un milieu continu à perméabilité variable. Néanmoins, la perméabilité est influencée par la répartition et la taille des mésopores, qui dépendent de l'état de compaction. Le but de cette thèse est de caractériser expérimentalement l'évolution d'un quasi-UD lors de l’infusion et d’évaluer l'impact de la réorganisation microstructurale sur des quantités macroscopiques d’intérêt, tels que la perméabilité et le temps de remplissage des pièces.Des infusions ont été réalisées à l'intérieur d'un tomographe pour capter l’évolution d’une même microstructure avant et après infusion. Un modèle simplifié a été proposé pour prédire la perméabilité dans le plan et ainsi évaluer l'influence de la réorganisation microstructurelle sur celle-ci. De plus,un outil numérique a été développé pour prendre en compte un écoulement double échelle dans un milieu fibreux déformable bidisperse. L'impact de la décompaction sur le temps de remplissage des pièces a été établi. Une étude mécanique expérimentale du comportement de la mèche tout au long de l’infusion a également été réalisée afin de mieux comprendre le comportement du quasi-UD. Un modèle hyperélastique a finalement été proposé pour prédire le comportement mécanique 3D des mèches pendant la phase de chargement à sec, avant l'infusion. / A current aim of wind turbine industries is to produce large structural parts at reduced costs. In this context, manufacture composite blades made of quasi-unidirectional non-crimp fabrics (quasi-UD NCF) using the infusion process is competitive on both mechanical and cost aspects. The infusion process involves an unloading phenomenon due to the vacuum bag flexibility. Additionally, during the impregnation, NCFs exhibit a dual-scale flow. Usual modeling of both phenomena assumes that the fibrous preform is a continuous medium with a varying permeability. Nonetheless, the permeability is affected by the meso-pores size and spatial distribution, which depend on the compaction state. The goal of this thesis is thus to characterize experimentally the flow-induced microstructural evolution of a quasi-UD NCF during the infusion process, and to quantify the impact of thismicrostructural reorganization on relevant macroscopic parameters, such as modelled in-plane permeability as well as computed filling time of parts. In situ infusion process has been conducted inside X-ray Computed Tomography device to capture a dual-scale fibrous microstructure prior and after the infusion process. Additionally, a simplified model has been proposed to predict the in-plane permeability and thus to evaluate the influence of the microstructural reorganization on it. Then, a numerical tool has been developed to account for dual-scale flow in a bidisperse deformable fibrous media. The impact of the dual-scale unloading on themacroscopic filling time of parts has been established. A mechanical investigation of the towbehavior during the infusion process has been additionally carried out experimentally to better understand the quasi-UD NCF behavior. From these results, a hyperelastic model has been proposed to predict the 3D mechanical behavior of tows during the dry loading phase, prior to the infusion process.

Dans le cadre du projet Cigeo (centre industriel pour le dépôt géologique de déchets radioactifs), le comportement diffusif des radionucléides dans les matériaux cimentaires est un sujet d’étude de l’Andra. Après la fermeture du site d’entreposage de déchets radioactifs, les radionucléides se retrouveront à terme en solution sous forme d’ions. Ils seront alors susceptibles de migrer vers la roche argileuse entourant le site d’entreposage et ses ouvrages en béton seront la première barrière qu'ils rencontreront lors de leur diffusion. Lorsque l'eau provenant de la roche se trouvera en contact avec les ouvrages, cela entrainera une décalcification et une dégradation progressive du matériau cimentaire. De nombreux travaux de recherche traitent de la diffusion d’espèces ioniques dans les matériaux cimentaires. Il existe cependant très peu d'études comparatives sur la diffusion de traceurs différemment chargés dans les matériaux cimentaires à différents états de dégradation, et notamment sur le matériau qui est à l'étude par l'Andra (à base de CEM V). Cette thèse a donc pour objectif d’étudier la diffusion de différentes espèces anioniques, cationiques et neutres dans un matériau cimentaire à base de CEM V à différents états de dégradation. Dans cette optique, un protocole expérimental optimisé a été mis au point et une étude numérique sur un logiciel de transport réactif multi-espèces a été menée. Des essais de diffusion sur des pâtes de ciment à base de ciment CEM I ont d'abord été réalisés afin de calibrer la procédure. Les essais principalement réalisés sont des essais de diffusion accélérée sous champ électrique, appelés aussi essais de migration. Des essais complémentaires de diffusion naturelle, tels que les essais de lixiviation et d’immersion, permettent de valider et de compléter les résultats des essais de migration. On utilise le logiciel PhreeqC (v3.3.12 Ampère prenant en compte l'application d'un champ électrique lors de la diffusion). Il permet de comparer les comportements diffusifs des traceurs utilisés à l’aide d’un facteur unique, appelé facteur de formation F(i) = D(E,i) / D(L,i) qui représente le chemin accessible à la diffusion de l'espèce i. Ce facteur prend en compte la topologie de la microstructure (porosité, tortuosité…) et les phénomènes électro-capillaires d’adsorption. Afin d'affiner notre modèle numérique, nous nous appuyons sur les courbes d’évolution du courant électrique et des concentrations (traceurs et espèces secondaires). L'étude comparative a été réalisée sur des pâtes de ciment puis du béton à base de CEM V. Les pâtes ont été conservées à différents états de dégradation : sain (la solution porale du matériau est riche en alcalins), lixivié (le matériau s’appauvrit en alcalins au contact d'une solution d'eau pure) et dégradé à pH 12,5 (une solution calcaire remplace la solution porale du matériau sans modifier sa microstructure). Il a alors été observé que les espèces ioniques ne diffusaient pas de la même manière suivant leur charge et l’état de dégradation du matériau (donc de la composition de sa solution porale). Cette observation a été confirmée par les essais de diffusion sur du béton, un matériau de microstructure plus complexe. Sur un type de matériau donné, le facteur de formation F(i) varie d'une espèce à l'autre alors que la géométrie macroscopique du matériau est la même. Cela semble donc faire apparaitre des phénomènes microscopiques qui pourraient influencer la diffusion de l'espèce i et qui dépendent de l’espèce étudiée et de la composition de la solution porale du matériau. / Radionuclides diffusive behavior in cement materials is one of the topics studied by Andra for the Cigeo project (industrial center for geological disposal of radioactive waste). After the site closure, radionuclides will be released in solution by the end as ionic species. Therefore, it has high potential to migrate to the argillaceous rock surrounding the disposal site and its concrete vaults will be the first barriers against radionuclides diffusion. When water coming from the argillaceous rock is in contact with concrete vaults, it will lead to a decalcification and a progressive degradation of the cement materials. Numerous research works deal with diffusion of ionic species in cement materials. However, there are very few comparative studies about diffusion of tracer differently charged in cement material untainted and at different degraded states, particularly on the material studied by Andra on its Cigeo project (based on CEM V cement). The aim of this thesis is to study ionic diffusion of different anionic, cationic and neutral species in a cement material based on CEM V at different degradation states. In this purpose, an optimized experimental protocol has been developed and a numerical multi-species reactive transport software study has been lead. Firstly, diffusion tests on CEM I cement paste have been carried out in order to calibrate the procedure. Main tests are electrical field applied accelerated diffusion, also named migration tests. Complementary tests of natural diffusion, like in-diffusion or out-diffusion tests, allow us to validate and round off migration test results. We use PhreeqC software (v3.3.12 Ampère taking into account the application of an electrical field during the diffusion). It permits us to compare diffusive behavior of the studied tracers thanks to a unique factor, named formation factor F(i) = D(E,i) / D(L,i), which represents the accessible way for a ionic species i diffusion. This factor takes into account the microstructure topology (porosity, tortuosity…) and electro-capillarity adsorption phenomenon. In order to improve the numerical model, we use electrical current and concentrations (tracer and secondary species) evolution curves. Comparative study has been conducted on cement pastes and concrete based on CEM V. Pastes were stored at different degradation states : untainted (material pore solution full of alkaline), leached (material depleted in alkaline on contact with pure water) and degraded at pH 12.5 (a calcium solution replace the pore solution without modifying microstructure). We notice that ionic species do not diffuse the same way depending on their charge and the material state (it is therefore a function of the pore solution). These observations had been corroborated by diffusion tests on concrete, a material whose microstructure is more complex. On a given material, the formation factor F(i) changes with the studied ionic species, whereas the macroscopic geometry of the material is the same. It seems to emphasize that microscopic phenomenon influence the species diffusion that depends on the species studied, as well as the pore solution composition of the material.

Ce travail est consacré à l’étude des interactions entre dispositifs de désenfumage naturel et systèmes d’extinction (sprinkleur). Deux campagnes expérimentales à grande échelle utilisant conjointement sprinkleur et désenfumage naturel ont été menées dans des halls d’essais du CNPP. Au total, 98 essais instrumentés ont été réalisés en faisant varier le type et la position du foyer et les temps d’activation respectifs des deux dispositifs de sécurité. Les données recueillies incluent principalement des hauteurs libres de fumées, des champs de température et des temps de déclenchement automatique des sprinkleurs. L’ensemble de ces résultats permet la constitution d’une base de données pour la création de cas de validation en utilisant le logiciel FDS (Fire Dynamics Simulator). Des simulations utilisant les données d’entrée relatives aux différents essais sont réalisées et les résultats numériques sont confrontés aux mesures. Le bon accord entre ces résultats permet d’utiliser FDS pour effectuer des bilans de masse et d’énergie pour les différents scénarios étudiés. En utilisant les connaissances accumulées au cours de ces campagnes, des simulations de scénarios incendie dans deux bâtiments existants ont été réalisées. Pour chaque géométrie, différents temps de déclenchement du désenfumage sont testés et les résultats (niveaux de température, temps et nombre de déclenchements de sprinkleurs, transfert de chaleur et de masse) sont comparés / This work is devoted to the study of interactions between smoke and heat exhaust ventilation systems (SHEAVS) and automatic fire sprinklers. Two real scales experimentation campaigns involving sprinklers and SHEAVS have been carried out in fire test facilities at CNPP (France). A total of 98 instrumented tests have been conducted with various fuel type, experimental configuration and activation time of both systems. Collected datas include smoke free layer height, temperature field and automatic sprinkler activation time. These results are used to build a database in order to create a validation case for the software Fire Dynamics Simulator (FDS). Numerical simulations of several tests are conducted using experimental data as input parameters. Results are then confronted to measurements. A good agreement between these results allows us to use FDS in order to realize mass and energy balances for various scenarios. Using knowledge acquired during both campaigns, numerical simulations of fire scenarios in two actual facilities have been conducted. For both configuration, various SHEAVS activation time have been tested and results (temperature levels, time and number of activated sprinklers, heat and mass transfer) have been confronted