Le procédé Bayer est utilisé dans l'industrie de l'aluminium pour extraire l'alumine de la bauxite. Une des étapes critiques de ce procédé est la décantation par gravité des impuretés contenues dans la bauxite préalablement mise en solution. Pour accélérer le processus de décantation, un polymère synthétique coûteux est ajouté dans le puits d'alimentation, situé dans le haut des décanteurs. Les flocons formés par le polymère et les impuretés sont très fragiles en solution. En effet, s'ils subissent une contrainte de cisaillement supérieure à une valeur critique, ils se brisent et le rendement du procédé de décantation est diminué. Le but de ce projet de maîtrise est de développer une méthodologie expérimentale pour mesurer 1a vitesse de 1a 1iqueur Bayer d ans 1es puits d'alimentation. Présentement, aucun appareil n'est disponible à cette fin. L'environnement industriel des puits d'alimentation est très difficile: la température de la solution approche les 100 °C et la concentration de NaOH peut atteindre 250 g/L. La mesure de ces vitesses est essentielle pour améliorer les techniques d'opération ainsi que dans le développement de la géométrie des équipements de floculation qui ont pour but d'augmenter le rendement du processus de décantation. Dans le cadre de la maîtrise en ingénierie, une cellule électrolytique a été utilisée comme débitmètre. L'amplitude du courant produit par cette cellule dépend principalement de cinq paramètres : soient la vitesse de l'écoulement, la température, la concentration de NaOH ([NaOH]), la causticité et le rapport ahxmine-caustique. Il a été observé que la vitesse, la [NaOH] et la température sont les paramètres contribuant le plus à l'amplitude du courant produit. La vitesse entraîne une augmentation de l'ordre de 60% entre la valeur du courant mesurée à la vitesse nulle et celle à la vitesse maximale. La reproductibilité de la méthode électrochimique développée a été vérifiée en reproduisant 10 fois le même essai. La méthode électrochimique développée dans ce projet donne un écart-type de ± 2cm/s. Pour des vitesses moyennes, cela représente une incertitude de l'ordre de 10%.

La commande vectorielle, connue aussi sous le nom de commande par orientation de flux, permet de contrôler indépendamment le flux et le couple d'une machine asynchrone. Avec ce découplage, la machine asynchrone se comporte alors comme une machine à courant continu qui nous permet d'obtenir de hautes performances. La commande vectorielle présente l'inconvénient de nécessiter l'emploi d'un capteur de vitesse ou de position. Ce qui impose un surcoût et augmente la complexité des montages. Le fonctionnement sans capteur est l'un des centres d'intérêt des chercheurs à l'heure actuelle. La vitesse est estimée à partir des grandeurs statoriques mesurables, à savoir les courants et les tensions et en utilisant un modèle de la machine. Ce modèle dépend des paramètres structurels de la machine et il est donc clair que les performances du pilotage sans capteur dépendent de la robustesse de la procédure d'estimation choisie. Dans ce travail, les avantages et les inconvénients des différents schémas de contrôle vectoriel sans capteurs d'une machine asynchrone sont étudiés. Notre choix s'est fixé sur la technique de Modèle de Référence (MRAS) basée sur la force contre électromotrice. Et l'utilisation de réseaux de neurones comme estimateur de vitesse. C'est ce qui constitue la contribution scientifique de notre travail. Les réseaux de neurones sont des systèmes qui analytiques qui peuvent résoudre un problème où la solution ne peut pas être formulée explicitement. Ce sont des systèmes non algorithmiques, non numériques et parallèles de traitement d'informations. Le système neuronal est entraîné en ligne pour réaliser une application en temps réel. Ce genre d'entraînement ne nécessite pas un calcul préalable et rend le système flexible et robuste dans une large gamme d'opération. Finalement, nous croyons que ce travail est une contribution importante dans ce domaine de recherche.

La perte de précision dans les machines-outils à axes multiples est due aux imperfections géométriques de la structure mécanique et aux modifications de cette structure sous l'effet de sollicitations statiques, thermiques et dynamiques. Même si certaines de ces imperfections peuvent être réduites par l'amélioration de la conception de la machine, il est cependant difficile d'éliminer totalement leurs effets. Les limitations technologiques et les coûts associés à cette solution ont conduit à l'introduction du concept de la compensation des erreurs. En raison du manque de techniques de mesure directe et fiable, la plupart des techniques de compensation se sont basées sur la mesure préalable, dans des conditions environnementales typiques, des différentes composantes de l'erreur volumétrique séparément avant de les combiner à travers le modèle cinématique de la machine pour générer les informations nécessaires à la compensation. Ces mesures nécessitent des efforts longs et coûteux. De plus, étant de nature statique, elles ne représentent pas les conditions réelles de fonctionnement des machines. Les résultats qu'elles génèrent ne reflètent pas les variations dues aux effets statiques, thermiques et dynamiques et aux interactions entre les différentes sources d'erreurs qui contribuent de façon significative à la dégradation de la précision de la machine. Pour contourner ces limitations, il est nécessaire de développer une approche de mesure dynamique et intégrée permettant d'évaluer, en temps réel, les composantes de l'erreur volumétrique associées aux effets géométriques, thermiques et dynamiques cumulés. Cette démarche permet de fournir une représentation fiable de l'état de la machine pour une compensation adaptative robuste et efficace. Ce mémoire présente une nouvelle approche d'identification en temps réel des erreurs dans les machines-outils. Basé sur une structure optoélectronique, le système de mesure proposé permet d'évaluer simultanément et de façon dynamique les erreurs selon 5 des 6 degrés de liberté de chacun des axes de la machine et ce quelles que soient les conditions opératoires. De plus, cette approche simplifie de façon substantielle les procédures d'étalonnage et d'évaluation des performances métrologiques en fournissant des mesures qui reflètent avec fidélité le comportement géométrique de la machine sans avoir recours à une analyse longue et coûteuse des différentes sources d'erreur. Les tests réalisés sur le système de mesure ont permis d'évaluer les performances des modèles développés pour l'identification des erreurs, d'étalonner le système de mesure et de caractériser ses performances métrologiques et dynamiques. Les résultats obtenus montrent que l'approche proposée est avantageusement comparable à des techniques de mesure reconnues aussi bien en terme de précision qu'en termes de rapidité et de coûts. De plus, par son caractère dynamique et sa flexibilité, le système de mesure permet d'intégrer les effets géométriques, thermiques et dynamiques et de les cumuler dans la même opération de mesure qu'elle soit pour l'évaluation des performances de la machine, pour l'étalonnage ou pour la compensation en temps réel.

L'objectif principal de la thèse proposée est de développer un nouveau modèle numérique en 2D qui est destiné principalement à simuler le processus d'accumulation de la glace atmosphérique sur les câbles de transport de l'énergie électrique. Dans une tentative de valider ce nouveau modèle, un certain nombre d'essais expérimentaux ont été effectués dans la soufflerie réfrigérée de la CIGELE. Les résultats obtenus de ces essais ont été alors comparés avec ceux fournis par notre simulation numérique pour valider le modèle. Le travail théorique est composé de deux phases. Dans la première, le processus de glaçage sur un câble fixe a été modélisé et les paramètres du modèle, tels 1' Efficacité de Collision Locale (LCE) et le Coefficient de Transfert de Chaleur local (HTC), ont été évalués. Cette évaluation est basée sur les résultats du calcul du flux d'air et de la trajectoire des gouttelettes d'eau en fonction du temps. Pour des accumulations en régime humide, le mouvement d'un film d'eau de surface a été suivi pour chaque pas de temps afin d'obtenir sa direction de déplacement et son épaisseur. Dans la deuxième phase, le processus de glaçage sur un câble tournant a été spécifiquement étudié comme une extension du modèle nouvellement développé. Dans ce cas les moments de torsion dus à la gravitation et aux forces aérodynamiques ont été considérés dans le processus de rotation. Les forces aérodynamiques ont été calculées en intégrant la pression et le cisaillement de l'air le long de la surface de glace. Les calculs sur le flux d'air ont été mis à jour en temps réel. Par la suite, ce nouveau modèle a été appliqué pour analyser deux types de câbles de ligne aériens dans des conditions de givrage, le câble Bersimis et le câble de garde. Ainsi un certain nombre d'observations ont été faites. Les conditions appliquées dans les essais expérimentaux avec la soufflerie réfrigérée sont telles que les effets de la vitesse du vent, la taille du cylindre d'essai, le Diamètre Volumique Médian (MVD), et la température de l'air peuvent être révélés par les formes de glace obtenues. Ces conditions appliquées permettent d'obtenir des formes de glace en régime d'accumulation sec, humide ou mixte. Cinq types de formes de glace obtenues à partir des simulations numériques et des expériences ont été élaborés et comparés dans nos travaux afin de valider le modèle de glace proposé. De ces comparaisons on peut retenir qu'en général, les formes de glace prévues par le modèle d'accumulation proposé correspondent bien avec les formes fournies par les essais expérimentaux. Néanmoins, ce modèle a tendance à sous-estimer la charge de glace surtout dans le cas où la température ambiante devient élevée et le régime humide dominant. Dans un tel cas, en soufflerie des glaçons se forment au-dessous des objets recouverts de glace et par conséquent si leur poids est ignoré dans le modèle numérique, une sous-estimation considérable de la charge de glace arrivera. Notre étude examine aussi l'impact de réchauffement par effet Joule ainsi que la taille des gouttelettes d'eau sur le processus d'accumulation de glace en utilisant un nouveau modèle d'accumulation. Ces effets, bien que significatifs, se sont toutefois avérés difficiles à confirmer par le procédé expérimental traditionnel. De plus, à l'aide de ce nouveau modèle, il devient possible de montrer la distribution de la densité de glace dans la masse accumulée.

Les combustibles solides, nommés « propergols », contenus dans les moteurs-fusées son sujet à un vieillissement lors de l'entreposage sur de longues périodes. Ce vieillissement favorise l'apparition de fissures radiales dans les moteurs-fusées. Pour prédire l'avancement de ces fissures, il faut tout d'abord bien connaître le comportement en rupture des propergols. Cette étude a donc été réalisée, entre autre, pour développer une méthode permettant de caractériser la résistance à la rupture d'un matériau composite polymère particulaire propergol. Une revue de la littérature a d'abord été effectuée pour relever les méthodes de caractérisation déjà existantes. Parmi les différentes théories retrouvées dans la littérature, celle de l?intégrale de contour J a été retenue. Pour en faire son calcul avec le logiciel d'éléments finis ANSYS, nous avons développé une routine spéciale. Cette routine a été vérifiée en comparant les résultats numériques avec des solutions provenant des équations analytiques qui existent pour certaines géométries d'éprouvette. Les propriétés mécaniques du propergol ont été mesurées pour différentes températures et vitesses de déformation. Pour réduire le grand nombre de données obtenues, nous avons utilisé la loi de comportement de Ramberg-Osgood. Les différents paramètres de Ramberg-Osgood ont été déterminés par le logiciel Table Curve 2D pour chaque combinaison de température et de vitesse de déformation. La théorie de l'intégrale de contour J a ensuite été utilisée pour le développement d'une méthode de caractérisation de la résistance à la rupture appropriée au cas d'un composite polymère particulaire propergol. En fait, deux méthodes ont été développées : On utilise soit une ou plusieurs éprouvettes. Les résultats ont montré que la méthode à éprouvette unique produit des données plus consistantes. Une première série de courbes de résistance à la rupture 7-R furent tracées à l'aide de ANSYS et d'expériences en laboratoire sur des éprouvettes en tension fissurées sur le côté (aussi connues comme étant les éprouvettes « SENT »). Des éprouvettes fissurées plus complexes présentant un gradient de déformation ont été ensuite conçues. Ces éprouvettes nommées « éprouvettes de validation » ont été optimisées avec le logiciel ANSYS. Puisque la fissure est placée au centre des éprouvettes, elles ont permis de tracer deux nouvelles séries de courbe 7-R. Une série pour la pointe gauche de la fissure et une autre pour la pointe droite de la fissure. Les différentes séries de courbes 7-R ont été comparées les unes aux autres. Ces comparaisons permettent de valider et de vérifier la concordance entre les résultats de l'intégrale 7 provenant de la méthode de caractérisation développée et les résultats de l'intégrale 7 provenant du comportement en rupture des éprouvettes fissurées complexes. Ces comparaisons montrent que les courbes 7-R des éprouvettes complexes avec gradient de déformation sont très semblables aux courbes 7-R caractéristiques obtenues en premier lieu à partir des éprouvettes SENT et de la méthode à éprouvette unique. On peut conclure que les données de rupture sont compatibles. La méthode de calcul et de mesure de la courbe 7-R peut donc être combinée avec les résultats provenant des éprouvettes de caractérisation fabriquées en propergol pour prédire la propagation des fissures dans des structures complexes comme des moteurs-fusées si un algorithme de propagation existe.

Les transferts de chaleur par rayonnement jouent un rôle essentiel dans de très nombreuses applications industrielles essentiellement celles qui font intervenir des hautes températures. Ces transferts interviennent également de manière déterminante à d'autres niveaux de température et dans divers domaines technologiques tels que la cryogénie, l'utilisation de l'énergie solaire, la mesure de température sans contact, etc. Le transfert radiatif considéré dans ce travail est relié principalement à la propagation d'un rayonnement collimaté et puisé à l'intérieur d'un milieu absorbant et diffusant. Lorsqu'une impulsion laser de l'ordre de la pico-seconde est alimentée à un milieu, la diffusion du rayonnement qui s'ensuit peut persister sur une période de temps beaucoup plus grande que la durée de l'impulsion, conduisant ainsi à un problème radiatif transitoire. Plusieurs applications de ce phénomène font présentement l'objet d'intenses recherches, e.g. tomographie optique biomédicale, évaluation in-situ de propriétés, détection de la concentration de poissons dans l'océan. Dans ce mémoire, sera traité le cas d'un milieu hétérogène absorbant/diffusant mais non émettant irradié par une impulsion laser monochromatique. La résolution de l'équation de transfert radiatif instationnaire (ETR) sera effectuée en utilisant la méthode des ordonnées discrètes combinée à la méthode interpolée parabolique monotonique décentrée (Piecewise Parabolic Method), pour différents coefficients de diffusion, différents coefficients d'absorption, différentes fonctions de phases et différentes épaisseurs des couches constituant le milieu considéré. Une application à un système tissulaire donné et une anomalie donnée, dont les propriétés physiques et géométriques sont connues, nous permettra de configurer des courbes étalons. Ces dernières seront utilisées dans le but de déceler la présence de l'imperfection dans un système donné ainsi que de remonter à sa position dans la profondeur du système à partir d'un état de référence.

Le travail de recherche qui est présenté ici fait partie d'un programme de recherche basé sur le givrage des conducteurs aérien. Les investigations ont été effectuées dans le tunnel réfrigéré de la CIGELE. La première étape de ce travail a consisté en l'étude théorique de différents types de modèles de givrage existants. Parmi les modèles analytiques et numériques variés, deux modèles numériques généraux plus appropriés, pour l'accumulation de verglas sur les objets cylindriques, sont choisis et décrits en détails. La deuxième étape a consisté en la préparation de la série d'expériences de givrage. Lors de cette étape, la configuration de la teneur en eau liquide (LWC) et la taille médiane de gouttelette (MDS) pour des conditions spécifiques thermodynamique et aérodynamique ont été déterminées. Dans la troisième étape, les tests de givrage ont été effectués. Elles ont été effectuées sur quatre cylindres d'aluminium de différents diamètres. Les expériences de givrage ont été effectuées dans les mêmes conditions thermodynamiques et aérodynamiques pour les LWC et MDS.À la quatrième étape, en utilisant des programmes écrits en Fortran, les deux modèles numériques ont été étudiés. Les résultats prédisent une accumulation de masse de verglas pour les mêmes LWC, MDS et diamètre de cylindre qui ont été déjà utilisés dans des expériences d'accrétion de verglas. Dans la cinquième étape, les résultats expérimentaux et théoriques sont comparés et validés. Les comparaisons permettent de révéler l'avantage des modèles choisis et leur précision de prévision de la masse de verglas accumulée sur les câbles aériens de transport d'énergie électrique. En conclusion, des recommandations nécessaires sont présentées aussi bien sur l'utilisation de ces modèles que sur les investigations futures dans ce domaine.

Le marché industriel requiert une production de qualité à des prix compétitifs, comme c’est le cas dans l’industrie du rabotage de bois. L’impact des temps d’arrêt sur la productivité est un phénomène complexe et la maîtrise de ce phénomène constitue toujours une avancée pour les industriels. L’objectif de ce mémoire est d’analyser et d'identifier les causes spécifiques de la dégradation de la performance du procédé de rabotage. Le processus de résolution de problèmes proposé dans notre étude est inspiré de la démarche DMAIC (Définir, Mesurer, Analyser, Innover, Contrôler) de Six Sigma. L'application de la démarche DMAIC dans notre étude a révélé que 80% de la non-performance est occasionnée par des arrêts non planifiés des machines. Afin de remédier à cette problématique, il faut contrôler la qualité des intrants et éliminer les dysfonctionnements de la ligne de production. Cela doit passer par la mise en place d'une stratégie de maintenance préventive basée sur la fiabilité. / The industrial market requires a good quality production with competitive prices; this is the case in the wood planing industry. The downtime impact on productivity is a complex phenomenon, and understanding this phenomenon represents a real challenge for industrials. The main goal of this thesis is to analyse and identify the specific causes of the planing process performance degradation. The process put forward in our study is inspired by the DMAIC approach (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) of Six Sigma. The use of the DMAIC approach in our study showed that 80% of non-performance is due to the unscheduled downtime of machines. To solve this issue, it is essential to eliminating the not quality of the inputs and dysfunctions of the production line and this should be done by implementing a preventive maintenance strategy; Reliability Centered Maintenance (RCM).

Un système de tenségrité correspond à un assemblage de composants qui sont chargés de manière axiale. Ce faisant, des câbles ou des ressorts peuvent être utilisés pour les composants en tension ce qui réduit la masse et l’inertie du système. Par conséquent, des mécanismes de tenségrité sont introduits dans cette thèse comme des alternatives aux mécanismes plus conventionnels pour certains types d’application. Les objectifs principaux de la thèse sont le développement et l’analyse de nouveaux mécanismes. La nécessité pour les mécanismes de tenségrité de toujours se retrouver dans des configurations où leurs câbles et leurs ressorts sont soumis à des forces de tension complique passablement leur développement. Par conséquent, une approche novatrice fondée sur l’utilisation de ressorts est proposée pour surmonter cette difficulté. Pour faciliter l’utilisation de cette approche, des règles qui s’appliquent à la quantité de ressorts utilisée dans une architecture sont présentées. À partir de ces règles et en s’inspirant de systèmes de tenségrité existants, deux mécanismes plans, trois mécanismes spatiaux et deux mécanismes modulaires sont développés. Chaque mécanisme est modélisé dans le but d’analyser sa cinématique, sa statique et sa dynamique. Étant donné la présence de degrés de liberté non contraints dans les architectures des mécanismes, les relations entre leurs variables d’entrée et de sortie dépendent des chargements externes, gravitationnels et inertiels qui leur sont appliqués. En supposant un régime quasi-statique, de telles relations peuvent être calculées avec une approche numérique. Toutefois, pour le cas spécifique où les mécanismes ne sont pas soumis à des chargements, des solutions analytiques sont trouvées. Ces solutions sont ensuite exploitées dans le calcul des frontières des espaces atteignables des mécanismes. Les degrés de liberté non contraints des mécanismes de tenségrité leur permettent de se déformer sous l’application de chargements externes. Une attention particulière est alors portée au calcul de la raideur des mécanismes ainsi que des limites des chargements pouvant être résistés sans perte de stabilité ou de tension dans les câbles. Des observations sont également faites concernant l’amortissement des vibrations des mécanismes dans les directions des degrés de liberté non contraints. / A tensegrity system corresponds to an assembly of components that are subjected only to axial loads. As a consequence, cables or springs can be used for the tensile components thus considerably reducing the mass and inertia of the system. With the goal of benefiting from these interesting properties, this thesis introduces tensegrity mechanisms as alternatives to more conventional type mechanisms for certain types of applications. The main objectives of the thesis are the development and analysis of novel mechanisms. The need for tensegrity mechanisms to remain in configurations where their cables and springs are subjected to tensile loads complicates their development signi- ficantly. Consequently, a new approach based on the use of springs is proposed to overcome this difficulty. In order to facilitate the use of this approach, certain rules pertaining to the quantity of springs used in a given architecture are formulated. Based on these rules, two planar mechanisms, three spatial mechanisms and two modular mechanisms are developed using existing tensegrity systems. Each new mechanism is modeled with the goal of analyzing its kinematics, statics and dynamics. Due to the presence of unconstrained degrees of freedom in the mechanisms’ architectures, relations between their input and output variables are influenced by any external, gravitational or inertial loads that might be acting. By assuming a quasi-static regime, such relations can be computed using a numerical approach. However, for the specific case where the mechanisms are not subjected to any loads, analytical solutions are found. These solutions are then exploited in order to compute the boundaries to the mechanisms’ workspaces. The mechanisms’ unconstrained degrees of freedom allow them to deform under the application of external loads. Special attention is thus given to the stiffness of the mechanisms as well as the limits of the external loads that they may resist without losing their stability or the tension in their cables. Observations are also made regarding the damping of the mechanisms’ vibrations along the unconstrained degrees of freedom. / Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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