Nous présentons ici une contribution numérique à l'étude de la dynamique des réseaux de vortex soumis à une force d'entraînement dans les supraconducteurs de type II, qui s'inscrit dans la thématique plus générale des systèmes élastiques en milieu désordonné.La compétition entre élasticité et désordre produit dans ce type de système un diagramme de phase particulièrement riche, dont nous explorons quelques régions.On s'intéresse d'abord à un réseau tridimensionnel entraîné à haute vitesse en piégeage colonnaire.L'effet Meissner transverse dynamique est observé à basse température, permettant de prouver l'existence du \emph{verre de Bose en mouvement}.La stabilité de cette phase est montrée dans un large domaine de vitesse et de température, et sa fusion en un liquide de vortex à haute température est étudiée.Dans un second temps, le dépiégeage du réseau est étudié en dimension 2.Deux types de dépiégeage, plastique ou élastique, sont identifiés.Dans le cas plastique, le caractère continu de la transition est montré. Les exposants critiques β et δ caractérisant la dépendance en force et en température de la vitesse sont déterminés à partir d'une analyse en termes de loi d'échelle croisant des résultats à température nulle et à température finie près du seuil de dépiégeage.Des résultats préliminaires semblent montrer que l'on peut appliquer la même démarche au cas élastique. / This dissertation is a numerical contribution to the understanding of the dynamics of driven flux line lattices in type II superconductors, which falls into the field of elastic systems in disordered media.Due to the interplay between elasticity and disorder, such systems exhibit a great variety of phases and transitions, a few of which are studied here.First, we deal with the high velocity behavior of a three dimensional lattice driven over columnar disorder.Dynamical transverse Meissner effect is found at low temperature, providing evidence for the existence of the \emph{moving Bose glass} phase which is shown to be stable in a large range of velocity and temperature. Finally, the melting of the MBoG phase into a vortex liquid at high temperature is studied.In the second part, we study the depinning of a two-dimensional lattice.Two classes of depinning, plastic or elastic, are identified.Combining measurements of the velocity at both zero and nonzero temperature near the depinning threshold and performing a scaling analysis, we show that the transition is continuous in the plastic case and evaluate the critical exponents β and δ characterizing the force and temperature dependances of the velocity.Preliminary results suggest that the same approach could be used in the elastic case.

Les problématiques de recherche abordées dans le cadre de cette thèse sont la localisation et la commande dynamique des robots mobiles à roues lors de leur évolution à grande vitesse en environnements extérieurs. Pour la localisation, nous proposons un filtre de Kalman étendu qui permet d'estimer la position et l'orientation du véhicule dans le plan du lacet en tenant compte des temps de latence lors de la réception de mesures GPS, et vérifie leur pertinence. Ce filtre a été simulé et validé lors de phases expérimentales. Une loi de commande en suivi de chemin, assurant la régulation de l'angle de lacet et de la vitesse d'avance est développée en utilisant les techniques de commande de type mode glissant. Une implémentation de cette loi de commande a été réalisée sur deux types de robots mobiles à quatre roues et à six roues. La seconde commande présentée consiste à moduler les couples appliqués sur chacune des quatre roues d'un véhicule à roues avants directionnelles en s'appuyant sur une analyse de son comportement dynamique pour une compensation des erreurs en vitesse de lacet. Cet algorithme, validé expérimentalement, a ensuite été complété en y intégrant le modèle dynamique d'un robot composé d'un nombre quelconque de roues directionnelles. Enfin, nous étudions le phénomène de dérapage en vue de l'utiliser pour l'optimisation temporelle d'un suivi de chemin.

e projet a permis de créer un modèle dynamique permettant d'observer les effets de l'accélération provenant de l'explosion d'une mine Anti-Véhicule (AV) sur les occupants de véhicule blindé léger. Le but du modèle est de prédire les lésions issues de ces accélérations. Ces prédictions permettent de tester et de mettre au point différents systèmes de protection pour les occupants. Il a tout d'abord été démontré que l'utilisation d'une tour de chute verticale permettait de reproduire les accélérations globales subies par le véhicule lors de l'explosion. Différents modèles dynamiques ont démontré qu'avec ces données d'accélération, un modèle à segments corporels rigides est suffisant pour représenter grossièrement la cinématique de chacun des segments lors de l'explosion. Les efforts internes aux segments, provoquant de toute évidence les lésions, calculés à l'aide du type de modèle mentionné plus haut semblent erronés. Par conséquent, une deuxième phase du projet a consisté à améliorer un modèle simple à segments corporels rigides par une représentation anatomique plus réaliste. Étant donné l'ampleur d'un tel travail, les travaux se sont concentrés sur le cou, apparemment plus susceptible aux lésions. Le modèle est basé sur LS-Dyna (v971, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, CA, USA) et a été exécuté sur le système de calcul sériel Mammouth du Réseau québécois de calcul de haute performance afin d'accélérer le temps de calcul. Les résultats démontrent des déformations et des taux de déformation très élevés pour les muscles, ligaments et fasciae du cou. De plus, le modèle nous a permis d'identifier une séquence de lésion particulière. La première structure lésée est le ligament nucal, suivi du ligament antérieur. Les lésions arrivent plus spécifiquement au niveau CO-C1, à la base du crâne.

En vol de croisière, le convertible (ADAV) est soumis à une instabilité de type aéroélasticité dynamique, appelée flottement gyroscopique. Ce phénomène se caractérise par un mouvement de précession du rotor qui accélère la fatigue et augmente les charges sur la structure, et dont les conséquences peuvent être catastrophiques. Le but de cette étude est de mettre en place un modèle analytique permettant de reproduire avec précision le flottement gyroscopique. Pour cela, un outil de mise en équation a été développé afin de faire évoluer le modèle analytique suivant le choix du système à étudier. Les équations de Lagrange sont utilisées et développées à l'ordre 1. Les efforts aérodynamiques du rotor sont représentés par un modèle quasi statique plan d'ordre 1. Le système final étudié est constitué de l'ensemble isolé aile - mât - rotor du convertible. Le rotor 3 pales avec liaison K, est de type gimbal, et le pas des pales s'adapte automatiquement en fonction de la vitesse d'avancement de l'appareil. Grâce aux données expérimentales obtenues en soufflerie sur une maquette constituée d'une demi - aile, le modèle analytique a été validé pour différentes configurations de vitesse d'avancement et de raideurs de l'aile. Les vitesses critiques d'apparition du flottement gyroscopique sont retrouvées, et des simulations de balayages paramétriques permettent de proposer différentes configurations sur les caractéristiques du système pour repousser la limite de stabilité

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation et l'optimisation d'un ensemble Convertisseur-Machine devant fonctionner à haute vitesse. La première partie établit un état de l'art des méthodologies de conception relatives au dimensionnement optimal de systèmes d'entrainement et analyse les particularités du fonctionnement à haute vitesse. Puis, une modélisation analytique multiphysique des éléments du système est réalisée. Afin de mener une conception globalement optimale, les interactions significatives entre les éléments du système doivent être modélisées. Cela est effectué à l'aide d'une modélisation électrique fine - qui est le cœur de la caractérisation des interactions - mettant en œuvre une approche harmonique originale. Il en découle alors une modélisation des interdépendances entre onduleur et machine au niveau des pertes dans le système et de la qualité du couple. La modélisation est ensuite couplée à un algorithme génétique selon une méthodologie de conception hybride faisant intervenir des modèles analytiques puis par éléments finis. Enfin, cette démarche est appliquée au dimensionnement de deux systèmes d'entrainement dont le moteur est une MSAP à aimantation orthoradiale. Ces deux cas d'application ont été traités avec succès et ont mis en avant l'intérêt d'une approche " Système " dans la conception de systèmes d'entrainement. Par ailleurs nous avons analysé les morphologies des machines en fonction de la vitesse de rotation. Ceci a fait ressortir des capacités intéressantes de ce type de machines - pour la haute vitesse - d'un point de vue magnétique, mécanique, et des pertes au rotor.

La qualité des produits commercialisés représente un enjeu essentiel dans le domaine pharmaceutique. De plus en plus, les industriels cherchent à contrôler les différentes étapes de leurs procédés, les produits générés à toutes les étapes de fabrication ainsi que leurs produits finis, le but de tout cela étant une meilleure compréhension des procédés, ainsi qu’un gain de temps et une réduction des pertes financières. La chaire de recherche sur les Technologies d’Analyse de Procédés (PAT) en partenariat avec Pfizer travaille sur le développement de connaissances sur les phénomènes physico-chimiques régissant le comportement des procédés, et sur les critères de transferts technologiques basés sur des modèles phénoménologiques ou mathématiques. C’est dans le cadre de cette chaire que s’est déroulée cette maîtrise. Les travaux présentés mettent en lumière le développement d’une méthode permettant d’analyser de manière non destructive 100% des comprimés fabriqués, à vitesse réelle de production. À l’aide de la spectroscopie Proche-Infrarouge, l’objectif est de quantifier la teneur en principe actif dans chaque produit et dans le but d’identifier tous ceux étant sur ou sous-dosés. Également, l’adaptation de cette méthode à d’autres types d’analyses qui ont un intérêt dans l’industrie, comme la quantification d’humidité des comprimés, et l’enrobage, a été étudiée. Dans chaque cas, des spectres proche-infrarouge de produits fabriqués ont été acquis à l’aide d’une sonde installée sur un système de tri fonctionnant à une vitesse supérieure à celle d’une presse (c’est à dire généralement de 60,000 à 160,000 comprimés par heure). Les données ont été utilisées pour bâtir des modèles multivariés et prédire les valeurs souhaitées. Les résultats obtenus ont montré qu’il était possible d’analyser l’intégralité des échantillons d’un lot, à une vitesse garantissant de ne pas ralentir la production. L’utilisation d’une telle méthode dans l’industrie permettra de contrôler la globalité des produits finis, et donc permettre une qualité de 100% des produits commercialisés et éviter les rappels. Elle permettra également d’être utilisée en développement, lorsque la génération de beaucoup de données est nécessaire, comme pour le développement d’un algorithme par exemple.

Le Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine (R4E) a le potentiel de remplacer les turbines à gaz de 1 MW et moins en offrant : (1) une densité de puissance de 7.6 kW/kg, soit le double des turbines à gaz actuelles, (2) une meilleure fiabilité et un moindre coût par sa pièce mobile unique et (3) une efficacité de plus de 20 %, soit similaire aux turbines à gaz de cette puissance.Le R4E convertit la grande vitesse tangentielle du mélange air-carburant, idéalement 1000 m/s, en une grande pression dans la chambre de combustion. La combustion des réactifs augmente le volume du gaz ce qui force les produits à sortir à une grande vitesse tangentielle. La poussée générée est récupérée en travail mécanique à l'arbre directement ou est convertie en électricité. Ce travail présente la conception de la géométrie des propulseurs à l'aide d'un modèle 1D généralisé basé sur l'analyse préliminaire, ainsi que la validation expérimentale d'un prototype faisant la preuve de concept du R4E à travers 5 étapes principales s'étendant sur 2 versions du prototype : (1) la friction aérodynamique, (2) l'écoulement dans le moteur, (3) l'allumage, (4) la combustion et (5) la démonstration de la puissance nette des ailettes. La friction aérodynamique de la paroi externe du Rim-Rotor dépasse de 35 % les modèles actuels ce qui en fait le mécanisme de perte le plus important.Le débit massique dans le moteur est de 30 % inférieur à la valeur estimée par le modèle 1D pour la géométrie testée. La puissance de trainée des statoréacteurs sans combustion mesurée est en ligne avec la puissance prédite pour un débit massique corrigé expérimentalement. En ce qui concerne la combustion dans le moteur, le champ centrifuge extrême domine le mécanisme de propagation de la flamme. Un modèle simple de flottaison est utilisé pour prédire la longueur du front de flamme, représentant les produits chauds qui ont tendance à"flotter" sur les réactifs froids. Un modèle numérique est élaboré pour valider la propagation de la flamme jusqu'à une accélération centrifuge de 1.1 million de g et montre une bonne corrélation avec le modèle simple. Une efficacité de combustion de 85% est démontrée avec un second prototype pour une accélération centrifuge jusqu'à 284 000 g, soit 25 fois supérieures à la plus grande valeur testée dans la littérature. Une fois la combustion stabilisée, ce prototype a été en mesure de produire une légère poussée, une première pour les moteurs à statoréacteur rotatif.

Cette thèse s'est articulée autour de trois axes principaux. Dans un premier temps, les recherches se sont portées sur l'identification des problèmes (mécanique, thermique, pertes) liés à la conception des machines électromagnétiques hautes vitesses, et plus particulièrement des machines synchrones à aimants permanents. Dans ce premier travail, nous nous sommes plus particulièrement concentrés sur les aspects magnétiques, tels que l'étude des différentes sources de pertes générées au sein de la structure générique d'un moteur à aimants permanents. Ces pertes qui apparaissent simultanément au niveau du rotor, sous l'effet des courants induits, et au niveau du stator (en raison de l'hystérésis magnétique, des courants de Foucault, et de l'effet Joule) constituent un aspect d'autant plus critique que le moteur fonctionne dans une plage incluant de très hautes vitesses (> 40 000 tr/min pour une puissance de 10 kW à 100 kW). En conséquence, dans l'optique de la définition d'un moteur optimisé en termes d'effort massique et de rendement, la mise en place de modèles prédictifs capables de rendre compte de ces pertes, a été effectuée. Au-delà, des modèles physiques disponibles dans le domaine des matériaux magnétiques, il s'agissait de mettre en place des représentations à caractère générique susceptibles d'être exploitées dans un schéma de conception optimale. Parallèlement à cette première étude, un effort méthodologique a été déployé afin de développer des modèles analytiques dimensionnels de la machine synchrone à aimants permanents. A partir de ces méthodes, et d'un modèle de machine basé sur la forme et le type d'aimantation des aimants permanents, nous nous sommes attachés à développer un nouveau modèle analytique qui prend en compte les phénomènes physiques majeurs inhérents au fonctionnement à haute vitesse, à savoir les courants induits dans les parties conductrices tournantes. Dans ce contexte, il a été nécessaire de redéfinir une structure de référence dont le rotor conducteur supporte par ailleurs une couche métallique conductrice faisant office de frette. Dans un premier temps, un modèle a été réalisé pour une distribution des conducteurs avec un pas diamétral et une alimentation sinusoïdale, ce qui correspond à la configuration statorique la plus utilisée et la plus standard pour ce type de moteur. Après s'être confronté à un premier dimensionnement de machine haute vitesse, nous avons décidé de rendre notre modèle plus générique afin qu'il puisse prendre en compte un bobinage et une forme d'alimentation quelconque. Cette amélioration permet de rendre compte fidèlement des conditions de fonctionnement de l'actionneur (association convertisseur-machine), notamment les harmoniques de courants apportées par le convertisseur. Les modèles analytiques implantés ont été entièrement validés par simulations numériques, et ont donné des résultats très satisfaisants. Dès lors, il a été possible d'implanter ce logiciel dans un environnement informatique directement exploitable au sein de la société LIEBHERR AEROSPACE. Suite à une première phase de validation des modèles analytiques par simulations numériques, des tests expérimentaux ont été menés sur des machines électriques hautes vitesses. La comparaison de tous les résultats obtenus démontre de façon satisfaisante la fiabilité des modèles développés. L'ultime phase de l'étude concerne la réalisation d'un démonstrateur avec une structure de type machine à aimants permanents. Conformément à la stratégie adoptée par l'industriel, cette étude expérimentale s'est appuyée sur la réalisation d'un prototype à l'échelle 1 (puissance de 70 kW). ABSTRACT : This thesis is divided in three main axes. Firstly, researches are done on identification problems (mechanics, thermals, losses) links to high speed electromagnetic machine design, and most particularly of permanent magnet synchronous machine. In this first work, magnetic aspects such as study of different losses origins in permanent magnet machines are been reached. These losses appear in the same time in the rotor (induced current), and in the stator (magnetic field hysteresis, eddy current, Joule effect). The higher motor speed is, the most critic these loses are (> 40 000 rpm with a power of 10 kW to 100 kW). In order to define an optimal design in terms of weight effort and efficiency, the predictive modelling of these losses is been studied. Beyond physical modelling available on magnetic materials, a generic representation to be able to use in an optimal design schematic was be studied. Secondly, a methodological effort is been achieve to develop sizing analytical modelling of permanent magnet synchronous machine. From this method and a machine modelling based on permanent magnets shape and type of magnetization, a new analytical modelling is developed. It takes into account major physical phenomenon due to high speed, mainly the induced current in the rotating conductive parts. In this context, it will be necessary to redefine a referential structure where the conducting parts (magnets and sleeve) are represented by a superficial current. In this first part, the stator winding is a full pitch represented by an equivalent ampere conductor distribution and the electrical supplier is only sinusoidal current. So, it's the most popular and standard configuration for this machine. In this second part the analytical modelling is upgraded to take into account different types of windings and any current forms. This improvement allows to consider the real electrical supplier (combination of inverter-machine) as the current harmonics due to the inverter. The analytical modelling is been validated by a comparison with a finite element calculation. The obtained results are very close. So, Liebherr Aerospace decided to develop a dedicated software which is based on this analytical modelling. Further to the complete numerical validation of our analytical modelling, experimental test have been done on the high speed electrical machine. The comparison of results shows the reliability of the developed modelling. The final point of this study is the prototype realisation of high speed electrical machine (70 kw) in phase with the strategy of the industrial.

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation et l’optimisation d’un ensemble Convertisseur-Machine devant fonctionner à haute vitesse. La première partie établit un état de l’art des méthodologies de conception relatives au dimensionnement optimal de systèmes d’entrainement et analyse les particularités du fonctionnement à haute vitesse. Puis, une modélisation analytique multiphysique des éléments du système est réalisée. Afin de mener une conception globalement optimale, les interactions significatives entre les éléments du système doivent être modélisées. Cela est effectué à l’aide d’une modélisation électrique fine – qui est le cœur de la caractérisation des interactions – mettant en œuvre une approche harmonique originale. Il en découle alors une modélisation des interdépendances entre onduleur et machine au niveau des pertes dans le système et de la qualité du couple. La modélisation est ensuite couplée à un algorithme génétique selon une méthodologie de conception hybride faisant intervenir des modèles analytiques puis par éléments finis. Enfin, cette démarche est appliquée au dimensionnement de deux systèmes d’entrainement dont le moteur est une MSAP à aimantation orthoradiale. Ces deux cas d’application ont été traités avec succès et ont mis en avant l’intérêt d’une approche « Système » dans la conception de systèmes d’entrainement. Par ailleurs nous avons analysé les morphologies des machines en fonction de la vitesse de rotation. Ceci a fait ressortir des capacités intéressantes de ce type de machines – pour la haute vitesse – d’un point de vue magnétique, mécanique, et des pertes au rotor. / The work presented in this thesis aims at the modelling and optimisation of a set Converter-Machine that is intended to run at high speeds. The first part is a state of the art of the conception methodologies related to the optimal design of drives and investigates the particularities of high speed operations. Then, an analytic and multiphysic modelling of the elements of the system is performed. But, in order to carry out a global optimal conception, the significant interactions between the various elements of the system must be modelled. This is achieved through a precise electrical model – that is the core of the characterization of the interactions – involving an original harmonic approach. From this follows a modelling of the interdependences between inverter and machine in the system losses and in the torque quality. The models are then associated with a genetic algorithm according to a hybrid methodology of conception involving analytical and finite-element models. Finally, this procedure is applied to the design of two drives of which the motor is a PMSM with circumferentially magnetised magnets. These two cases have been successfully handled and clearly show the assets of a “System” approach for the design of drives. In addition, the morphologies of the optimal machines are analysed according to their rotation speed. This analysis highlights some interesting abilities of this kind of machines – in high speed – regarding the magnetic and mechanical behaviours, and the rotor losses.

La fragmentation d'agrégats atomique et moléculaire suite à un dépôt d'énergie représente un intérêt fondamental pour la physique d'interaction particule-matière ou rayonnement-matière. Des expériences réalisées à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon ont montré que cette fragmentation se fait selon plusieurs canaux, incluant l'évaporation, la dissociation ou la multifragmentation. Ces différents canaux mettent en jeu plusieurs mécanismes selon le degré d'excitation ou d'ionisation ou de multi-ionisation, qui révèlent un caractère individuel (Excitation rotationnelle ou vibrationnelle des constituants de l'agrégat) ou un caractère collectif tel que la réactivité intramoléculaire.<br /><br />Dans cette thèse, nous avons élaboré et développé un code de simulation Monte Carlo dans le but d'étudier ces différents canaux et mécanismes de dissociation des agrégats H3+(H2)m (1 ≤ m ≤ 18) par impact d'atomes d'hélium à une énergie de 60 keV/uma. Cette simulation est basée au préalable sur la connaissance des structures géométriques des agrégats et des sections efficaces de dissociation individuelle des constituants H3+ et H2.<br />L'interaction est étudiée dans le centre de masse de l'agrégat grâce à une approche par cinématique inverse.<br />Les résultats obtenus permettent de remonter aux sections efficaces totales de dissociation ainsi qu'aux sections efficaces partielles de quelques canaux tels que : La capture électronique, la simple ionisation et la multi-ionisation.<br /><br />Cette simulation peut aussi servir à l'étude de l'évaporation et de la multifragmentation en incluant des routines tenant compte de ces phénomènes.