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Hétérogénéités compositionnelles dans les réservoirs de gaz acides : compréhension et modélisation du rôle d'un aquifère actif / Compositional heterogeneities in acid gas reservoirs : role of an active aquifer, mechanisms and simulation

Bonnaud, Estelle 29 June 2012 (has links)
La présence d'H2S dans un gisement est un important facteur de dévalorisation économique, c'est pourquoi connaitre sa concentration et sa distribution est capital pour optimiser toutes les étapes de l'exploration à la production d'un champ. Dans les conditions de pression et température des réservoirs, l'H2S est beaucoup plus soluble que les hydrocarbures et autres gaz. Le lessivage préférentiel de l'H2S par un aquifère actif pourrait ainsi entrainer la création d'hétérogénéités compositionnelles au cours du temps. L'objectif de la thèse est d'illustrer et quantifier ce processus à l'aide de simulations numériques réalisées avec Hytec, logiciel couplé géochimie-transport diphasique développé par MINES ParisTech. Le lessivage préférentiel de l'H2S est contrôlé par : la solubilité différentielle des gaz qui modifie les quantités relatives de chacun des gaz à proximité de l'aquifère ; le transport aqueux qui exporte les gaz dissous et améliore ainsi la dissolution des gaz sur le long terme ; le transport gazeux qui renouvelle les gaz dissous à l'interface et étend le lessivage du gaz à toute la structure ; les caractéristiques d'un réservoir (type d'aquifère, hétérogénéité des perméabilités). / The H2S occurrence in gas reservoirs is an important factor of economic depreciation. Thus, the knowledge of its content and distribution is a critical parameter when planning field development. Under typical reservoirs conditions of pressure and temperature, H2S is far more soluble than hydrocarbons and other gases. The preferential leaching of H2S by an active aquifer over time could explain the creation of compositional heterogeneities. The thesis aims at illustrating and quantifying this process based on numerical simulations performed with the two-phase transport and geochemical software Hytec, developed by Mines ParisTech (France). This mechanism may be controlled by: Differential solubility of gases, which changes the relative amounts of each gas near the gas-watercontact; Contact with an active aquifer, which can export the dissolved gases thus enhancing dissolution on the long-term; Diffusional transport in the gas phase, which transfers the compositional anomalies farther from the gas-water contact; Geological parameters (type of aquifer, permeability heterogeneities) which can modify the transport scenario.
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Modélisation géomécanique des réservoirs : méthodologies de mise en œuvre et d'analyse des incertitudes / Uncertainty Analysis in Geomechanical Modelling of Petroleum Reservoirs

Hu, Tianmeng 06 November 2008 (has links)
L’objectif de ce travail est double : d’une part, il s’agit de développer une méthodologie intégrée pour la construction d’un modèle géomécanique ainsi que la représentation des incertitudes associées aux propriétés poro-élastiques des roches constitutives, en exploitant l’ensemble des données disponibles et en s’appuyant de façon cohérente sur les modèles de réservoir statique et dynamique classiquement utilisés par les géologues et les ingénieurs réservoir ; d’autre part, il s’agit d’analyser quel est l’impact des hétérogénéités géologiques, souvent négligées, dans la réponse mécanique du réservoir sollicité par son exploitation, et d’aboutir à des incertitudes sur les champs de contraintes et de déplacements, issues des incertitudes sur ces hétérogénéités et leurs paramètres mécaniques. Pour ce faire, une méthodologie intégrée s’appuyant sur des simulations géostatistiques a été développée. Après la construction du cadre géométrique 3D, le remplissage des propriétés au sein du réservoir suit une démarche de simulations géostatistiques 3D emboîtées, dans laquelle la représentation des hétérogénéités lithologiques conditionne la génération des propriétés poro-élastiques. La démarche consiste ensuite à représenter les incertitudes sur le modèle géomécanique par des ensembles de réalisations géostatistiques dont la réponse mécanique est alors calculée avec un simulateur mécanique aux éléments finis. Les incertitudes sur les champs de contraintes et de déformations sont déduites ensuite des différentes réponses mécaniques obtenues. La démarche a été mise en œuvre sur un réservoir réel, dans un environnement fluvio-deltaïque, produisant en Mer du Nord. Dans ce cadre, il a été démontré que les hétérogénéités du réservoir et leurs incertitudes influencent significativement les calculs des champs de contraintes et de déformations, ainsi que les risques mécaniques de rupture. Des incertitudes sur les quantités mécaniques analysées (premier invariant du tenseur des contraintes et subsidence) ont été aussi estimées / This work has two main objectives. The first one is to develop an integrated methodology allowing to build a 3D geomechanical model and also to image the uncertainties attached to the poro-mechanical properties of the constitutive rocks. This geomechanical model should be based on all related available data and should be consistent with the static and dynamic models, currently built by reservoir geologists and engineers. The second objective is to analyse the impact of geological heterogeneities, which are often neglected, in the mechanical response of the reservoir induced by its exploitation, and furthermore to derive uncertainties on the stress and deformation fields related to the uncertainties on the input properties of the geomechanical model. An integrated methodology based on geostatistical simulations is developed. First, the geometric frame is built; then an approach of embedded stochastic simulations is carried out to infill the different reservoir properties, the lithological description constraining the petrophysical and poro-elastic descriptions. The next step is to generate the mechanical responses of the stochastic realisations, using a finite-element mechanical simulator. The uncertainties on the resulting stress and displacement fields are then deduced from the multiple mechanical responses which are computed. This approach is demonstrated on a real field case, a fluvio-deltaic reservoir in North Sea. It is shown on this example that the reservoir heterogeneities and their uncertainties significantly influence the calculations of stress and strain fields, and also the risks of mechanical failure. Uncertainties on the mechanical quantities under analysis (first invariant of the stress tensor and subsidence) are also derived
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Apport des inclusions magmatiques et de la fusion expérimentale d'une source mixte péridotite-pyroxénite à l'étude des mécanismes de genèse des magmas d'arc sous-saturés en silice / Constraints on the origin of silica-undersaturated arc magmas inferred from melt inclusions and experimental melting of peridotite – pyroxenite mixed source

Sorbadère, Fanny 14 February 2013 (has links)
Les laves émises en domaine de subduction sont dominées par des compositions calcoalcalines à hypersthène normatif. En revanche, les inclusions magmatiques piégées dans les olivines magnésiennes (Fo ≥ 88) des basaltes d’arc présentent des compositions alcalines, à néphéline normative. Bien que leurs compositions en éléments traces incompatibles ne diffèrent pas de celles de leurs laves hôtes, ces magmas ne peuvent pas s’expliquer par les modèles classiques de formation des laves d’arc. L’étude d’inclusions magmatiques alcalines de plusieurs arcs du monde a permis de mettre en évidence leur variabilité de composition, en particulier en CaO et Sc, deux éléments compatibles dans le clinopyroxène. Le couplage de cette étude avec des modélisations thermodynamiques a aboutit à l’élaboration d’un modèle de source impliquant la contribution de clinopyroxénites à amphibole à environ 1 GPa. Les inclusions magmatiques à néphéline normative d’arc seraient ainsi les témoins de l’hétérogénéité de source à l’origine des magmas d’arc. Les expériences de fusion partielle du mélange homogène clinopyroxénite à amphibole – péridotite hydratée réalisées à 1 GPa permettent d’apporter des informations supplémentaires quant aux mécanismes de genèse des magmas d’arc sous-saturés en silice et de mieux comprendre les comportements de fusion des deux types de lithologies. Pour des proportions inférieures à ~ 50 % de pyroxénite dans la source, les magmas produits présentent des compositions à hypersthène normatif, comparables aux laves d’arc issues de la fusion de lithologies péridotitiques. Pour des proportions de pyroxénites supérieures, les magmas sont à néphéline normative et s’enrichissent en calcium, reproduisant ainsi la gamme de compositions observée pour les inclusions magmatiques. 50 % de mélange correspond à la limite de stabilité de l’orthopyroxène. Tant que cette phase est présente dans le résidu, les magmas engendrés restent à hypersthène normatif. De plus, la présence d’amphibole dans la source permet d’augmenter la sous-saturation des liquides résultants et d’expliquer ainsi les termes les plus riches en néphéline normative de certaines inclusions. Nos expériences de fusion d’une source homogène ont également permis de déterminer la composition des magmas formés par un processus de fusion plus réaliste, impliquant une source hétérogène pyroxénite-péridotite. La productivité de liquides des pyroxénites étant supérieure à celles des péridotites, les magmas générés à partir d’une source hétérogène seront donc principalement pyroxénitiques, c’est-à-dire davantage sous-saturés en silice. Ainsi, dans le cas d’un mélange de magmas issus d’une source hétérogène, la transition entre les compositions à hypersthène et à néphéline normatifs s’effectue aux alentours de 30-40 % de liquides pyroxénititiques, soit pour environ 20-25 % de pyroxénite dans la source. L’origine de ces lithologies dans le manteau sub-arc est attribuée à la délamination de cumulats à clinopyroxène + amphibole présents à la base de la croute des arcs. Les inclusions magmatiques à néphéline normative d’arc auraient enregistré plusieurs étapes de mélange entre des liquides quasi-purs de clinopyroxénites et des liquides péridotitiques. L’homogénéité de compositions des laves à hypersthène normatif traduirait en revanche, un stade de mélange et de différenciation plus avancé, atténuant ainsi la signature pyroxénitique. / Lavas erupted in subduction zones are dominated by calc-alkaline, hypersthene-normative compositions. However, melt inclusions trapped in magnesian olivines (Fo ≥ 88) from arc basalts often show alkaline, nepheline-normative compositions. Although their trace element compositions are comparable to those of their host lavas, these melt inclusions cannot be simply explained by the typical models for arc lava genesis. The study of melt inclusions from several island arcs from all over the world has emphasized their compositional variability, in particular in calcium and Sc, two elements compatible in clinopyroxene. The coupling of this study with thermodynamic modelling has led to the development of a source model involving the contribution of amphibole-bearing clinopyroxenites at about 1 GPa. Nepheline-normative arc melt inclusions thus underline the source heterogeneity at the origin of arc magmas. Partial melting experiments of amphibole-clinopyroxenite – hydrous peridotite homogeneous mixtures performed at 1 GPa have provided additional information on the origin of silica-undersaturated arc magmas, and also a better understanding of the melting behaviour of the two types of lithologies. For proportions of pyroxenite lower than 50 % in the mixed source, the derived melts show hypersthene-normative compositions that are comparable to peridotite-derived arc lavas. For higher proportions of pyroxenite in the source, the derived magmas become nepheline-normative, calcium-rich, and reproduce the compositional range of the melt inclusions. Fifty percent of mixing corresponds to the limit of orthopyroxene stability. As long as this phase is present in the residue, the generated melts are hypersthene-normative. In addition, the presence of amphibole in the source increases the silica under-saturation of liquids and thus accounts for the extreme enrichment in normative nepheline of some inclusions. Our melting experiments of a homogeneous source have allowed to determine the compositions of magmas derived from a mode realistic melting process, involving a heterogeneous source. As pyroxenites have higher melt productivity than peridotites, most melts produced from a pyroxenite-peridotite mixed source are comparable to those produced by a dominantly pyroxenitic source, i.e., they display normative nepheline compositions. Thus, in the case of mixing of magmas derived from heterogeneous source, the transition between hypersthene- and nepheline-normative compositions occurs for 30-40 % of pyroxenite melts, generated from 20-25 % of pyroxenite in the source. The origin of these lithologies in the subarc mantle is explained by the delamination of lower crustal cumulates consisting of clinopyroxene + amphibole. Nepheline-normative arc melt inclusions would record multi-stage mixing between clinopyroxenite and peridotite melts. In contrast, the compositional homogeneity of hypersthene-normative lavas would reflect a more advanced stage of mixing and differentiation, thereby reducing the pyroxenite signature in derived magmas.
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Rapid sintering of ceramics by intense thermal radiation

Li, Duan January 2016 (has links)
Sintering is an important processing step for obtaining the necessary mechanical stability and rigidity of ceramic bulk materials. Both mass and heat transfer are essential in the sintering process. The importance of radiation heat transfer is significantly enhanced at high temperatures according to the well-known Stefan-Boltzmann’s law. In this thesis, we modified the pressure-less spark plasma sintering set-up to generate intense thermal radiation, aiming at rapid consolidation of ceramic bulk materials. This approach was named as “Sintering by Intense Thermal Radiation (SITR)” as only thermal radiation contributed. Firstly, the heat and mass transfer mechanisms during the SITR process were studied by choosing zirconia ceramics as references. The results revealed that the multiple scattering and absorption of radiation by the materials contributed to the heat diffusion. The observed enhanced densification and grain growth can be explained by a multiple ordered coalescence of zirconia nanocrystals using high heating rates. Secondly, the temperature distribution during the SITR process was investigated by both numerical simulation and experimental verifications. It showed that the radiator geometry, sample geometry and radiating area were influencing factors. Besides, the change of material and geometry of the radiators resulted in an asymmetric temperature distribution that favored the formation of SiC foams. The foams had gradient structures with different open porosity levels and pore sizes and size distributions. Finally, ceramic bulk materials were successfully fabricated by the SITR method within minutes. These materials included dense and strong ZrO2 ceramics, Si3N4 foams decorated with one-dimensional nanostructures, and nasal cavity-like SiC-Si3N4 foams with hierarchical heterogeneities. Sufficient densification or formed strong necks were used for tailoring these unique microstructures. The SITR approach is well applicable for fast manufacture of ceramic bulk materials because it is clean and requires low energy consumption and properties can be controlled and tuned by selective heating, heating speed or temperature distribution. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Submitted. Paper 4: Manuscript.</p><p> </p>
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Vozes da terapia: fragmentos de um discurso familiar (amoroso?) / The discursive practices in systemic family therapy sessions

Isa Maria Aparecida Spanghero Stoeber 02 June 2006 (has links)
Este trabalho investiga as práticas discursivas de sessões de terapia de família de abordagem sistêmica. Enfoca a (re)construção dos sentidos desse discurso terapêutico, voltando-se para o que se convenciona chamar, dentro da área terapêutica, por re-significação e procurando olhar criticamente o pedido de ajuda do paciente e o ato de dar ajuda do terapeuta. Investigam-se também os lugares sociais/familiares dos sujeitos - aí incluída uma certa representação do terapeuta - quando em interação terapêutica. Partindo da noção de dialogismo proposta por Bakhtin e revisitada pelos estudos sobre a(s) heterogeneidade(s) enunciativa(s) de Authier-Revuz, são observadas, em diálogos extraídos de três sessões de terapia de família realizadas em institutos de ensino e pesquisa (duas instituições autônomas e uma autarquia federal), as fronteiras da alteridade, evidenciadas no gênero discursivo \"sessão de terapia\". Tal gênero discursivo, que, em sua superfície pode ser entendido como encontro com fins terapêuticos para discutir temas de conflitos humanos em situação relacional, evidencia-se, no entanto, como um confronto entre vozes que disputam papéis/lugares sociais e familiares. As análises revelam que as fronteiras, delimitadas pela alternância dos sujeitos falantes, entre perguntas e respostas dos terapeutas e seus pacientes, constituem um processo de interação de vozes sociais, em contínuos entrecruzamentos e reconfigurações. Revelam também que os terapeutas constroem hipóteses para a intervenção nos conflitos familiares por meio dos deslizamentos dos sentidos (re-significação) e que buscam, para a resolução desses conflitos, o deslocamento enunciativo das vozes dos pacientes de uma posição monológica (ainda que presencial) para posições dialógicas. / This thesis investigates the discursive practices in systemic family therapy sessions. It focuses on the (re)construction of meanings in such therapeutic discourse, by focusing on what, within the therapeutic field, is known as re-signification and by attempting to consider critically the patient\'s request for help and the therapist\'s act of helping. It investigates also the subjects\' social/family places - including a certain representation by the therapist - when interacting at the therapy. Starting from the Bakhtinian notion of dialogism, which is revisited in the studies on enunciative heterogeneities by Authier-Revuz, the frontiers of otherness - evinced in the \"therapy session\" discourse gender - are observed, specifically in pieces of dialogues taken from three family therapy sessions held in teaching and research institutes (two of them autonomous institutions and a federal autarchy). Such discourse gender, which, in its surface might be understood as meeting aimed at therapeutic ends for discussing themes of human conflicts in relational situation, constitutes, however, a clash of voices that dispute family and social roles/places. The analyses reveal that the frontiers, circumscribed by the alternation of speaking subjects, between questions and answer of the therapists and their patients, consist of a process of social voices interaction, throughout continuous intercrossings and reconfigurations. The analyses demonstrate also that the therapists formulate hypotheses for the intervention in the family conflicts through the meaning slides (re-signification) and that they seek, for solving such conflicts, the enunciative displacing of the patients\' voices from a monological position (even though witnessed) to dialogical positions.
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Des liquides surfondus aux verres : étude des corrélations à et hors équilibre / From supercooled liquids to glasses : a study of correlations in and out of equilibrium

Brun, Coralie 28 September 2011 (has links)
Lorsqu’un liquide est refroidit suffisamment vite, la cristallisation peut être évitée. On a alors un liquide surfondu dont le temps de relaxation augmente fortement quand la température diminue vers la température de transition vitreuse Tg. En-dessous de Tg, le systèmeest dans l’état vitreux. Il vieillit : son temps de relaxation augmente au cours du temps. L’existence d’une longueur de corrélation croissante associée au ralentissement de la dynamique des liquides surfondus (ou des verres) est une des grandes questions toujours ouvertes dans la physique de la transition vitreuse. Des arguments théoriques très généraux ont montré que la mesure de la susceptibilité alternative non linéaire d’ordre trois des liquides surfondus (ou des verres) donnait directement accès à la longueur de corrélation dynamique. Nous avons mis au point une expérience à haute sensibilité permettant d’accéder à deux susceptibilités diélectriques non linéaires d’ordre trois près de Tg. Nos résultats obtenus sur du glycrol surfondu sont quantitativement en très bon accord avec les prédictions théoriques. Ils montrent que la longueur de corrélation dynamique augmente lorsque T diminue vers Tg. En dessous de Tg, l’étude du vieillissement d’une des susceptibilités non linéaires nous a permis de mettre en évidence que la longueur de corrélation dynamique augmente au cours du temps. Ces résultats renforcent le scénario selon lequel la transition vitreuse serait liée à un point critique sous-jacent, ce qui expliquerait l’ubiquité du comportement vitreux dans la nature. / Upon fast enough cooling, a liquid avoids crystallization and enters in a supercooled state. The relaxation time of this supercooled liquid increases extremely fast when the temperature decreases towards the glass transition temperature Tg. Below Tg, the system is in the glassy state. It ages : the relaxation time increases with time. The existence of a growing correlation length associated to the slowing down of supercooled liquids (or of glasses) is one of the main open issues in the physics of the glass transition. On very general theoretical arguments, it has been shown that the third order a.c. nonlinear susceptibility around Tg gives direct access to the dynamical correlation length. We have developped a high sensibility experiment to measure, close to Tg, two nonlinear dielectric susceptibilities of the third order. Our results performed on supercooled glycerol are quantitatively in very good agreement with theoretical predictions. They show that the dynamical correlation length increases when T decreases towards Tg. Below Tg, aging experiments of one of the nonlinear susceptibilities reveal that the dynamical correlation length increases with time. These results clearly evidence the collective character of glassy dynamics and reinforce the picture of an underlying critical point, which would explain the ubiquity of the glass transition in Nature.
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Vozes da terapia: fragmentos de um discurso familiar (amoroso?) / The discursive practices in systemic family therapy sessions

Stoeber, Isa Maria Aparecida Spanghero 02 June 2006 (has links)
Este trabalho investiga as práticas discursivas de sessões de terapia de família de abordagem sistêmica. Enfoca a (re)construção dos sentidos desse discurso terapêutico, voltando-se para o que se convenciona chamar, dentro da área terapêutica, por re-significação e procurando olhar criticamente o pedido de ajuda do paciente e o ato de dar ajuda do terapeuta. Investigam-se também os lugares sociais/familiares dos sujeitos - aí incluída uma certa representação do terapeuta - quando em interação terapêutica. Partindo da noção de dialogismo proposta por Bakhtin e revisitada pelos estudos sobre a(s) heterogeneidade(s) enunciativa(s) de Authier-Revuz, são observadas, em diálogos extraídos de três sessões de terapia de família realizadas em institutos de ensino e pesquisa (duas instituições autônomas e uma autarquia federal), as fronteiras da alteridade, evidenciadas no gênero discursivo \"sessão de terapia\". Tal gênero discursivo, que, em sua superfície pode ser entendido como encontro com fins terapêuticos para discutir temas de conflitos humanos em situação relacional, evidencia-se, no entanto, como um confronto entre vozes que disputam papéis/lugares sociais e familiares. As análises revelam que as fronteiras, delimitadas pela alternância dos sujeitos falantes, entre perguntas e respostas dos terapeutas e seus pacientes, constituem um processo de interação de vozes sociais, em contínuos entrecruzamentos e reconfigurações. Revelam também que os terapeutas constroem hipóteses para a intervenção nos conflitos familiares por meio dos deslizamentos dos sentidos (re-significação) e que buscam, para a resolução desses conflitos, o deslocamento enunciativo das vozes dos pacientes de uma posição monológica (ainda que presencial) para posições dialógicas. / This thesis investigates the discursive practices in systemic family therapy sessions. It focuses on the (re)construction of meanings in such therapeutic discourse, by focusing on what, within the therapeutic field, is known as re-signification and by attempting to consider critically the patient\'s request for help and the therapist\'s act of helping. It investigates also the subjects\' social/family places - including a certain representation by the therapist - when interacting at the therapy. Starting from the Bakhtinian notion of dialogism, which is revisited in the studies on enunciative heterogeneities by Authier-Revuz, the frontiers of otherness - evinced in the \"therapy session\" discourse gender - are observed, specifically in pieces of dialogues taken from three family therapy sessions held in teaching and research institutes (two of them autonomous institutions and a federal autarchy). Such discourse gender, which, in its surface might be understood as meeting aimed at therapeutic ends for discussing themes of human conflicts in relational situation, constitutes, however, a clash of voices that dispute family and social roles/places. The analyses reveal that the frontiers, circumscribed by the alternation of speaking subjects, between questions and answer of the therapists and their patients, consist of a process of social voices interaction, throughout continuous intercrossings and reconfigurations. The analyses demonstrate also that the therapists formulate hypotheses for the intervention in the family conflicts through the meaning slides (re-signification) and that they seek, for solving such conflicts, the enunciative displacing of the patients\' voices from a monological position (even though witnessed) to dialogical positions.
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Structure and Dynamics of Molecular-Dynamics Simulated Undercooled Ni-Zr-Al Melts / Molekulardynamik Simulationen zur Struktur und Dynamik in unterkühlten Ni-Zr-Al-Legierungsschmelzen

Guerdane, Mohammed 01 November 2000 (has links)
No description available.
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Etude locale de la thermique dans les piles à combustibles pour application automobile. Corrélation à la durée de vie / Local thermal analysis of fuels cells for automotive application. Impact on durability

Nandjou, Fredy 16 November 2015 (has links)
L'un des principaux freins au développement des piles à combustible de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) est lié aux phénomènes de dégradation des performances qui les pénalisent encore en termes de durée de vie. L'étude de ces phénomènes au niveau des composants de l’AME est un thème abordé aujourd'hui par de nombreuses équipes de recherche, mais une étude à une échelle d’un stack est nécessaire pour mieux comprendre les mécanismes en jeu. En effet, dans un stack les conditions de fonctionnement ne sont pas homogènes comme dans les cellules de laboratoire, notamment au niveau thermique. Ceci est particulièrement exacerbé dans les piles pour application automobile, dont la compacité contraint fortement la conception du circuit de refroidissement. De plus, les exigences en termes de démarrage à froid sont à prendre en compte, avec notamment la limitation de l'inertie thermique de l'empilement ou l'apparition d'hétérogénéités plus fortes pendant les phases transitoires.Ce travail de thèse se propose d'étudier l'effet d'hétérogénéités de température sur la performance d'une pile en application automobile et sa dégradation. L'étude est menée dans différentes conditions de fonctionnement: fonctionnement nominal, cyclage thermique et cyclage NEDC (New European Driving Cycles).Cette étude comporte une partie expérimentale, centrée sur des essais de vieillissement en pile et un travail sur le diagnostic électrochimique global et local. Elle est complétée par des expertises post-mortem des assemblages membrane-électrodes et des plaques testées. En parallèle, un travail de modélisation est mené pour relier les constatations expérimentales à une description des phénomènes en présence. L'influence du design des canaux de réactifs et de caloporteur sur le fonctionnement des piles est étudiée. Enfin, l’effet de la gestion thermique sur la dégradation des performances et sur la détérioration des composants de la pile est étudié. / One of the main challenges for Proton Exchange Membrane Fuel Cells development is the performance loss, which largely limits the durability. The study of the degradation phenomena of the different MEA components is a challenge addressed by many researchers, but a study at a stack scale is needed in order to better understand the ageing mechanisms. Indeed, in an industrial fuel cell the operating conditions are not homogeneous as for laboratory fuel cells, especially as regards thermal aspects. The heterogeneities are particularly emphasized for automotive fuel cells, because of the compactness constraint of the cooling circuit. Moreover, the requirements of cold start should be considered, as well as the inertial effects of the stacks and the increased heterogeneities during the driving cycles.In this work, the effects of the temperature heterogeneities and hot spots on the automotive fuel cell performances and degradations are investigated. The study is conducted in different conditions: nominal conditions, load/thermal cycling and New European Driving Cycles (NEDC).The work is composed of an experimental study, which consists of ageing tests on fuel cells and on-line diagnosis at both global and local scales. At the end of the tests, post-mortem analyses of the aged components are conducted. In parallel, a physic-based model is developed in order to predict the local temperature and humidity in the different components of the cell. Then, the impact of the reactive gases and cooling flow fields design on the thermal and water management of the cell is investigated. Finally, the experimental and modeling results are coupled in order to investigate the correlation between heat management, water management and degradations.
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Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique des matériaux métalliques : vers la prise en compte des hétérogénéités micro-structurales intrinsèques. / Characterization and modelling of the thermomechanical behavior of metallic materials : towards the consideration of intrinsic micro-structural heterogeneities

Bizet, Laurent 07 January 2016 (has links)
La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé. / To obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed.

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