Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing <DA14524950> (5th : 2004 : Beijing, China)

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22127号 / 工博第4657号 / 新制||工||1726(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 安田 秀幸, 教授 辻 伸泰, 教授 宇田 哲也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Le programme international Argo a révolutionné l'observation globale des océans. Une flotte de plus de 3000 instruments sous-marins autonomes est en place, programmés pour fournir des mesures globales de profils de température et de salinité sur les 2000 premiers mètres de l'océan. Ces mesures sont assimilées dans des modèles océaniques conjointement aux observations satellitaires afin de décrire et prévoir l'océan. Dans cette thèse nous proposons une analyse permettant de caractériser les erreurs d'un modèle global océanique par comparaison aux données du réseau Argo. Ces erreurs sont décrites via leurs amplitudes, leurs variations régionales et temporelles ainsi que via les échelles spatiales associées. Une caractérisation des échelles spatiales à la fois pour la variabilité océanique et pour les erreurs modèles est, en particulier, menée permettant de relier la structure des erreurs modèles à celle du signal. Enfin, des techniques basées sur le contenu en information sont testées afin de pouvoir à terme mieux quantifier l'impact des observations Argo sur les systèmes d'assimilation de Mercator Océan. / The international Argo program has revolutionized the observation of the global ocean. An array of more than 3000 profiling floats is in place and provides global measurements of temperature and salinity on the first 2000 meters of the ocean. These measurements are assimilated into ocean models together with satellite observations to describe and forecast the ocean state. We propose here to characterize model errors using Argo observations. Model errors are described through their amplitude, geographical and temporal variations as well as their spatial scales. Spatial scales of both model errors and ocean signals are, in particular, estimated. This allows a comparison of model errors and ocean variability structure. Finally, techniques based on information content are tested in the longer run quantifying the impact of Argo observations in the Mercator Ocean data assimilation systems.

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The auroral density cavity constitutes the boundary between the cold, dense ionospheric plasma and the hot, tenuous plasma sheet plasma. The auroral density cavity is characterized by low electron density and particle populations modified by parallel electric fields. Inside the cavity the electron densities can be as much as a factor 100-1000 lower than same altitude outside the cavity.The Cluster mission's wide range of instruments, long lifetime and ability to make multi-spacecraft observations has been very successful. Over its 15 year lifespan, the Cluster satellites have gathered data on auroral density cavities over a large altitude range and throughout an entire solar cycle, providing a vast data material.The extent of the density cavity and acceleration region is large compared to the typical altitude coverage of a satellite crossing the cavity. This makes it difficult to produce a comprehensive altitude/density profile from a single crossing. In order to facilitate comparisons between data from different events, we introduce a new reference frame, pseudo altitude. Pseudo altitude describes the satellites' position relative to the acceleration region, as opposed to relative to the Earth. This pseudo altitude is constructed by dividing the parallel potential drop below the satellite with the total parallel potential drop. A pseudo altitude of 0 corresponds to the bottom of the acceleration region and a pseudo altitude of 1 to the top of the acceleration region. As expected, the pseudo altitude increases with altitude. The electron density exhibits an anti-correlation with the pseudo altitude, the density becomes lower close to the upper edge of the acceleration region. The upper edge of the acceleration region is located between a geocentric altitude of 4.375 and 5.625 RE. Above the upper edge of the acceleration region, the electron density continues to decrease for the entire range of the study, 3.0-6.5 RE. This is much further than the geocentric altitude range of 2-3 RE which is suggested by previous models. We can conclude that the auroral density cavity is not confined by the auroral acceleration region, as suggested by previous models, and may extend all the way to the plasma sheet. / <p>QC 20151102</p>

Les conditions de solidification de la matière au cours d’une opération de soudage sont très particulières. Le phénomène se produit en effet à des vitesses de croissance de grains élevées, en présence de forts gradients de températures, et surtout de forts écoulements dans le bain liquide, qui peuvent modifier les mécanismes de solidification.Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la compréhension des couplages pouvant exister entre écoulements et mécanismes de solidification, en relation avec les paramètres de soudages, à l’échelle macroscopique du bain, mais aussi à l’échelle microscopique des grains en cours de solidification.Une étude expérimentale est menée, basée sur l’observation in-situ d’un bain liquide traversant généré sur une tôle mince d’alliage Cu30Ni à l’aide d’une torche de soudage TIG (Tungsten Inert Gas), dans deux configurations :une configuration statique générant un bain de fusion axisymétrique, et une configuration en translation générant une ligne de fusion.Pour chaque configuration, la morphologie du front de solidification et les écoulements autour du front sont observés à l’échelle microscopique à l’aide d’une caméra rapide équipée d’un objectif à fort grossissement.A l’échelle macroscopique, le bain dans son ensemble est observé à l’aide d’une caméra infra-rouge et de deux caméras filmant dans le visible.La première permet d’obtenir le champ de température dans le solide sur la face envers, tandis que les deux autres permettent de déterminer la frontière du bain sur les faces supérieure et inférieure.Les observations synchronisées ont permis d’extraire une grande quantité de données permettant de discuter les interactions entre mécanismes de solidification et écoulements pour plusieurs conditions de soudage.Pour finir, les résultats expérimentaux sont confrontés aux résultats issus de modélisations analytiques et numériques, afin de discuter la validité de ces modèles et de tenter de mieux comprendre les analyses. / In welding processes, solidification is very specific. This phenomenon leads to high grain growth rates, in presence of high temperature gradients and strong fluid flows in the liquid, that can change the solidification mechanisms.This work investigates the coupling between fluid flows and solidification mechanisms, related to welding parameters, at weld pool scale (macroscale) and at grains scale (microscale).An experimental study is carried out, based on in-situ observations of a fully penetrated weld pool, generated on a thin Cu30Ni plate with a GTAW torch in two configurations :a static configuration generating an antisymmetric weld pool and a translating configuration generating a weld bead.For each configuration, the solidification morphology and the fluid flows in the solidification front area are observed at microscopic scale, with a high speed camera coupled with a high magnification lens.At macroscopic scale, the whole weld poll is observed with an infra-red camera and two cameras in visible range.We can then obtain on one hand the temperature field on the bottom of the plate and on the other hand the weld pool boundaries on the top and the bottom of the plate.The synchronised observations give access to an important quantity of data allowing the discussion of the interactions between solidification mechanisms and fluid flows for several welding conditions.Finally, the experimental results are compared to theoretical results obtained from analytical and numerical simulations, in order to discuss the possible limitations of models and try to better understand the analysis.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22067号 / 工博第4648号 / 新制||工||1725(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 安田 秀幸, 教授 辻 伸泰, 教授 宇田 哲也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

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Afin de clarifier et caractériser les mécanismes fondamentaux de formation des réseaux étendus cellulaires et dendritiques en régime diffusif, des expériences de solidification dirigée permettant l’observation in situ en temps réel de l’interface solide-liquide d’un alliage transparent ont été réalisées dans l’instrument « DECLIC-DSI» à bord de la Station Spatiale Internationale. Des procédures spécifiques d'analyse d'images ont été développées pour caractériser les réseaux et extraire des données de référence à comparer aux modèles théoriques ou numériques. Les mécanismes d’évolution et de sélection de l'espacement primaire sont décrits et reliés à la courbure macroscopique de l'interface qui apparait comme un paramètre important de la dynamique de réseau. L’obtention de réseaux homogènes étendus nous a permis d'observer des instabilités secondaires du régime cellulaire pour la première fois dans des systèmes tridimensionnels: Oscillation et multiplet structure. Nos analyses mettent en évidence l'absence de cohérence globale de l’oscillation, exceptée dans des zones localement ordonnées dans lesquelles les oscillations de cellules voisines peuvent être synchronisées. Dans une autre gamme de paramètres de contrôle, la formation de multiplets -autre type d'instabilité secondaire- a été observée. La structure et la dynamique de ces multiplets est décrite. Enfin, des essais comparatifs ont été réalisés au sol, pour les mêmes paramètres de croissance, afin de clarifier l'influence de la convection. Les différences entre les expériences au sol et en microgravité, en particulier concernant l'espacement primaire, sont reliées à l'amplitude de la convection. / To clarify and characterize the fundamental physical mechanisms active in the formation of three-dimensional (3D) arrays of cells and dendrites, in situ monitoring of series of experiments on a transparent alloy was carried out under low gravity in the DECLIC-DSI on-board the International Space Station. Image analysis procedures have been developed to characterize the patterns and get benchmark data to compare with theoretical or numerical modelling. The mechanisms of primary spacing evolution and selection are described and related to the macroscopic interface curvature that appeared to be a critical parameter. The extended homogeneous patterns obtained in microgravity enabled us to observe secondary instabilities of the cellular pattern for the very first time in 3D patterns: cell oscillation and multiplet structure. Our analyses highlight the absence of global coherence of cell oscillations, except in locally ordered areas where synchronization of neighbor cells may happen. In another range of control parameters, another type of secondary instability has been identified that corresponds to multiplet formation; the structure and dynamics of those multiplets are also described. Finally, comparative experiments have been performed on ground with similar growth parameters to point out the influence of convection. The differences between ground and microgravity results, especially regarding the primary spacing, are related to fluid flow magnitude.