Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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La possibilité de produire un gaz combustible (syngaz) à partir des composés carbonés outre que le charbon et le pétrole permettrait aux pays pauvres en ressources énergétiques de se diriger vers une indépendance énergétique.La vapogazéification est un procédé qui permet de produire un gaz riche en hydrogène à partir des matériaux carbonés (par exemple le char de biomasse) et de la vapeur d’eau. Etant donné que la gazéification est un processus endothermique, la source d’énergie est le premier souci à résoudre. Si l’on ne veut pas contribuer au réchauffement de la planète, la source d’énergie et de carbone doivent rester renouvelables. Jusqu’à présent, les ingénieurs concevaient les gazéifieurs en pensant à une uniformité des propriétés à l’intérieur du réacteur, cela simplifie la modélisation et le contrôle des variables, cependant, avec les sources de chaleur innovantes et la possibilité de n’utiliser que de la vapeur d’eau pour la gazéification, on peut conclure qu’un gradient de températures améliore la production d’hydrogène. Les nouvelles technologies de gazéification nécessitent donc une compréhension des phénomènes de transfert afin d’être améliorées et optimisées. Trois types de réacteurs ont modélisés dans le cadre de cette thèse, il est mis en évidence qu’il existe un manque de critères solides à l’heure de choisir le dispositif réactionnel le plus adéquat selon les ressources disponibles. La théorie du gradient de température est conçue à partir des principaux résultats de cette thèse et s’intéresse à la création d’un outil simple à utiliser pour que l’ingénieur puisse prendre des décisions qui aident à améliorer la production de gaz combustible. / The possibility of producing syngas from carbon compounds other than coal or oil would allow countries lacking energy resources to move toward energy independence. The steam gasification is a process that could help to this predisposition, producing a hydrogen-rich gas from carbon-rich materials (e.g. biomass char) and steam. Since gasification is an endothermic process, the energy source is the first concern to be addressed in the gasifierdesign. If we want it to not contribute to global warming, the energy source and carbon must remain renewable.Until now, engineers designed gasifiers thinking about uniformity of properties within the reactor, it simplifies the variables modeling and control, however, with innovative heat sources and the possibility to use only steamfor gasification, it can be concluded that a temperature gradient enhances the hydrogen production, thus the syngas quality is improved. The new gasification technologies therefore require the understanding of transport phenomena to apply this advantage in order to improve the syngas production and quality. Three reactor typesare modeled as part of this work, it is shown that there is a lack of firm criteria to choose the reaction device according to the resources, consequently, the reactors performance could be diminished if the energy source is not properly used. The theory of the temperature gradient is built based on the main results and it is a simple toolto help the engineer to make decisions that will improve the fuel gas production.

Par le passé la Bretagne a connu des épisodes de sécheresses très intenses. Peu communs pour des régions caractérisées par un climat océanique, ils ont eu des conséquences notables à l'échelle du territoire. De nombreuses activités socio-économiques sont ainsi apparues vulnérables face à ces évènements. Durant la sécheresse de 1976, l'agriculture fut particulièrement touchée, avec des pertes de récoltes importantes. La sécheresse est donc un risque important à l'échelle du territoire breton. Or, le changement du climat observé depuis plusieurs décennies amène des doutes quant à l'évolution des sécheresses en termes de fréquence et d'intensité. Cette thèse propose ainsi une analyse des caractéristiques des épisodes secs en Bretagne selon trois scénarios SRES du GIEC : B1, A1B et A2. Les sorties climatiques désagrégées utilisées ont été comparées, dans un premier temps, aux observations, afin de s'assurer de l'adaptabilité des jeux de données pour une analyse de ce type. Pour chacun des scénarios deux types de bilans hydriques ont été calculés. Ils permettent d'obtenir des valeurs de déficit d'évaporation, paramètre illustrant l'intensité des sécheresses, ainsi que des valeurs de réserve hydrique qui mettent en évidence les périodes d'assèchement et de recharge des sols. Les premiers bilans hydriques, de résolution de 8 km et au pas de temps mensuel, proposent une vision générale sur le comportement hydrique des sols bretons. Les seconds, de résolution kilométrique et au pas de temps journalier, apportent plus de précision quant aux secteurs vulnérables et à l'intensité probable des épisodes secs. On peut ainsi voir que des sécheresses exceptionnelles, similaires à celle de 1976, seraient régulièrement observées à la fin du 21ème siècle d'après le scénario A2. La comparaison avec un indice de sécheresse utilisé par Météo-France confirme les tendances régionales attendues au 21ème siècle d'après les trois scénarios SRES. Une approche agronomique est également proposée dans cette thèse afin d'apprécier les impacts de différentes types de culture sur la réserve hydrique des sols / Several extreme droughts occurred in Brittany during the past. Although they are rare in this oceanic region, their impacts are noticeable on the territory. Several socio-economical activities thus appeared to be vulnerable to dryness. In 1976, agriculture has been highly impacted during the drought, with important harvest loss. Droughts are therefore a significant hazard in Brittany. However, the changing climate observed for several decades raises issues on the way drought events might evolve in terms of frequency and intensity. This thesis offers an analysis of drought's characteristics in Brittany according to three IPCC's SRES scenarios : B1, A1B and A2. At first, disaggregated climate outputs have been compared to observed data to make sure of their suitability for this kind of study. For each scenario, two soil water balances have been calculated in order to get values of evaporation deficit, quantifying drought intensity, and of water storage, illustrating periods of emptying and filling of soils. Soil water balances calculated at a 8-km spatial resolution and monthly timescale displayed a general view of water content in Britannic's soils. Soil water balances calculated at a higher spatial resolution (1 km) and daily timescale brought more details than previous results in terms of intensity and localization of droughts. They revealed that droughts of similar intensity than that of 1976 might occur regularly at the end of the 21st century according to the A2 scenario. These results are confirmed by another drought index used by Météo-France. An agronomic approach is also developed in this thesis in order to reveal impacts of farming on soil water content

L’objectif du travail de thèse a été la mise en place de deux modélisations multi-physiques fondées sur des fondements théoriques communs mais appliquées à deux domaines de la recherche scientifique très différents: i) l’étude du comportement du béton au jeune âge pour la prévention de la fissuration précoce- ii) l’analyse des phénomènes physiques, chimiques et biologiques qui gouvernent la croissance et l’évolution de la tumeur cancéreuse. Le développement d’un outil numérique pour la modélisation du béton au jeune âge est très important pour la conception de structures durables. Le modèle développé pendant la thèse doctorale a été implanté sur le code aux éléments finis Cast3M, puis validé expérimentalement. Il permet de multiples applications: étude des sollicitations et des phénomènes de fissuration au jeune âge, gradients thermiques et hydriques, prédiction du retrait endogène et de dessiccation, étude de l’inhibition de l’hydratation causée par le séchage, prédiction du fluage et de la redistribution des contraintes associées, étude des réparations. Les équations qui gouvernent le comportement thermo-hydro-chemo-mécanique du béton au jeune âge ont plusieurs analogies formelles avec celles qui sont typiquement à la base de la modélisation de la croissance des tumeurs cancéreuses. L'élargissement de l'analyse numérique dans le domaine médical est d’un grand intérêt social en complément de l’intérêt scientifique. Les équations utilisées pour le béton ont été réadaptées, et le modèle mathématique obtenu a été implanté dans Cast3M. Les premiers résultats du modèle ont été satisfaisants et qualitativement très proches des données expérimentales de la littérature dans ce domaine. / The aim of the PhD thesis has been the development of two multi-physics models based on common theoretical basis, but applied to two very different areas: i) the study of the behavior of concrete at early age, essentially for the prevention of early cracking and related issues- ii) the analysis of physical, chemical and biological processes that govern growth and development of cancer. The development of a numerical tool to model concrete at early age is of great importance for the design of durable and sustainable structures. The model has been implemented on the finite element code CAST3M (developed by CEA), also it was validated and nowadays allows multiple applications: study of stresses and cracking phenomena in young concrete, thermal and hygral gradients, autogenous and drying shrinkage, inhibition of hydration caused by drying, creep, stress redistribution, study repairs, etc.. In the fight against cancer, it is clear that the advance of medical strategies based on numerical analysis have a critical scientific interest and can have a great social impact. The equations which govern the thermo-hydro-chemo-mechanical behavior of concrete at early age have may formal analogies with those used to model tumor growth. Hence, these equations have been readapted and a novel mathematical model for tumor growth has been developed. The model was implemented in Cast3M and the first numerical results have been encouraging since very close to the experimental data present in the literature.

Les poussières de bois sont à l’origine de pathologies dont les plus graves sont des cancers des voies respiratoires supérieures. Compte tenu de la dangerosité avérée de ces poussières, un système de filtration très performant est nécessaire pour assainir les ambiances de travail. Couramment, l’industrie de bois utilise des filtres à média sujets à l’encrassement et produisant des déchets. Pour remédier à ceci nous avons choisi une épuration par électrofiltration, procédé sans déchet. Dans une première phase expérimentale nous avons étudié la performance d’un électrofiltre de géométrie fil-cylindre à encrassement contrôlé. Cet appareil conçu et mis au point au LERMAB a permis l’étude des paramètres tels que : la géométrie des électrodes, la tension appliquée, la granulométrie et la nature des particules. Nous avons pu montrer que l’électrofiltration était faisable et d’une efficacité pouvant atteindre 99,9%. Dans une deuxième phase nous avons développé un modèle numérique basé sur l’équation de convection-diffusion couplée aux équations de Navier-Stockes moyennées et au champ électrique local avec la prise en compte des effets électrohydrodynamiques. Ce modèle permet de décrire avec précision les phénomènes locaux et globaux d’un électrofiltre de type Cottrell. Ses prévisions sont en parfaite concordance avec les résultats expérimentaux et avec les données issues de la littérature. Il constitue un outil fiable pour le dimensionnement des électroprécipitateurs. / Wood dust causes a number of pathologies including cancers of the upper respiratory tract and allergic-type diseases. Considering the dangerousness of this dust, a filtration system high performance is required for the treatment of work environments. For this purpose, we have investigated the electrofiltration of wood particles-laden atmospheres. A dust-controlled wire-cylinder electrostatic precipitator has been created and developed at the LERMAB laboratory and a computer code has been developed using the software Comsol Multiphysics. The study of the filtration efficiency has been carried out. This efficiency is larger than 99.9% for the range of fine particles [0.3 µ m - 1 µ m]. The experimental study allows us to identify various parameters governing the electrofilter in operation. The numerical model, in perfect agreement with the experimental results and with the literature, allows to describe with a good precision local and global phenomena occurring in wire-cylinder electrostatic precipitator. It is a good tool for the design of electroprecipitators.

Notre thèse porte sur la Modélisation d'Entreprise et plus particulièrement sur une vision Ingénierie Système de celle-ci afin de faciliter son application « à minima » en entreprise. Alors que la modélisation d’entreprise arrive à maturité scientifique et technologique, force est de constater que sa pratique est encore trop peu courante. En outre, il n’existe pas à proprement parler de tâche de modélisation, de maintenance et de gestion de modèles dans l’entreprise. La question s’est alors posée de la relation d’interopération entre les systèmes, d’un Système-Entreprise évolutif, le plus souvent composé de façon ad-hoc de sous-systèmes (COTS), qui ont pour particularité d’encapsuler leur propre Savoir-Faire et leurs Ingénieries respectives, en incluant le Système-Produit (son besoin, son projet, …) à la source de chaque recomposition « à la demande » du Système-Entreprise. Un des objectifs de nos travaux est donc de faciliter l’interopération entre les ingénieries de ces systèmes interopérants (autour du produit A Faire) et l’Ingénierie du Système-Projet d’Entreprise (Pour Faire). Nous nous sommes alors inspirés de la proposition de Kuras pour formaliser notre Système-Entreprise (en fait son Ingénierie) dans une sorte de « Système de Systèmes d’Information » (SdSI) en tenant compte de ses aspects récursifs et multi-échelles dans un contexte organisationnel évolutif. De plus, en nous appuyant sur la théorie des patterns, nous avons identifié puis dérivé le « composite-pattern» pour mieux décrire la nature « Tout et Partie » de l’Holon Système-Entreprise utilisé par Kuras pour extraire le patron de conceptualisation le plus adéquat. Parmi tous les points de vue d’un système, cette dérivation nous permet de représenter ceux du Système A Faire et ceux du Système Pour Faire avec son contenu d’Ingénierie associée guidée par le cadre de modélisation de Zachman. Nous avons outillé notre proposition de cadre d’Ingénierie Système Basée sur des Modèles (ISBM) en étendant le méta-modèle de l’outil « MEGA Modelling Suite » ainsi qu’en développant les interfaces utilisateurs nécessaires et nous l’avons appliqué à l’Ingénierie d’un Système de Traçabilité d’un Produit dans le contexte d’un scénario PLM plausible entre l’AIPL et DIMEG. / Today’s needs for more capable enterprise systems in a short timeframe are leading more organizations toward the integration of existing component-systems. In the domain of Enterprise Modelling and more generally on Systems Engineering, the key issue is related to aligning enterprise models with the composite structure of the modelled systems. While Enterprise Modelling matures both scientifically and technologically, it is clear that its practice is still uncommon in the enterprises. There is no modelling approach in enterprise, neither even capitalization of models. This paper aims at proposing a Model-Based System Engineering (MBSE) approach, by using the recursion principle, together with a “multiple scales system thinking”, for capitalizing the engineering know-how, over time, during a project lifecycle. In this context, we advocate that, within an enterprise, the heterogeneous set of Information Systems may be considered as COTS (Commercial-Off-The-Shelf), encapsulating their own expertise (engineering), and contributing all together to a single System-of-Information System (SoIS). We are then proposing a SoIS engineering methodology resulting from deriving our MBSE approach with a recursive view of the Zachman framework. This approach, based on modelling rules and enterprise modelling constructs, is contributing to ensure the consistency and the completeness of the various heterogeneous models interoperating during systems engineering projects. To validate our MBSE proposal, a modelling tool has been prototyped. It helped at applying our SoIS engineering methodology in a use case scenario related to the requirement analysis and the specification of a product traceability system.

Dans cette thèse, nous proposons de développer un outil de conception pour la mise en forme des bouteilles en PET par le procédé d'étirage-soufflage. Nous avons implémenté un logiciel de simulation numérique qui utilise une méthode meshless : la méthode des éléments naturels contraints (C-NEM). Pour alimenter le logiciel nous avons modélisé le comportement mécanique du PET par un modèle non linaire anisotrope. Pour modéliser le comportement du PET nous avons réalisé une série d’essais qui nous a permis de lier les propriétés macroscopiques à l'état de la microstructure Une fois la simulation d'étirage-soufflage effectuée, nous connaissons la géométrie de la bouteille ainsi que la description de sa microstructure : orientation et cristallinité. A partir du calcul précédent nous pouvons, à l'aide de la micromécanique linéaire, calculer la résistance de la bouteille finie à diverses sollicitations / In this thesis, we propose to develop a tool to design the stretch blow-molding process of PET bottles. We have implemented a software of numerical simulation which uses a meshless method : the constrained natural element method (C-NEM). In order to provide this software, we modeled the mechanical behaviour of PET by a non linaire anisotropic model. To model the behavior of PET we carried out a series of tests that allowed us to link the macroscopic properties to the state of the microstructure. Once the simulation of the stretch blow made, we know the geometry of the bottle and the description of its microstructure : orientation and crystallinity. From the previous calculation we can, using linear micromechanic, calculate the resistance of the bottle over to various loads

Dans un contexte de changement climatique, les impacts attendus sur les terroirs viticoles posent un certain nombre de questions, notamment sur les risques encourus (variation des caractéristiques et de la qualité du vin) et les enjeux. Ce travail de thèse vise à mettre en place une méthodologie de mesures et de modélisation spatiale de la température, dans les terroirs viticoles du Val de Loire, afin de définir le climat actuel et d’apporter des réponses aux conséquences futures du changement climatique à l’aide de simulations adaptées. Une étude diagnostic des données de températures régionales a préalablement été effectuée et montre une augmentation généralisée de la température et des indices bioclimatiques de la vigne depuis 1950. Des expérimentations à échelles locales ont été réalisées dans les terroirs viticoles de la moyenne vallée de la Loire grâce à un important dispositif de mesures climatiques. La variabilité spatiale de la température est notamment mise en évidence par l’étude d’indices bioclimatiques comme les degrés-jours qui montrent des différences parfois comparables à celles observées à l’échelle régionale. Une modélisation multicritères a été appliquée sur un site expérimental des Coteaux du Layon et montre l’importance des facteurs topographiques dans la variabilité de la température. Une dernière étape a permis d’obtenir des simulations du modèle méso-échelle RAMS. Les simulations à 5 km de résolution sur la période de référence 1991-2000 ont été contrôlées sur certains mois clés de la croissance de la vigne puis confrontées aux sorties du modèle ARPEGE-Climat (50 km). Les résultats montrent l’intérêt de la désagrégation d’échelle par le modèle RAMS avec des biais réduits sur les températures, et notamment une meilleure appréhension des extrêmes thermiques. Les simulations de la période future 2041-2050 (Scénario A2) montrent un recul de l’aléa gélif pour le mois d’avril mais une augmentation de la fréquence des journées chaudes (>30°) et très chaudes (>35°C) pendant la période véraison-maturation. Enfin, les simulations de quelques épisodes extrêmes à 200 mètres de résolution ont soulevé toute la complexité de ce type de modélisation, avec des températures plus ou moins bien reproduites selon les journées. / In the context of Climate Change, the potential impacts for viticultural terroirs pose a number of questions, especially the likely risks (variability in wine characteristics and quality) and implied challenges. This thesis aims to develop a methodology for measuring and modeling the spatial variability in temperature in viticultural terroirs of the Loire Valley, in order to define the current climate and to provide some answers about the future consequences of Climate Change. The temperature trends in the Loire Valley have therefore been analysed since the middle of the 20th century, using the regional weather stations network. The results indicate an increase of temperatures and bioclimatic indices for all the regional stations. Experimentations at local scales have been realized in the viticultural terroirs of the middle-Loire Valley thanks to an important network of weather stations and data loggers. Bioclimatic indices, as the growing-degree days, underline the spatial variability in temperature and show that this variability can sometimes be as significant at fine scale as at larger scales. A multicriteria modeling has been applied on an experimental site in the Coteaux du Layon vineyards and highlights which local factors prevail in the temperature variability. Climatic modeling has been carried out at fine scales in the last stage of this study with the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS). Downscaled simulations delivered at high resolution (5 km resolution) for the control period (1991-2000) were compared with ARPEGE-Climat simulations (50 km) for a few important months during vine growth. Results showed that RAMS contributed to reducing the large-scale induced bias and gave better simulations of extremes temperatures. The RAMS assimilation of the SRES A2 scenario for the 2041-2050 period projected frost risk to decrease in April but an increase in the frequency of hot days (>30°C) and very hot days (>35°C) during veraison and berry ripening. Finally, extreme weather simulations revealed all the complexity of this kind of modeling, with contrasted results according to the different simulated days