Parmi les filières de cellules photovoltaïques, les cellules solaires organiques suscitent un intérêt industriel par leur faible coût financier et de production énergétique et leur application possible sur des substrats flexibles de type plastique. L'ITO (Indium Tin Oxide) est l'électrode transparente conductrice (ETC) la plus utilisée pour ces cellules ainsi que pour d'autres dispositifs optoélectroniques. Cependant, ce matériau n'est pas sans présenter certains inconvénients (rareté de l'indium, structure non adaptée à des substrats flexibles,…), et la recherche d'alternatives à l'ITO est une préoccupation actuelle de la communauté scientifique internationale. Une possibilité est alors offerte par des structures multicouches de type Oxyde|Métal|Oxyde. Le rôle des deux couches d’oxydes est d’accorder, en ajustant les épaisseurs, la position, l’intensité et la largeur de la fenêtre spectrale de transmission. Des travaux numériques et expérimentaux couplés ont été effectués en particulier sur les structures SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx et ZnS|Ag|ZnS. Par microstructuration de telles électrodes ou bien par incorporation d’un bicouche Cu|Ag comme feuillet métallique au coeur de la structure, il est possible d’améliorer leurs performances optiques en amplifiant et en élargissant la fenêtre spectrale de transmission, sans dégrader leur haute conductivité. L’intégration d’électrodes SnOx|Ag|SnOx et TiOx|Ag|TiOx au sein de cellules solaires organiques inverses a été entrepris. Des résultats photoélectriques très prometteurs ont été obtenus avec la structure TiOx|Ag|TiOx qui permet d’atteindre des performances de niveau quasi-équivalent aux cellules de référence à base d’ITO. / Among all variants of photovoltaic thins films, organic solar cells generate a major industrial interest due to low manufacturing costs, reasonable levels of energy production and suitability to flexible substrates like plastic. ITO (Indium Tin Oxide) is the most used Transparent Conductive Electrode (TCE) for organic solar cells as well as other optoelectronic devices. However, this material is not without drawbacks (scarcity of indium, non-suitability to flexible substrates...), and the search for alternatives to ITO is actively pursued by the international scientific community. One possibility is offered by Oxide|Metal|Oxide multilayer structures. By reaching the thin metal layer percolation threshold and by varying its thickness, it is possible to obtain very high conductivity and transparency of this multilayer in the visible spectral range. The role of both oxide layers is to tune the position, intensity and width of the spectral transmission window by adjusting the oxides’ thicknesses. Coupled experimental and numerical works were lead in particularly on SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx and ZnS|Ag|ZnS structures. By microstructuring such electrodes, or by incorporating a Cu|Ag bilayer as metal sheet at the core of the structure, it is possible to increase the optical performances by amplifying and expanding the spectral transmission window without degrading the high conductivity. The integration of SnOx|Ag|SnOx and TiOx|Ag|TiOx electrodes in inversed organic solar cells was undertaken. Very promising photoelectric results were obtained with the TiOx|Ag|TiOx structure which allows to reach performances close to that obtained with ITO-based reference cells.

La thèse se base sur la recherche des possibilités de caractérisation du son aérien de sources sonores arbitraires. A cette fin, une approche particulière est étudiée à l’endroit où la caractérisation de la source est faite via une surface d’interface qui enveloppe totalement ou partiellement la source physique. Deux descripteurs qui dépendent de la fréquence sont definis au travers d’une telle surface: la pression sonore bloquée et l’impédance de la source. Le précédent représente la pression sonore créée par le système d’exploitation source qui agit sur la surface enveloppante quand elle est rendue immobile. Cette dernière représente le rapport des amplitudes de réponse de pression et les amplitudes de vitesse d’excitation normales au travers de la surface. La surface enveloppante définit un volume d’air qui contient la source physique appelée l’espace source. Les deux descripteurs définis sur l’espace source, la pression bloquée et l’impédance de la source sont montrés comme étant intrinsèques à la source, c’est-à-dire indépendants de l’espace acoustique environnant. Une fois définis, ces descripteurs permettent de trouver la pression sonore et la vitesse particulaire normale à la surface de l’interface quand l’espace source est couplé à un espace récepteur arbitraire, c’est-à-dire une pièce. Cela permet alors la prédiction du son dans l’espace récepteur. Les conditions de couplage nécessitent que l’espace récepteur soit caractérisé en utilisant la même surface enveloppante telle que l’espace source. En acceptant de garder à l’esprit la simplicité de la mesure, la surface enveloppante a été conçue vu qu’elle comporte une ou plusieurs surfaces rectangulaires planes. Le défi de la recherche était alors d’obtenir une impédance significative de la surface au travers de la surface plane rectangulaire (continue) ainsi que celle de la pression bloquée compatible avec la formulation de l’impédance. Cela a conduit à une décomposition dans l’espace de la pression sonore et de la vitesse des particules au sein du nombre fini des composants, chacun défini par une amplitude complexe et une distribution dans l’espace particulière. De cette façon, la pression bloquée se réduit à un vecteur d’amplitude de pression complexe, tandis que l’impédance devient une matrice de pression et des rapports d’amplitudes complexes de la vitesse de défauts de de décompositions ont été recherchés dans le détail: la méthode harmonique de surface et la méthode du patch. Le premier se rapproche de la pression de surface et de la vitesse normale par des combinaisons de fonctions de surface trigonométriques en 2D tandis que ce dernier partage la surface en petites parcelles et intervient sur chaque parcelle de façon discrète en utilisant les valeurs moyennes du patch. / The thesis investigates possibilities of air-borne sound characterisation of arbitrary sound sources. To this end a particular approach is studied where the source characterisation is done via an interface surface which fully or partially envelopes the physical source. Two frequency dependent descriptors are defined across such a surface: the blocked sound pressure and the source impedance. The former represents the sound pressure created by the operating source which acts on the enveloping surface when this is made immobile. The latter represents the ratio of pressure response amplitudes and normal velocity excitation amplitudes across the surface. The enveloping surface defines an air volume containing the physical source, called the source space. The two source descriptors defined on the source space, the blocked pressure and the source impedance, are shown to be intrinsic to the source, i.e. independent of the surrounding acoustical space. Once defined, these descriptors allow one to find the sound pressure and normal particle velocity at the interface surface when the source space is coupled to an arbitrary receiver space, i.e. a room. This in turn allows for sound prediction in the receiver space. The coupling conditions require that the receiver space is characterised using the same enveloping surface as the source space. Bearing the measurement simplicity in mind, the enveloping surface has been conceived as consisting of one or several rectangular plane surfaces. The research challenge was then to obtain meaningful surface impedance across a (continuous) rectangular plane surface as well as the blocked pressure compatible with impedance formulation. This has led to a spatial decomposition of sound pressure and particle velocity into finite number of components, each defined by a complex amplitude and a particular spatial distribution. In this way the blocked pressure reduces to a vector of complex pressure amplitudes while the impedance becomes a matrix of pressure and velocity complex amplitude ratios. Two decomposition methods have been investigated in detail: the surface harmonic method and the patch method. The former approximates the surface pressure and normal velocity by combinations of 2D trigonometric surface functions while the latter splits the surface into small patches and treats each patch in a discrete way, using patch-averaged values.

En hiver, par condition anticyclonique hivernale, les régions montagneuses urbanisées font l'objet de conditions atmosphériques stables et découplées, qui conduisent à des épisodes de forte pollution particulaire. Ce travail de thèse traite de la caractérisation des facteurs de pollution de l'air aux particules par condition stable en vallée alpine encaissée, du point de vue de la dynamique atmosphérique. Ce travail repose sur des simulations numériques idéalisées et en conditions réelles à l'aide du modèle Weather Research and Forecasting (WRF), les particules étant modélisées par un champ de traceur passif.Dans une première partie, des simulations numériques à haute résolution ont été réalisées, en utilisant deux configurations différentes de vallées tridimensionnelles idéalisées ouvrant sur une plaine. La première configuration correspond à une vallée de largeur constante dans la direction de l'axe de la vallée ouvrant sur une plaine. Dans la seconde configuration, la vallée est composée de deux sections, la section aval, qui ouvre sur la plaine, étant plus étroite que la section amont. Cette configuration est appelée "pooling". Quelle que soit la configuration, la variation du profil vertical de température le long de l'axe de la vallée conduit à d'un gradient de pression horizontal générant un vent de vallée. Les configurations de type "pooling" sont associées à des concentrations de polluants plus élevées que dans le cas où la largeur de la vallée ne varie pas, car le vent de vallée est plus faible dans la configuration "pooling". L'impact de la largeur de la section aval sur la concentration de polluants dans la section amont est remarquable: la ventilation de la section amont peut être complètement bloquée pendant la majeure partie de la simulation (six heures) lorsque le rapport de largeur de la section amont à la section aval est égal à 10.La deuxième partie concerne une situation réelle en vallée alpine, durant un épisode fortement pollué de février 2015. La dynamique atmosphérique et la concentration de particules fines (PM) ont été modélisées dans une section de la vallée de l'Arve autour de la ville de Passy par le modèle WRF-Chem durant cet épisode. Pour cela, le cadastre d'émission préparé par l'agence de qualité de l'air de la région Auvergne Rhône-Alpes a été implémenté dans le modèle. La dynamique de la couche limite a été comparée à des profils verticaux de vent et température mesurés lors d'une campagne de terrain durant l'épisode pollué, et la concentration de PM comparée aux données de stations de qualité de l'air. La contribution des vallées tributaires à la pollution atmosphérique dans cette section de la vallée de l'Arve a d'abord été étudiée. Les résultats montrent que cette contribution est très faible par rapport à celle des sources locales; ceci implique que les émissions $in-situ$ sont principalement responsables de la forte concentration de particules polluantes enregistrée dans la vallée car le fond de vallée est découplé de l'atmosphère au-dessus de la vallée. Les processus de ventilation et leur influence sur la concentration de particules (PM) ont ensuite été étudiés. L'analyse montre qu'en raison de la ventilation limitée autour de la ville de Passy, la variabilité horaire de la concentration de PM dans la ville est contrôlée par les émissions. / During wintertime anticyclonic regimes, urbanized mountain areas often experience stable and decoupled atmospheric conditions, resulting in severe episodes of particulate air pollution. This study deals with the characterization of drivers of particulate air pollution in deep alpine valleys under such stable conditions from the point of view of atmospheric dynamics. The work has been carried out through the implementation of both idealized and real case numerical simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Particulate air pollution has been modelled by implementing passive tracers in the simulations.In a first part, high-resolution numerical simulations have been performed using two different configurations of three-dimensional idealized valleys opening onto a plain. The first configuration corresponds to a valley of constant width in the along-valley direction, directly opening onto a plain. The second one consists in a valley of varying width in that direction, with an upstream section of larger width than the downstream section, which opens onto the plain. The latter configuration is referred to as a pooling case. The change in the vertical temperature profile along the valley axis in all configurations results in a horizontal pressure gradient that leads to the development of an along-valley flow. Configurations in which the upstream section of the valley opens onto a narrower one have shown to be prone to higher pollutant concentrations than in the case of a valley opening directly onto a plain, due to the weaker down-valley flow developing in the variable width configurations. The impact of the downstream valley section on the concentration of pollutants in the upstream valley section is remarkable: the ventilation of the upstream valley section can be completely blocked for most of the simulation (six hours) when the ratio of the upstream to downstream valley section width is equal to 10.The second part deals with a real case situation, focusing on a section of the alpine Arve River valley around the city of Passy. The numerical modelling of the atmospheric dynamics and particulate matter (PM) concentration in that section has been performed during a strongly polluted wintertime episode of February 2015. For this purpose the emission inventory prepared by the air quality agency of the région Auvergne Rhône-Alpes has been implemented in the WRF-Chem model. The boundary layer dynamics has been compared to wind and temperature profiles collected during a field campaign conducted during the episode, and PM concentration has been compared to data recorded by air quality stations. The contribution of the valley tributaries to air pollution within the section considered has been first studied. Results show that this contribution is very small compared to that from local sources; this implies that $in-situ$ emissions are primarily responsible for the high PM concentration recorded in the valley since the valley bottom is decoupled from the atmosphere above the valley. The ventilation characteristics of the valley and their influence on the particulate matter (PM) concentration have next been investigated. The analysis indicates that due to the limited ventilation around the city of Passy, the hourly variability of PM concentration therein is driven by that of the emissions.

Ce travail porte sur l’étude expérimentale et théorique du comportement des gouttelettes d’eau (instabilité, déformation, coalescence), déposées à la surface d’un isolateur composite haute tension, en présence d’un champ électrique. La déformation des gouttelettes d’eau est étudiée en fonction de plusieurs paramètres tels que le volume, le nombre et la conductivité des gouttelettes ainsi que leurs positions par rapport aux électrodes. Un intérêt particulier est porté à la charge accumulée sur la surface d’une gouttelette. L’influence des gouttelettes sur la répartition du champ électrique ainsi que le facteur d’amplification du champ électrique par une méthode numérique sont étudiés. Une formulation mathématique de la déformation d’une gouttelette d’eau posée sur une surface d’isolateur est développée. Les mécanismes ainsi que les paramètres impliqués dans la coalescence d’une paire de gouttelettes d’eau sous l’effet du champ électrique sont également traités. Un modèle mathématique permettant d’analyser la coalescence d’une paire de gouttelettes d’eau posées sur la surface d’un isolateur en présence du champ électrique est proposé. Ce modèle est basé sur une approche à interface diffuse qui consiste essentiellement en un couplage entre les équations de Navier-Stokes, le calcul de la force électrique et une équation de type Cahn-Hilliard décrivant l’évolution de l’interface en prenant en compte les phénomènes de tensions superficielles. La démarche suivie et les résultats présentés dans ce travail ouvrent de multiples perspectives tant d’un point de vue expérimental que d’un point de vue de la modélisation et de la simulation numérique des phénomènes physiques intervenant sur des isolateurs de lignes de transport et de distribution de l’énergie électrique dans des conditions d’humidité (pluie, rosée ...). / This work is devoted to experimental and theoretical study of the behavior of water droplets (instability, deformation, coalescence), located on the surface of a high voltage composite insulator, in presence of electric field. The deformation of droplets is investigated according to several parameters such as volume, number and conductivity of the droplets as well as their positions with respect to the electrodes. A particular interest is focused on the electric charge accumulated on the droplet surface. The droplet influences on the electric field distribution as well as the amplification factor of the electric field are studied by a numerical method. A mathematical formulation of the deformation of water droplet located on a surface of insulator is developed. The mechanisms as well as parameters involved in coalescence of a pair of water droplets under the electric field stress are also investigated. A mathematical model is developed for analyzing the coalescence of a pair of water droplets sitting on the surface of an insulator in presence of the electric field. It is based on a diffuse interface model that essentially consists of a coupling between Navier-Stokes equations, the computing of electric force and a Cahn-Hilliard type equation describing the interface evolution including capillary phenomena. The approach followed and the results presented in this work open several perspectives as well from an experimental point of view as from a point of view of modeling and numerical simulation of physical phenomena affecting insulators of high voltage transport and distribution lines in humidity conditions (rain, dew...).

Cette thèse présente les résultats de recherche, de modélisation et de simulation d'un système de rafraîchissement solaire au Maroc dans le cadre du projet PRSM (Procédés de Rafraîchissement Solaire au Maroc) financé par l'IRESEN (Institut de Recherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles). L'objectif est d'étudier les facteurs concernant l'optimisation d'une machine à absorption solaire (LiBr-H2O) sous les conditions marocaines. De plus, un certain nombre de critères de conception, qui peuvent être utilisés par les concepteurs de systèmes de climatisation et de chauffage solaires, ont été établis en tenant compte de considérations énergétiques et économiques. En conséquence, cette thèse couvre quatre aspects. Le premier aspect présente un aperçu de recherche bibliographique sur les technologies solaires, en mettant l'accent sur les systèmes du froid solaire, les processus pertinents existants, l'état du marché, les développements récents des technologies les plus prometteuses et les principaux indicateurs de performance qui figurent dans la littérature. De plus, l'aspect expérimental de l'installation de climatisation solaire adopté dans le projet PRSM a été décrit pour identifier les caractéristiques techniques importantes de l'installation et les difficultés rencontrées lors de la réalisation du prototype. La deuxième dimension concerne la faisabilité technique d'un système de climatisation solaire en se basant sur des indicateurs énergétiques et économiques et prenant en compte les effets combinés des climats, des catégories de bâtiments et des besoins en climatisation dans les conditions marocaines. Le troisième aspect présente le stockage latent de l'énergie thermique utilisant les matériaux à changement de phase (MCPs). Il porte sur l'étude des méthodes numériques utilisées dans la modélisation des phénomènes de changement de phase et se concentre également sur l'ajout des MCPs dans le système de climatisation solaire intégré à l'intérieur du ballon solaire connecté au générateur de la machine à absorption pour évaluer l'amélioration possible du rendement du système. Le quatrième volet de cette thèse présente l'analyse technico-économique et de sensibilité appliquée au développement d'un procédé solaire combiné d'eau chaude sanitaire, chauffage et climatisation au Maroc. L'analyse globale via une généralisation des résultats au niveau national a été réalisée en complément d'une analyse de sensibilité liée à l'investissement dans ces systèmes afin d'évaluer le potentiel de remplacement des technologies traditionnelles par les systèmes solaires et les gains éventuels liés à leur implantation au Maroc. / This thesis reports the results of research into the modeling and simulation of a solar air-conditioning system for Morocco in the framework of the project SCPM (Solar Cooling Process in Morocco) funded by IRESEN (Research Institute for Solar Energy and New Energies). The aim is to investigate the factors concerning the optimization of a LiBr-H2O solar absorption chiller under Moroccan conditions. Further, a number of design criteria, which can be used by designers of solar cooling and heating systems, have been established using energy and economic considerations. Accordingly, this thesis covers four aspects. The first overviews the literature survey on solar technologies with a focus on solar cooling systems which reports the relevant processes, summarizes the market status, presents the recent developments of the most promising technologies and describes the main performance indicators figuring in the literature. Moreover, the experimental aspect of the solar air-conditioning installation adopted in the SCPM project was described to identify the important technical characteristics of the installation and the difficulties encountered during the realization of the prototype. The second dimension concerns the technical feasibility of solar air-conditioning system using energy and economic indicators taking into account the combined effects of climates, building categories and cooling demands under Moroccan conditions. The third aspect presents the latent thermal energy storage using Phase Change Materials (PCMs). It concerns the investigation of numerical methods used in the modeling of phase change phenomena and also focuses on PCMs addition in the solar cooling process integrated inside solar storage tank connected to the generator of the absorption chiller to evaluate the possible enhancement in the system efficiency. The fourth aspect of this thesis outlines the technico-economic and sensitivity analysis applied to the development of a combined processes of solar DHW, heating and air-conditioning in Morocco. The overall analysis via a generalization of the results to the national level was carried out in addition to a sensitivity analysis related to the investment in these systems in order to assess the potential of replacing traditional technologies with the solar systems and the possible earnings related to their implementation in Morocco.

L'atténuation du changement climatique est l'un des défis majeurs de notre époque. Les émissions anthropiques de gaz à effet de serre ont augmenté de façon continue depuis la révolution industrielle, provoquant le réchauffement climatique. Un ensemble de technologies très diverses doivent être mises en œuvre pour respecter les accords internationaux relatifs aux émissions de gaz à effet de serre. Certaines d'entre elles ont recours au sous-sol pour le stockage de diverses substances. Cette thèse traite plus particulièrement de la dynamique du stockage souterrain du dioxyde de carbone (CO2) et de l'hydrogène (H2). Des modèles numériques de transport réactif et multiphasiques ont été élaborés pour mieux comprendre la migration et les interactions des fluides dans des milieux poreux de stockage souterrain. Ils fournissent des recommandations pour améliorer l'efficacité, la surveillance et la sécurité du stockage. Trois modèles sont présentés dans ce document, dont deux dans le domaine du captage et du stockage du CO2 (CCS pour Carbon Capture and Storage), et le troisième s'appliquant au stockage souterrain de l'hydrogène (UHS pour Underground Hydrogen Storage). Chacun d'entre eux traite plus spécifiquement un aspect de la recherche : Modèle multiphasique appliqué au CCS L'efficacité et la sécurité à long terme du stockage du CO2 dépend de la migration et du piégeage du panache de CO2 flottant. Les grandes différences d'échelles temporelles et spatiales concernées posent de gros problèmes pour évaluer les mécanismes de piégeage et leurs interactions. Dans cet article, un modèle numérique dynamique diphasique a été appliqué à une structure aquifère synclinale-anticlinale. Ce modèle est capable de rendre compte des effets de capillarité, de dissolution et de mélange convectif sur la migration du panache. Dans les aquifères anticlinaux, la pente de l'aquifère et la distance de l'injection à la crête de l'anticlinal déterminent la migration du courant gravitaire et, donc, les mécanismes de piégeage affectant le CO2. La structure anticlinale arrête le courant gravitaire et facilite l'accumulation du CO2 en phase libre, en dessous de la crête de l'anticlinal, ce qui stimule la mise en place d'une convection et accélère donc la dissolution du CO2. Les variations de vitesse du courant gravitaire en raison de la pente de l'anticlinal peuvent provoquer la division du panache et une durée différente de résorption du panache en phase libre, qui dépend de l'endroit de l'injection. / Climate change mitigation is one of the major challenges of our time. The anthropogenic greenhouse gases emissions have continuously increased since industrial revolution leading to global warming. A broad portfolio of mitigation technologies has to be implemented to fulfill international greenhouse gas emissions agreements. Some of them comprises the use of the underground as a storage of various substances. In particular, this thesis addresses the dynamics of carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2) underground storage. Numerical models are a very useful tool to estimate the processes taking place at the subsurface. During this thesis, a solute transport in porous media module and various multiphase flow formulations have been implemented in COMSOL Multiphysics (Comsol, 2016). These numerical tools help to progress in the understanding of the migration and interaction of fluids in porous underground storages. Three models that provide recommendations to improve the efficiency, monitoring and safety of the storages are presented in this manuscript: two in the context of carbon capture and storage (CCS) and one applied to underground hydrogen storage (UHS). Each model focus on a specific research question: Multiphase model on CCS. The efficiency and long-term safety of underground CO2 storage depend on the migration and trapping of the buoyant CO2 plume. The wide range of temporal and spatial scales involved poses challenges in the assessment of the trapping mechanisms and the interaction between them. In this chapter a two-phase dynamic numerical model able to capture the effects of capillarity, dissolution and convective mixing on the plume migration is applied to a syncline-anticline aquifer structure. In anticline aquifers, the slope of the aquifer and the distance of injection to anticline crest determine the gravity current migration and, thus, the trapping mechanisms affecting the CO2. The anticline structure halts the gravity current and promotes free-phase CO2 accumulation beneath the anticline crest, stimulating the onset of convection and, thus, accelerating CO2 dissolution. Variations on the gravity current velocity due to the anticline slope can lead to plume splitting and different free-phase plume depletion time is observed depending on the injection location. Injection at short distances from the anticline crest minimizes the plume extent but retards CO2 immobilization. On the contrary, injection at large distances from anticline crest leads to large plume footprints and the splitting of the free-phase plume. The larger extension yields higher leakage risk than injection close to aquifer tip; however, capillary trapping is greatly enhanced, leading to faster free-phase CO2 immobilization. Reactive transport model on convective mixing in CCS. Dissolution of carbon-dioxide into formation fluids during carbon capture and storage (CCS) can generate an instability with a denser CO2-rich fluid located above the less dense native aquifer fluid. This instability promotes convective mixing, enhancing CO2 dissolution and favouring the storage safety.

De nombreux modèles numériques sont proposés dans la littérature en utilisant des méthodes d'éléments finis et d'éléments finis discrets pour étudier l'usure par frottement, ils incluent à peine l'effet des débris d'usure. Ces modèles étant coûteux en termes de calcul, simuler un grand nombre de cycles d'usure par frottement n'est pas réalisable dans la pratique. Une nouvelle méthodologie est proposée qui ne nécessite que des propriétés de matériau en vrac comme les coefficients de frottement / usure et utilise des méthodes semi-analytiques pour simuler l'usure par frottement avec des débris piégés. Dans cette approche, les débris sont supposés être attachés à l'une des surfaces pendant le processus de fretting. Les résultats obtenus à partir de cette approche ont été comparés avec des expériences de fretting. La méthode proposée permet de saisir la profondeur d'usure et la largeur des cicatrices, et les résultats sont très proches de ceux observés dans les expériences. L'assemblage des soupapes des moteurs à combustion subit une usure par frottement en raison d'un phénomène complexe impliquant une rigidité structurelle et une tribologie de contact. L'usure des soupapes a de nombreux effets néfastes sur les performances du moteur. Il provoque une récession de la soupape entraînant des changements dans les connexions du mécanisme d'entraînement de la soupape, ce qui perturbe l'ouverture et la fermeture des soupapes. Avec des normes d'émission strictes, l'utilisation de lubrifiant pour réduire la friction au contact est limitée. Si l'usure à travers la circonférence n'est pas uniforme, il y aura une fuite de gaz et le moteur donne moins de puissance. Il est nécessaire de bien comprendre la raison de l'usure des soupapes et de développer un modèle numérique capable de prédire l'usure par frottement de la soupape pour le nombre d'heures de fonctionnement donné. Des expériences ont été réalisées pour comprendre le mécanisme d'usure et calculer les coefficients d'usure qui peuvent être utilisés dans le modèle numérique. Un modèle d'usure numérique est construit qui capture la rigidité structurelle de l'ensemble de soupape et le mécanisme d'usure au contact du siège. / Many numerical models are proposed in the literature using finite element and finite discrete element methods to study fretting wear, they barely include the effect of wear debris. These models being computationally expensive, simulating large number of fretting wear cycles is not practically feasible. A new methodology is proposed which needs only bulk material properties like friction/wear coefficients and uses semi-analytical methods to simulate fretting wear with entrapped debris. In this approach, debris are assumed to be attached to one of the surfaces during the fretting process. The results obtained from this approach were compared with fretting experiments. The proposed method permits to capture the wear depth and scar width, and results are very close to that observed in the experiments. Valve assembly of combustion engines undergo fretting wear due to a complex phenomenon involving structural stiffness and contact tribology. Valve wear has many detrimental effects on the engine performance. It causes valve recession leading to changes in connections of valve drive train in turn disturbing the opening and closing of valves. With stringent emission norms, usage of lubricant to reduce friction at the contact is restricted. If the wear across the circumference is not uniform, there will be leakage of gas and the engine gives lesser power output. There is a need to thoroughly understand the reason for valve wear and develop a numerical model that can predict valve fretting wear for the given number of operating hours. Experiments were performed to understand the wear mechanism and derive wear coefficients that can be used in the numerical model. A numerical wear model is built that captures structural stiffness of the valve assembly and wear mechanism at seat contact.

Les transferts thermiques par rayonnement dans des mousses sont modélisés à partir de la morphologie du matériau et des propriétés de sa phase solide. Dans ce travail de thèse, une attention particulière est portée sur les modèles radiatifs de Monte Carlo. Les différentes approches d’homogénéisation telles que « Homogeneous Phase » (HPA) and « Multi Phase » (MPA) sont discutées et comparées. Des développements novateurs sont proposés pour améliorer la précision des résultats. Nos avancées permettent de générer numériquement trois types de mousses périodiques couvrant un large domaine de matériaux cellulaires: mousse à pores fermés à haute porosité, mousse à cellules ouvertes à basse et haute porosité. Pour ces dernières, des comparaisons morphologiques avec des données expérimentales tomographiques, montrent des résultats satisfaisants et tendent à valider nos modèles de génération. Des mousses dont la phase solide est opaque ont tout d’abord été étudiées. Nos simulations ont permis de trouver de nouvelles lois analytiques précises permettant d’estimer les propriétés radiatives de ces matériaux à partir de données morphologiques. Ensuite, nous avons considéré des mousses, dont la phase solide est semi transparente. La modélisation du transfert radiatif au sein de ces milieux cellulaires est plus complexe. Les méthodes de modélisation des propriétés radiatives de la littérature, HPA et MPA, sont testées. Des simulations de Monte carlo directes dans les matériaux ont permis de mettre en exergue les limites de ces modèles. Des modèles novateurs ont été proposés afin d’ améliorer la précision des simulations. Ils sont basés sur une méthode hybride directe-inverse et une modification de l’équation de transfert radiatif classique. Ces nouveaux modèles (HPA+ et MPA+) ont été testés sur un ensemble varié de morphologies générées numériquement. Les modèles améliorés sont systématiquement plus précis que les modèles existants / Cellular media such as plastic, ceramic and metal foams present specific characteristics that make them interesting for a number of applications related to thermal engineering. Their ability to minimize natural convection makes them ideal candidates for insulation applications, while the high specific surface and permeability to fluid of open cell foams makes them interesting heat transfer enhancers. In addition, their permeability to light makes them an ideal candidate for thermal radiation based applications, such as porous burners or solar energy collectors. In many of these application, thermal radiation heat transfer can have a significant influence on the heat transfer process. Both accurate radiation models and accurate morphological models of the structure of the foam are required. This work provides an original contribution on both these accounts. A discussion of the literature on numerical methods for radiation heat transfer in cellular media is presented, with focus on Monte Carlo methods. Homogeneous Phase (HPA) and Multi Phase (MPA) methods are discussed. Further efforts are required to accurately model and digitally replicate of foam morphologies. Our goal is to digitally generate three commonly occurring types of foam structures, covering a large range of real materials: high-porosity open cell foams, high-porosity closed cell foams, low-porosity open-cell structures. For high-porosity open cell foams, the automated parametric digital generation technique was validated against a dataset consisting of raw morphological data obtained by tomographic analysis. The generation capabilities were then applied to parametrically investigate the influence of morphological parameters on the radiative properties (namely, the extinction coefficient) of an opaque open-cell foam. Highly accurate analytical relationships were subsequently deduced and validated by comparison with results obtained from tomography samples. Modeling radiation in foams with a semi-transparent solid phase is substantially more complex. A Direct Monte-Carlo Homogenization reference technique is proposed, that allows to simulate radiation within arbitrary cavities and calculate macroscopic radiative quantities based on a Representative Elementary Volume (REV) of cellular material. The technique is validated against full scale Monte Carlo simulations. Improvements of the existing Homogeneous Phase and Multi Phase approach are proposed, through extensive use of inverse methods and the addition of one equation to take into account specific phenomena taking place in the semi-transparent solid phase. The resulting Improved Homogenized Approaches are extensively tested by comparing them with Direct Monte Carlo Homogenization simulations and existing homogenized models, on a varied set of morphologies making full use of the previously developed digital generation techniques. The improved models consistently outperform existing homogenized models.

Avec l’avènement des véhicules hybrides rechargeables, voire tout électrique et la nécessité d’une augmentation de l’autonomie et de l’énergie volumique des batteries de traction, leur refroidissement au cours du roulage devient nécessaire pour garantir leur fiabilité et leur durabilité. Pour ces véhicules, le système de production de froid peut avoir à alimenter deux évaporateurs pour la climatisation de l’habitacle (Climatisation au rang 1 et rang 2) ainsi qu’un refroidisseur de liquide pour le refroidissement de la batterie de traction. Ce type de système de réfrigération multi-évaporateur présente un certain nombre de verrous technologiques qu’il convient de lever liés au dimensionnement des éléments dans un contexte de réduction de la charge en fluide frigorigène et au contrôle - commande de tels systèmes. Dans les systèmes de climatisation multi-évaporateurs, la pression d’évaporation est sensiblement égale dans chaque évaporateur de telle manière que leur fonctionnement est couplé dynamiquement. Cependant, la demande en puissance frigorifique et les consignes de température de l’air soufflée et de l’eau peuvent varier d’un évaporateur à l’autre. Le détendeur devient alors un composant clé et son fonctionnement doit être étudié. Pour ces raisons, un banc d’essais expérimental a été créé pour étudier ce type de climatisation multi-évaporateurs en régime stabilisé et en régime transitoire. Des détendeurs thermostatique et électronique ont été montés en parallèle sur chaque évaporateur afin de pouvoir étudier leur impact sur le système. Une fois les différents bilans réalisés, les résultats expérimentaux sont exploités pour caractériser l’ensemble des composants avec le nouveau fluide frigorigène R-1234yf. Les phénomènes de mauvaise distribution du fluide frigorigène dans l’évaporateur ainsi que de l’évaporateur endormi sont également étudiés. Dans un second temps, à partir des résultats expérimentaux, un modèle numérique et dynamique du climatiseur a été réalisé avec le logiciel LMS Imagine Lab Amesim® 1D. Après avoir validé indépendamment chacun des composants, le système est validé sur une série de points de fonctionnement en régime stationnaire. Le modèle est ensuite exploité afin d’étudier diverses lois de contrôle permettant l’optimisation du fonctionnement. / With the arrival of plug-in hybrid and fully electrified vehicles, the air-conditioning system has to be reconsidered. Battery cooling management system and high level of comfort for passengers make the single evaporator air-conditioning system a multi-evaporator one. In a multi-evaporator air-conditioning system, evaporating pressures are equal in each evaporator so that evaporators are coupled dynamically. However, the demand in cooling capacity and temperature target can vary from each other. For an operating point with a first evaporator working at high load and a second at low partial load, thermal interaction can occur from the superheated refrigerant coming from a first evaporator to the outlet of a second evaporator. This phenomenon makes the second evaporator sleeping since its expansion valve bulb misreads the superheat and closes. Furthermore, sleeping evaporator looks like an extreme case of refrigerant maldistribution in the evaporator. Refrigerant maldistribution is then investigated to show some drawbacks and advantages multi-evaporator air-conditioning systems (MEAC) have to face or can benefit by comparing two types of expansion valve: thermostatic and electronic ones. In this paper, sleeping evaporator and refrigerant maldistribution phenomena are experimentally investigated in order to propose in the future a robust control of an automotive MEAC. A test bench was built to compare two types of expansion valves (thermostatic/electronic) and study their behaviours in steady and transient state to tackle sleeping evaporators and benefit from refrigerant maldistribution. An automotive multi-evaporator air conditioning system, which is composed of two evaporators and a secondary fluid cooler, was modeled using the LMS Imagine.Lab Amesim® 1D software. The present study focuses on understanding the dynamic coupling of the several loop components such as the three evaporators having different cooling capacities. This kind of multi-evaporator air-conditioning system has a number of technological barriers that must be overcome. Understanding the behavior of their respective expansion devices and the choice of these latter is also essential to control properly the transient phase and ensure an optimal operation of the air-conditioning system. In order to study the behavior of the loop, step disturbances were simulated on an operating point at medium and high load. The impact of these disturbances on the stability of the supplied cooled air temperature is analyzed for two types of expansion valve. Initial results show that the thermostatic expansion valves can cause instabilities. Furthermore, the electronic expansion valves have to be regulated with an advanced control in order to use their full potential and to try to achieve desired results.

Cette thèse s'intéresse à la dynamique océanique induite par les échelles spatiales et temporelles de l'atmosphère, et du vent en particulier, dans les régions d'upwelling du Benguela et des Canaries. Ces régions sont sous l'influence d'un vent local ou régional, soufflant parallèlement à la côte. "Moteur" principal de la résurgence d'eau froide, ce vent est modulé par des processus physiques à des échelles spatio-temporelles variées. La nature des interactions avec l'atmosphère, l'océan et le continent environnants diffère selon les processus. Depuis deux décennies, des efforts remarquables portent sur la description par télédétection des champs atmosphériques à la surface de l’océan. Un nombre croissant de missions spatiales et des améliorations techniques majeures ont permis de raffiner la résolution horizontale et temporelle des produits disponibles à l'échelle globale. La disponibilité de multiples mesures diffusiométriques grillées, traitées et distribuées par le LOSCERSAT,nous amène dans un premier temps à comparer et analyser la richesse et la finesse des échelles retranscrites par différents produits. Ainsi, plusieurs gammes d'échelles de vent sont différenciées et leurs signatures sur l'upwelling côtier sont étudiées. L'intensité des anticyclones subtropicaux (Sainte Hélène et Açores) module la saisonnalité de l'upwelling le long des côtes Ouest africaines. Les régions centrales des upwellings de l’Atlantique, sous l'influence permanente de ces centres de haute pression, sont ainsi les cellules d'upwelling les plus intenses de chacun des systèmes en termes de pérennité et d'intensité (cellule de Lüderitz et cellule de Dakhla respectivement dans l'hémisphère Sud et l'hémisphère Nord). À l'échelle régionale, ou l'échelle des sous-bassins (O(1000 km)), la variabilité intrasaisonnière du vent est contrôlée par le renforcement ou l'atténuation des anticyclones entraînant à la côte l'activation ou la relaxation d'événements d'upwelling. À des échelles plus petites (O(100 km)), le front caractéristique de température de surface (SST) entre la côte et le large façonne la structure spatiale du vent par des processus de stabilisation/déstabilisation de la colonne d'air. Un vent soufflant en direction de l'équateur et parallèlement à un front de SST aura tendance à diminuer (augmenter) sur le flanc froid (chaud) de ce front. Le rotationnel (la divergence) du vent est directement impacté(e) et répond linéairement, au premier ordre, à la composante du gradient de SST normale (tangentielle) à la direction du vent. Ces rétroactions océaniques sont caractérisées par une échelle temporelle allant de l'hebdomadaire au mensuel. Enfin, de fines échelles du vent sont couramment observées dans les premiers kilomètres de l’océan au voisinage de la côte. L’interface entre le large et le continent est en effet associée à un affaiblissement significatif des vents. L'extension zonale de cette transition (O(10 km)) dépend notamment de l'orographie et de la rugosité de surface du continent adjacent. L'impact d'une telle réduction du vent sur la structure des upwellings côtiers, la dynamique sous-jacente et le transport côte-large de particules est appréhendé à l'aide d'analyses numériques eulériennes et lagrangiennes. / This study focuses on the oceanic response to fine atmospheric spatial and temporal scales, and especially fine wind patterns in the Benguela and Canary upwelling systems. These regions are under the influence of local or regional wind, blowing parallel to the coast. Thewind is the main driver of the cold-water upwelling and is modulated by several physical processes at various scales. The nature of the interactions with the atmosphere, the ocean and the adjacent continent differs according to these processes. For the past 20 years, outstanding efforts have been made in the description and understanding of the atmospheric conditions at the sea surface. An increasing number of space missions and major technical improvements have allowed refinement of the horizontaland temporal resolution of the products available at global scale. The availability of multiple gridded scatterometer measurements,processed and distributed by the LOS-CERSAT, brings us first to compare and analyze the richness and fineness of the scales of a few products. We differentiate several wind scales and study their signatures on coastal upwelling dynamics. The intensity of the subtropical anticyclones (Saint Helena andAzores) modulates the seasonality of the upwelling along the Africanwest coast. The central regions of both upwelling systems are permanently under the influence of these atmospheric highs and,thus, are the most intense upwelling cells of each system, both interms of durability and intensity (Lüderitz and Dakhla cells for the southern and the northern hemisphere, respectively). On a regional scale, or basin scale (O(1000 km)), the intraseasonal wind variability is driven by the strengthening or weakening of these anticyclones, causing the activation or relaxation of upwelling events at the coast.At smaller scales (O(100 km)), the characteristic sea surface temperature (SST) front between the coastal and open ocean shapes the spatial structure of the wind by stabilization/destabilization of the air column. An equatorward-blowing wind parallel to an SST front tends to decrease (increase) on the cold side (warm) of this front. The curl (divergence) of the wind is directly impacted and the first order response varies linearly with the crosswind (downwind) SST gradient. This oceanic feedback is characterized by weekly to monthly temporal scales. Finally, small-scale wind structures are frequently observed in the first kilometers of the coastal ocean. Indeed, the interface between the open ocean and the continent is associated with a significant wind drop-off. The zonal extension of this transition (O(10 km) depends on the orography and on the surface roughness of the adjacent continent. The impact of such a wind reduction on the structure of the coastal upwelling, the underlying ocean dynamics and the cross-shore transport of particles is diagnosed with both Eulerian and Lagrangian numerical analyses.