Thèse (M.Ps.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. [56]-66. Publié aussi en version électronique.

Th. univ.--Énergétique--Orléans, 1998. / Bibliogr. p. 181-184. Résumé en français et en anglais. 1999 d'après la déclaration de dépôt légal.

Cette thèse CIFRE, en collaboration avec le constructeur automobile français PSA Peugeot Citroën, a pour but de proposer des solutions novatrices de gestion de production appliquée aux usines de mécanique, et plus particulièrement des politiques de planification et d'ordonnancement de la production des ateliers. Nous apportons des solutions pour résoudre la problématique de la planification de la production avec un redimensionnement des ressources au sein de l'usine de mécanique des amortisseurs. Nous étudions également la problématique de l'ordonnancement et du lissage de la production au sein des usines de mécanique des moteurs. Nous proposons deux approches différentes qui sont testées et comparées sur des données réelles. Nous proposons finalement un outil d'aide à la décision qui a pour objectif de fournir un ordonnancement des montages de moteurs tout en respectant les contraintes industrielles et le lissage de la production. Nos travaux ont été intégrés au sein du système d'information de PSA Peugeot Citroën. / This CIFRE thesis, in partnership with the French car manufacturer PSA Peugeot Citroën, aims to propose innovative solutions of production management applied to components manufacturing plants, and more particularly planning and scheduling policies of production workshops. We provide solutions for the production planning problem with a sizing of resources within a plant producing dampers. We also study the scheduling problem and production leveling problem in engines plants. We propose two different approaches which are tested and compared with real data. We finally propose a tool for decision support that aims to provide a scheduling of engines assembly workshops while respecting the industrial constraints and the production leveling. Our works have been integrated within the PSA Peugeot Citroen information system.

Cette thèse présente une étude des instabilités haute-fréquence dans les moteurs-fusées. Ce phénomène, qui a posé de nombreux problèmes dans les programmes de développement de moteur, est abordé de trois façons complémentaires : expérimentalement, théoriquement et numériquement. Premièrement, des expériences sont menées afin d’identifier les principaux processus et d’apporter les mécanismes ayant lieu lorsque le moteur devient instable. Pour parvenir à ce stade, un nouveau modulateur (VHAM), capable de créer des ondes acoustiques représentatives de ce qui se produit dans un moteur réel, est conçu et caractérisé. La deuxième partie concerne l’analyse théorique. Deux modèles (FAME, SDM) sont développés en suivant les principales conclusions de la campagne expérimentale : les oscillations de dégagement de chaleur sont dues au mouvement transverse des flammes, et le phénomène est déclenché lorsque des gouttelettes deviennent suffisamment petites pour être convectées par le champ acoustique. En utilisant ces modèles comme base de référence, un code numérique (STAHF) est présenté. Son but est de rendre compte des mécanismes déjà identifiés pour un coût de calcul faible. Il est ensuite montré qu’il peut être utilisé pour étudier des moteurs-fusées grandeur nature. La LES compressible est choisie pour étudier l’interaction entre l’acoustique et la combustion numériquement. Un nouveau modèle de combustion pour flammes non-prémélangées basé sur une hypothèse de chimie infiniment rapide est présenté et validé sur une flamme bien documentée (H3). Il est ensuite utilisé pour étudier l’interaction entre une onde acoustique transverse et la flamme H3. Une comparaison entre le terme source de Rayleigh calculé à partir de la simulation et celui prédit par le modèle théorique FAME est finalement menée. / This thesis presents a study of high frequency instabilities in rocket engines. This issue, which has plagued many engine development programs, is approached by three complementary viewpoints: experimental, theoretical, and numerical. First, experiments are carried out to identify the main processes involved and bring forth mechanisms taking place when an engine becomes unstable. To achieve this stage, a new modulator (the VHAM), capable of creating acoustic waves representative of what occurs in an actual engine, is designed and characterized. The second part of this thesis concern theoretical analysis. Two models are developed following the main conclusions of the experimental campaign: heat release oscillations are due to the transverse flames’ motion, and the phenomenon is triggered when droplets become small enough to be convected by the acoustic field. Using these models as a baseline, a numerical code (STAHF) is presented. Its purpose is to account for mechanisms identified previously for little computational cost. This code is validated on particularly responding situations observed during experiments. It is then shown that it can be used to study real scale rocket engines. The third point of view adopted to address the problem is numerical simulation. Full compressible LES is chosen to study the interaction between acoustics and combustion. A new combustion model for non-premixed flames with infinitely fast chemistry is presented and validated on a well documented flame (H3). It is then used to study the interaction between a transverse acoustic wave and the H3 flame. A comparison between the Rayleigh source term computed from the simulation and the one predicted by the theoretical model FAME is conducted eventually.

Cette thèse propose une étude approfondie de certains aspects des algorithmes de contrôle "sans capteur". Grâce aux progrès faits en électronique, ces algorithmes sont devenus ces dernières années un standard que les clients attendent de tous les variateurs de vitesse pour tous les moteurs électriques. Cependant, le contrôle "sans capteur" des moteurs électriques à basse vitesse est particulièrement difficile à cause d'une limitation théorique expliquée ici par une étude d'observabilité. L'injection de signal est une technique prometteuse pour contourner ce problème, mais ses effets demeurent mal compris. En particulier le traditionnel modèle linéaire sinusoïdal ne permet pas d'expliquer les résultats expérimentaux. Par conséquent, on propose ici une nouvelle méthode pour modéliser les moteurs électriques. Elle est nettement plus simple que les approches traditionnelles et permet de justifier rigoureusement la modélisation de la saturation dans le repère dq fictif. Les effets de l'injection de signal sont ensuite expliqués grâce à une séparation des échelles de temps. Replacée dans le contexte plus général des systèmes non-linéaires, elle s'avère être une technique permettant d'obtenir des informations supplémentaires sans ajouter de capteur. Les informations ainsi obtenues permettent théoriquement le contrôle des moteurs électriques "sans capteur" à basse vitesse, mais la mise en œuvre de cette solution pour certains types de moteurs peut demeurer compliquée à cause de contraintes industrielles. On montre aussi comment les modèles proposés peuvent être calibrés expérimentalement pour le cas du Moteur Synchrone à Reluctance et du Moteur à Induction sans charge. À cause du manque de mesures et d'effets liés à l'hystéresis dans les matériaux ferromagnétiques, on n'a malheureusement pas réussi à obtenir un modèle expliquant le comportement du Moteur à Induction en charge. Par ailleurs, grâce à la similarité entre les moteurs électriques mise en évidence par l'approche de modélisation proposée ici, on a pu concevoir une loi permettant de contrôler aussi bien un Moteur Synchrone à Reluctance que n'importe quel Moteur Synchrone à Aimants Permanents. / This thesis proposes an in-depth study of some aspects of "sensorless" control algorithms for electrical machines. Over the past few years, thanks to the progress made in electronics, "sensorless" control laws became a standard expected from any variable speed drive for any electrical motor. However low-speed "sensorless" operation of electrical motors is inherently difficult, due to a theoretical limitation explained here by an observability study. Signal injection is a promising solution to circumvent this limitation, but its effects are not yet fully understood. In particular, experimental results are not explained by traditional linear sinusoidal models for electrical motors.Hence a new modeling approach for electrical motors is proposed here. It is much simpler than the usual ones and explains thoroughly why saturation can be modeled in the nonphysical dq frame. Signal injection effects are then explained using a multiple time-scale approach and, when put into the general context of nonlinear systems, it turns out to be a technique which allows to obtain more information without adding sensors. Thanks to this additional information, sensorless control of electrical motor becomes theoretically possible, even though the implementation remains challenging due to industrial constraints. Models for the Synchronous Reluctance Motor and the Induction Motor at no load are designed using the proposed approach and calibrated on experimental data but the procedure failed for the Induction Motor under load due to a lack of measurements combined to hysteresis effects. Besides, thanks to the similarities between electrical motors, underlined by the proposed modeling approach, we are able to generalize the proof of a "sensorless" control law designed for Synchronous Reluctance Motors to any kind of Permanent Magnet Synchronous Motor.

Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette Thèse de Doctorat est dédiée à la simulation numérique des détonations, et plus particulièrement aux détonations confinées par un gaz inerte. Cette configuration correspond en partie à l’écoulement rencontré au sein des moteurs à détonations rotatives, dans lesquels le combustible est confiné par les gaz brûlés issus du cycle précédent. Le code de calcul employé s’appuie sur des schémas numériques d’ordre élevé adaptés à la capture des discontinuités (interpolation MP d’ordre 9, solveur HLLC et intégration temporelle d’ordre3). Une attention particulière a été portée à la caractérisation de l’écoulement au travers de son évolution moyenne dans le repère de la détonation. Les simulations ont été réalisées pour différentes valeurs de l’énergie d’activation, qui traduit la sensibilité du milieu réactif,pour des couches réactives de dimensions variées et enfin pour des confinements inertes à différentes températures. La base de données résultante démontre l’existence de deux comportements distincts suivant l’énergie d’activation du milieu réactif. Le déficit de la célérité de la détonation peut être globalement appréhendé comme fonction du ratio de l’épaisseur hydrodynamique par le rayon de courbure sur l’axe. Enfin, la présence d’une couche inerte à haute température modifie de façon importante la topologie de la détonation et en étend les limites de propagation. / This dissertation is devoted to the numerical study of detonation waves, and more specifically to the dynamics of detonations bounded by an inert gaseous layer. This configuration is similar to the flow field within the rotating detonation engines, in which the fuel is confined by the burned gases produced during the previous combustion cycle. The computational solver is based on high-order schemes designed for capturing discontinuities (9thorder MP interpolation, HLLC solver and 3rd order temporal integration). The detonation was investigated by calculating the averaged profile in the shock frame of reference. The simulations were performed for various values of the activation energy, which control the mixture sensitivity, for different heights of the reactive layer and for different temperature of the inert medium. The resulting database shows that according to the activation energy, two different behaviors can be observed. The presence of a high-temperature inert layer strongly affects the detonation structure and extends the propagation limits. The detonation deficit can be globally expressed as a function of the ratio of the hydrodynamic thickness to the radius of curvature on the axis.

Les motoristes aéronautiques doivent répondre à de nouvelles demandes de certifications en tolérance aux dommages. Ils doivent en particulier démontrer que la présence de petites anomalies de surface, pouvant être introduites lors d’opérations de maintenance, ne mène pas à la rupture des pièces les plus critiques de leurs moteurs. Cette étude concerne la caractérisation de la nocivité d’anomalies de surface de type rayure et choc sur la tenue en fatigue du superalliage à base Nickel Inconel 718 sous sa version Direct Aged. Une campagne d’essais expérimentaux a permis d’évaluer l’influence de la contrainte maximale, de la température, du type et de la profondeur des anomalies de surface sur leur durée de vie en fatigue. Une étude expérimentale et numérique approfondie de la méthode de suivi de la différence de potentiel a conduit à une bonne maîtrise de cet outil de détection de l’amorçage et de suivi de la fissuration. Son utilisation a ainsi révélé que l’amorçage de fissure est très rapide à partir de rayures et de chocs mais que la vitesse de propagation dans les premiers stades de fissuration est ralentie. Des essais spécifiques ont alors été développés pour identifier la source physique des phénomènes observés. L’utilisation d’un traitement thermique a notamment permis de mettre en avant l’influence prédominante des contraintes résiduelles de compression générées lors de l’introduction des anomalies. Différentes méthodes expérimentales et numériques ont été testées pour les quantifier et des pistes de modélisations ont été mises en avant pour prédire de manière fiable la durée de vie en fatigue d’anomalies de surface de type rayure et choc. / Aircraft engine manufacturers have to meet with new certification requirements in damage tolerance. In particular they have to demonstrate that the presence of small surface anomalies introduced on engine parts during maintenance operations in critical areas do not lead to failure during service life. This study was undertaken to characterize the harmfulness of scratch and dent type surface anomalies on the fatigue life of the Nickel based superalloy Direct Aged Inconel 718.The influence of maximal stress, temperature, type and depth of surface anomalies was evaluated in a large series of experiments. An experimental and numerical in-depth study of the potential drop technique led to a good control of this tool and allowed to efficiently detect crack initiation and to measure the crack propagation. Indeed, the use of this technique has revealed that the crack initiation from scratches and dents is very rapid but that the first stages of crack growth are delayed.Specific tests were then performed to identify the physical origin of the observed phenomenon. A heat treatment was used to show that the compressive residual stresses created during the introduction process of surface anomalies have a great influence on the fatigue life. Different experimental and numerical techniques were used to quantify these residual stresses and some directions were identified to establish a new model able to predict the fatigue life of scratch and dent type surface anomalies.

Notre étude porte sur la caractérisation expérimentale et numérique de la dynamique des ondes de détonation dans des prémélanges gazeux non-uniformément distribués dont les gradients de composition sont orientés selon la direction de propagation de la détonation. Elle vise à améliorer la compréhension des phénomènes complexes présents dans une chambre de combustion de moteur à détonations pulsées (PDE) ou rotatives (RDE) et dans des situations de fuites accidentelles de combustibles. Nous rappelons d’abord le contexte de notre étude, la phénoménologie de la détonation dans les gaz et les travaux antérieurs sur la propagation de la détonation dans des compositions non-uniformes. Nous décrivons ensuite le banc expérimental que nous avons conçu pour satisfaire à la contrainte de génération contrôlée de gradients de composition dans une chambre d’étude de section carrée 50⇥50 mm2 et de longueur 665 mm, et les diagnostics que nous avons mis en œuvre : sondes à oxygène, capteurs de pression dynamique, enregistrements sur plaques recouvertes d’un dépôt de carbone, strioscopie et spectroscopie par chimiluminescence ultra-rapides. Nous présentons alors les résultats de nos expériences dans des compositions de propane ou d’éthane et d’oxygène à la pression et à la température initiales 200 mbar et 290 K. Nous avons considéré des distributions monotones, de richesse décroissante, et des distributions non-monotones, de richesse décroissante puis croissante. Dans les distributions monotones, nous avons identifié deux types d’extinction de la détonation, l’un brusque, par découplage choc-flamme, pour des gradients suffisamment forts, l’autre progressif, par transition vers des modes marginaux de propagation, pour des gradients plus faibles. Nous avons proposé et validé des critères d’existence de la détonation fondés sur les échelles caractéristiques du problème. Nous avons démontré, pour ces distributions, la capacité de simulations numériques avec cinétique chimique détaillée à représenter nos expériences, dans le cadre d’une collaboration avec l’Université Keio. Dans les distributions non-monotones, nous avons identifié des comportements super-critique, critique et sous-critique, selon que la détonation est transmise ou non de la zone où la richesse diminue vers celle où elle augmente. Nous avons en particulier identifié les conditions de réamorçage d’une détonation éteinte dans la zone de richesse décroissante. Notre étude souligne l’intérêt de travaux futurs sur des non-uniformités de compositions initiales constitués de gaz brûlés et de gaz frais et donc, également, des non-uniformités de température initiale. Elle souligne aussi la nécessité de diagnostics optiques et d’outils numériques performants, et de schémas détaillés de cinétique chimique adaptés aux hautes pressions et températures caractérisant la dynamique des détonations. / Our study is an experimental and numerical work on the dynamical behaviours of detonation waves in non-uniformly distributed premixed gases with composition gradients parallel to the direction of the detonation propagation. The study aims at improving the understanding of the complex phenomena involved in the combustion chambers of pulsed or rotating detonation engine (PDE, RDE) and after accidental leaks of fuels. We first remind the context of our study, the phenomenology of gaseous detonation and the previous works on detonation propagation in non-uniform compositions. We then describe the experimental set-up that we have designed in order to meet the constraint of a controlled generation of composition gradients in a 50⇥50 mm2 square-section, 665-mm length test chamber, and the diagnoses that we have implemented : oxygen probes, fast pressure transducers, carbon-sooted plates and ultrafast Schlieren and chemiluminescence spectroscopy. Next, we present the results of our experiments in mixtures of propane or ethane and oxygen with initial pressure and temperature 200 mbar and 290 K, respectively. We have considered monotonic distributions, with decreasing equivalence ratio, and non- monotonic distributions, with decreasing then increasing equivalence ratio. In the monotonic distributions, we have identified two types of detonation quenching, one sudden, with a shock-flame decoupling, for the steeper gradients, the other progressive, with a transition through marginal modes of detonation propagation, for the weaker gradients. We have proposed and validated criteria for detonation, based on the characteristic scales of the problem. We have demonstrated, for these monotonic distributions, the ability of numerical simulations with detailed schemes of chemical kinetics to represent our experimental observations, through a collaboration with Keio University. In the non-monotonic distributions, we have identified super-critical, critical and sub-critical behaviours, depending on whether the detonation is transmitted or not from the domain where the equivalence ratio decreases to that where it increases. In particular, we have identified the re-initiation conditions for a detonation that was quenched in the domain of decreasing equivalence ratio. Our study stresses the interest for future works to consider non-uniform distributions of mixtures comprising burnt gases and fresh reactants, and, consequently, non-uniform distributions of temperature. It also stresses the need for performing optical diagnoses and numerical capacities and for detailed schemes of chemical kinetics adapted to the high pressures and temperatures characterizing detonation dynamics.

Dans la nature, des moteurs moléculaires tells que l'ATP synthase ou la kinésine peuvent consommer de l'énergie pour générer du mouvement et ainsi assurer des fonctions essentielles comme le transport ou la synthèse de molécules. La préparation de moteurs artificiels capables de fournir un travail à différentes échelles est un défi important pour les chimistes. Dans ce travail, nous avons conçu et synthétisé de manière stéréosélective un moteur moléculaire unidirectionnel et hautement fonctionnalisé à l'échelle du gramme. La fonctionnalisation orthogonale du moteur permet de l'intégrer dans des matériaux polymères. Grâce à une réaction de "click" réalisée sous différentes conditions de dilution, nous avons pu obtenir soit une macromolécule bicyclique en forme de 8 soit un gel de polymers dont les moteurs constituent les points de réticulation. Sous irradiation UV, les moteurs tournent ce qui enroule les chaines de polymers. Pour le bicycle, la taille caractéristique de la macromolécule diminue tandis que la morphologie évolue vers une pelote étirée. Dans le cas du gel, suite à la rotation des moteurs, l'enroulement des chaines conduit à une contraction du gel de l'ordre de 80% en volume. C'est le premier exemple d'intégration de mouvements moléculaires hors équilibre résultant en une réponse observable à l'échelle macroscopique. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes dans le domaine des nanotechnologies ainsi que dans celui de l'énergie. / Natural molecular motors such as ATP synthase, myosin, kinesin and dynein can convert conformationalchanges, due to chemical energy input, into directed motion for catalysis and transport. Preparing artificial molecular motors and making them work at different scales (from nano to macroscopic scale) have been long-term challenges. Herein we designed and synthesized a light driven rotary molecular motor in highly enantiopure form and in gram scale. This motor is featured by two orthogonal functionalities on its upper and lower part, allowing its further integration into polymeric materials. By performing click reaction under different concentration conditions, either an eight shaped motor-polymer conjugate or a gel containing motors as reticulation units could be obtained. Upon UV irradiation, the polymer chains could be entangled due to the rotation of this motor. For eight shaped polymer, the dimension was changed towards smaller dimension, and the morphology was changed from cycle to collapsed coils (spherical or more elongated). For the gel, due to the twisting of polymer chains induced by the rotation of the motor, it could be contracted significantly (80 %) compared with its original volume. The integration of machines which display motions out of equilibrium at nanoscale to movement in the macroscopic world which is extensively used in natural systems will open very interesting prospects in nanotechnology for further developments.