As the world moves towards a cleaner and greener future, electrical machines for various industrial purposes and transport applications have gained a lot of attention. Permanent magnet synchronous machines (PMSMs) are usually the solution for electric vehicle (EV) applications thanks to their high efficiency, compactness and high-power density. On the downside, although the price of rare-earth materials has recovered close to historical levels, concerns still remain and the questions on the environmental sustainability of these materials have also been raised, which has encouraged the researchers to consider rare-earth-free machines.The switched reluctance machine (SRM) is one of the competitive alternatives, thanks to the simple and robust construction, high reliability and inherent fault tolerance capability. However, it has a bad reputation when it comes to torque ripple and acoustic noise. And the highly nonlinear characteristic brings much difficulty to routine design purposes and machine optimisation.Therefore, some of the above mentioned problems are addressed - a torque-ripple-reduction, reliable and low-cost system of SRMs is presented in this thesis. Firstly from the modelling point of view, a combined magnetic equivalent circuit (MEC) and finite element (FE) model of SRMs is developed for fast characterization the nonlinear behavior. Secondly from the control point of view, various torque-ripple reduction techniques are implemented and compared. Moreover, a minimal current sensing strategy with enhanced fault-detection capability is proposed and validated experimentally. It requires two current sensors, to replace the phase current sensors, with no additional devices for fault detection, to achieve a more compact and low-cost drive. Finally from the reliability point of view, an interturn short-circuit fault detection method and a rotor position estimation approach are investigated and validated experimentally, which leads to a more reliable system. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce manuscrit de thèse porte sur l'étude de deux projets distincts. Le premier fait état de la conception expérimentale ainsi que de l'étude théorique d'un tout nouveau type de moteur basé sur des fibres de polymères : le fiberdrive. Le fonctionnement de ce moteur s'appuie sur un nouveau concept physique décrit ici, les modes de déformation à énergie élastique nulle. Ces modes de déformation sont entraînés par un flux d'énergie qui provoque une déformation élastique au sein du matériau. Le présent manuscrit développe un modèle théorique qui est confronté à la première réalisation expérimentale de ce type de moteur. Le système réalisé est le moteur le plus simple au monde, un stator sans rotor. La deuxième partie du manuscrit introduit le concept de confotronique, l'étude de système composés d'unités commutables individuellement coopérant à grande échelle. Ce concept est mis en oeuvre dans la réalisation d'une fibre confotronique à base d'ADN ainsi que dans la conception d'un moteur moléculaire à base d'ADN. / This thesis manuscript deals with the study of two distinct projects. The first deals with the experimental design as well as the theoretical study of a brand new type of engine based on polymer fibers: the fiberdrive. The operation of this engine is based on a new physical concept described here, deformation modes with zero elastic energy (ZEEMs). These deformation modes are driven by a flow of energy that causes elastic deformation within the material. This manuscript develops a theoretical model that is confronted with the first experimental realization of this type of engine. The realized system is the simplest engine in the world, a stator without rotor.The second part of the manuscript introduces the concept of confotronics, the study of system composed of individually switchable units cooperating on a large scale. This concept is implemented in the realization of a DNA-based confotronic fiber as well as in the design of a DNA-based molecular engine.

Les moteurs-fusées hybrides combinent les technologies des deux autres catégories de moteurs à propulsionchimique, et associent un combustible et un oxydant stockés respectivement sous phase solide et liquide.Cette architecture offre un certain nombre d’avantages, comme par exemple des coûts plus faibleset une architecture simplifiée par rapport à la propulsion bi-liquide; la possibilité de réaliser de multiplesextinctions et ré-allumages et une bonne impulsion spécifique théorique par rapport à la propulsion solide,et enfin une sécurité de mise en œuvre accrue et un impact environnemental faible vis-à-vis de ces deuxautres modes de propulsion. Comme toutes les chambres de combustion, celles des moteurs hybrides peuvent subir des oscillations de pression sous certaines conditions de fonctionnement. Ces instabilités se traduisent par des fluctuationsde poussée qui peuvent dégrader la structure d’un lanceur ou d’un satellite. Des phénomènes diverspeuvent être à l’origine des fluctuations de pression observées dans les moteurs hybrides.L’objectif de la thèse est de proposer une modélisation des instabilités d’origine hydrodynamique quiapparaissent dans les moteurs hybrides. Une exploitation nouvelle de la base de données disponible àl’ONERA a servi de support pour la modélisation, ainsi que des simulations numériques instationnaires 2Det 3D réalisées à l’aide du code CFD CEDRE. Les instabilités sont provoquées par la formation périodiquede structures tourbillonnaires dans la chambre de combustion, qui génèrent des fluctuations de pressionlors de leur passage dans le col de la tuyère. L’originalité du modèle, basé sur la théorie classique degénération tourbillonnaire dans une cavité, consiste à prendre en compte les variations géométriques dela chambre de combustion au cours des tirs. Ces variations ont un effet sur la vitesse de l’écoulement, surla zone de recirculation dans la post-chambre, ainsi que sur les tourbillons eux-mêmes. Enfin, plusieursnouveaux essais du moteur hybride HYCOM ont été effectués et confrontés au modèle développé dans lecadre de la thèse. / Hybrid rocket motors combine solid and bi-liquid chemical propulsion technologies and associate asolid fuel and a liquid oxidizer in its classical configuration. This architecture offers several advantagesover liquid propulsion such as lower costs and a simplified architecture. The possibility of performingmultiple extinctions and re-ignitions and a good theoretical specific impulse is also an improvement inregard to solid propulsion. Hybrid engines also have improved safety and a lower environmental impactthan other chemical propulsion systems. As in all combustion chambers, hybrid engines suffer from pressure oscillations under specific operating conditions. These instabilities provoke thrust fluctuations that can damage the launcher and payloads.Various phenomena can induce the pressure oscillations observed in hybrid rocket engines.The objective of this thesis is to propose a model of hydrodynamics instabilities that appear in hybridengines. A new exploitation of the database available at ONERA, and unsteady 2D and 3D numericalsimulations were used for the modeling. The instabilities are provoked by the periodic formation ofvortices in the combustion chamber that generate pressure fluctuations when passing through the nozzlethroat. The originality of the model, which is based on the classical theory of vortices generation ina cavity, consists in taking into account the geometrical variations of the combustion chamber duringoperation. These variations have an effect on the flow velocity, on the recirculation area in the postchamberand on the vortices. Finally, several new firing tests of the hybrid engine HYCOM have beenperformed and compared to the model developed in this thesis.

Les fibres musculaires et les touffes ciliaires mécanosensibles de l'oreille interne des vertébrés sont deux systèmes complexes capables de développer une activité mécanique spontanément oscillatoire, dans des conditions où, au niveau moléculaire, des groupes de moteurs moléculaires opèrent au voisinage de leur force d'arrêt et sont soumis à une force de rappel élastique.<br />Nous avons construit un dispositif reproduisant in vitro une configuration semblable. Nous avons observé qu'une assemblée de myosines II musculaires, consommant de l'ATP en interagissant avec un filament d'actine, et soumise à une force de rappel élastique exercée par une pince optique, est un système minimal capable d'osciller spontanément. La relation force-vitesse du système présente un comportement non-monotone lié à l'activité des moteurs. Cette propriété fournit un mécanisme pour interpréter les oscillations spontanées, comme il l'a été suggéré par différentes études théoriques antérieures.<br />Par ailleurs, des expériences préliminaires à l'échelle de la molécule individuelle indiquent que la raideur de l'accrochage actine-myosine II pourrait dépendre de la tension imposée au filament d'actine. Cette propriété pourrait expliquer les écarts entre les raideurs mesurées in vitro et estimées à partir d'expériences sur les fibres musculaires.

Il est bien connu que, parmi les nombreux avantages des manipulateurs parallèles par rapport aux robots sériels, on peut citer des vitesses et accélérations plus élevées, et une plus grande capacité de charge. Cependant, il existe des inconvénients, comme un volume de travail restreint, de forts couplages cinématiques et des singularités plus contraignantes. Afin d'améliorer leurs performances, des travaux ont été menés concernant le découplage des mouvements des robots parallèles. Le projet de thèse porte sur la conception, l'optimisation et l'amélioration d'une nouvelle famille de manipulateurs parallèles de 3 à 6 degrés de libertés partiellement découplés appelés PAMINSA (PArallel Manipulator of the I.N.S.A.). La deuxième partie de ce manuscrit présente la particularité de ces architectures qui est le découplage entre les mouvements de la plateforme dans le plan horizontal et les translations suivant l'axe vertical. Dans une troisième partie, nous faisons l'analyse des singularités de ces manipulateurs. Cette analyse est nécessaire pour choisir le manipulateur qui a le plus grand espace de travail sans singularité. Dans les parties 4 et 5, nous proposons des méthodes permettant d'augmenter la taille de leur espace de travail sans singularité. La première solution est basée sur l'utilisation de mécanismes à structure variable, c'est-à-dire des mécanismes dont les paramètres structurels peuvent être changés. Cette solution permet d'augmenter l'espace de travail sans singularité jusqu'à 100% de l'espace de travail total. La deuxième solution porte sur une optimisation des paramètres dynamiques des manipulateurs qui permet de traverser les singularités lors de déplacements de la plate-forme. Enfin, dans une sixième partie, une nouvelle méthode performante et rapide permettant de calculer la précision des manipulateurs PAMINSA ainsi que des solutions pour améliorer leurs caractéristiques fonctionnelles sont<br>proposées.

Ce mémoire a pour objet la modélisation et la commande d'un moteur à allumage commandé. Le premier chapitre propose alors un état de l'art sur la modélisation, l'estimation et la commande dans ces derniers. Le second chapitre s'intéresse à la commande de l'admission d'air. Deux commandes y sont développées : la première est basée sur une commande linéarisante et la seconde fait appel aux outils de la commande basée sur les modèles flous de type Takagi-Sugeno. Parmi les modèles considérés, certains sont non linéaires et présentent des incertitudes de modélisation, et d'autres sont à retards variables. Le troisième chapitre présente alors un certain nombre de développements théoriques concernant deux classes de modèles flous : ceux à retards variables sur l'état, et ceux avec incertitudes. Des conditions de stabilisation sans et avec un observateur d'état sont également données. Le quatrième chapitre traite alors de la commande et de l'observation par retour d'état basées sur des modèles flous de type Takagi-Sugeno et/ou par modes glissants, et de leur validation sur le modèle développé. Une régulation de richesse, une commande robuste du couple moteur moyen, un observateur à entrées inconnues du couple instantané, et des essais de commande globale sont présentés.

Un moteur Ericsson est un moteur alternatif à apport de chaleur externe, à enceinte de compression et de détente distinctes, à récupérateur et à fluide de travail monophasique gazeux. Il fonctionne selon le cycle thermodynamique de Joule. Dans notre travail, nous avons tout d'abord développé un modèle théorique original de moteur volumétrique à cycle de Joule (moteur Ericsson). Les résultats théoriques obtenus sont présentés et commentés. Ensuite, nous avons caractérisé le prototype de machine de détente de moteur Ericsson qui a été réalisé au sein du LaTEP, soit la partie la plus délicate du moteur. Les résultats des essais en ‘mode moteur' et en ‘mode moteur entraîné' sont présentés, avec leurs commentaires et analyses. Les performances du prototype sont très encourageantes et sont conformes à celles de travaux théoriques antérieurs. Il a donc été décidé de concevoir et réaliser la partie compresseur du moteur qui a ainsi été ajoutée au prototype, de sorte que nous disposons à présent d'un prototype de moteur Ericsson complet.

Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la combustion turbulente non-prémélangée dans des écoulements rapides, et éventuellement diphasiques. Pour ce type de conditions, il devient nécessaire, du point de vue de la modélisation, de tenir compte du couplage existant entre les effets de compressibilité, les processus de mélange turbulent et la cinétique chimique. Dans ces écoulements, la conversion de tout ou partie de l'énergie cinétique de l'écoulement sous forme d'enthalpie sensible va influencer le développement des réactions chimiques et peut contribuer notablement à la conversion des réactifs en produits de combustion ainsi qu'à la stabilisation des flammes. De plus, les échelles de temps caractéristiques du mélange turbulent et de la cinétique chimique sont susceptibles d'être du même ordre de grandeur et l'hypothèse de chimie infiniment rapide n'est pas toujours applicable. Dans cette étude, une approche basée sur l'évaluation de la PDF jointe de deux quantités scalaires est retenue : la première variable permet de quantifier la richesse locale du mélange, la seconde caractérise l'écart à l'état d'équilibre chimique. Une hypothèse de "chimie brusque" permet d'introduire une dépendance explicite entre ces deux variables pour s'en tenir à la seule détermination de la PDF de la variable de mélange. Cette approche est étendue au cas de la combustion supersonique en considérant de surcroît les variations d'enthalpie totale. Enfin, les fuctuations de composition induites par la vaporisation d'un des deux réactifs sont elles-aussi prises en compte. Le modèle complet est implanté dans un code de calcul Navier-Stokes tridimensionnel compressible et réactif. Dans le cadre de cette étude, la résolution est couplée à une méthode d'adaptation de maillage qui permet d'améliorer significativement la représentation des zones de mélange et des fortes discontinuités. L'approche proposée est ensuite validée en s'appuyant sur différentes géométries : jets co-courants supersoniques H2-air vicié, jets fortement sous-détendus, chambre de combustion de type Scramjet. Enfin, le modèle est aussi employé pour effectuer un calcul de la configuration Mascotte de l'Onera dans un cas sous-critique. Les simulations numériques correspondantes conduisent à des résultats encourageants et ouvrent de nombreuses perspectives aussi bien quant à l'utilisation du modèle le cadre d'approches U-RANS ou LES que vis-à-vis de son extension à des conditions de combustion extrêmes (super-critiques).

Cette recherche questionne l'interaction entre l'espace construit et les usagers, en<br />entrant particulièrement par l'expérience vécue de ceux-ci. Le champ d'étude principal<br />s'établit en particulier autour de la question des mouvements situés des usagers dans<br />l'espace public urbain, plus précisément dans les espaces publics intermédiaires. Nous<br />cherchons à comprendre comment l'espace construit est mis à l'épreuve par la pratique<br />des usagers. Nous faisons l'hypothèse que la qualité de mouvement des passants peut<br />révéler les formes physiques et sensibles de l'espace. Ainsi, elle comporterait une sorte<br />de validation des qualités potentielles de l'espace construit. Pour cela, la mobilité<br />corporelle est un élément d'étude essentiel d'un point de vue à la fois analytique et<br />méthodologique. Elle nous permet d'appréhender, d'une part la qualité d'ambiances de<br />l'espace construit, et d'autre part la qualité pratique de celui-ci. En ce qui concerne les<br />résultats de cette recherche, nous proposons un répertoire de phénomènes sensorimoteurs,<br />afin d'ébaucher un outil pratique pour la conception architecturale et urbaine.<br />Ce répertoire est constitué des diverses façons dont l'espace construit est perçu et<br />ressenti à travers les expériences vécues des passants.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative héréditaire autosomique dominante. Elle résulte d'une expansion anormale de glutamines (polyQ) dans la partie N-terminale de la protéine huntingtine (HTT ; codé par HTT). La MH est caractérisée par la dysfonction et la mort de cellules neuronales dans le cerveau, entraînant l'apparition de symptômes cognitifs, psychiatriques et moteurs, dévastateurs chez les patients. De nombreuses études sur des modèles animaux et cellulaires montrent que l'expansion polyQ dans la protéine mutante conduit à un gain de nouvelles fonctions toxiques, ainsi qu'à la perte de fonctions neuroprotectives de la protéine sauvage. Pendant ma thèse, je me suis intéressée à la description et à la validation fonctionnelle d'un nouvel outil pour étudier la HTT : pARIS-htt. pARIS-htt est un gène synthétique construit pour faciliter le clonage et le marquage de la protéine HTT totale. En utilisant différentes approches cellulaires, nous avons montré que pARIS-htt peut remplacer le rôle de la HTT endogène dans le transport de vésicules du Golgi ainsi que du brain derived neurotrophic factor (BDNF). La version mutante de pARIS-htt ne peut pas restaurer cette fonction. Parallèlement, nous avons généré deux variants de pARIS-htt avec soit une délétion dans la région d'interaction de la HTT avec la dynéine, moteur moléculaire se dirigeant vers l'extrémité négative des microtubules, soit avec la huntingtin associated protein 1 (HAP1), l'un de ses interacteurs. Dans les expériences de remplacement du gène, aucun des deux mutants n'a restauré le transport vésiculaire.Un autre aspect de ma thèse a été d'étudier le rôle de la HTT au cours de la mitose. Nous avons mis en évidence l'importance de la HTT dans le contrôle de l'orientation du fuseau. Cette fonction est perdue lorque la HTT est mutée, mais restaurée lorsque celle-ci est phosphorylée par Akt à la sérine 421. Le contrôle de l'orientation du fuseau est particulièrement important durant la neurogénèse puisque cette orientation ainsi que le mode de division sont impliqués dans la détermination des devenirs cellulaires. Cette fonction de la HTT est conservée chez la D. melanogaster.Cette étude a donc permis de mieux comprendre les fonctions de la HTT, et de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la MH.